9787111340676 信號與係統理論和實訓 機械工業齣版社 任利華 等 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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任利華 等 著

圖書標籤:

• 信號與係統
• 電路分析
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• 模擬電路
• 控製理論
• 實訓

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齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111340676

商品編碼：29423332090

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2012-07-01

基本信息

書名：信號與係統理論和實訓

定價：16.00元

作者：任利華 等

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2012-07-01

ISBN：9787111340676

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.182kg

編輯推薦

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內容提要

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　　《教育部高等職業教育示範專業規劃教材：信號與係統理論和實訓》在認真總結“信號與係統”課程以往的理論教學與實訓教學的基礎上精心編寫，以培養一綫高級技術應用型專門人纔為目標，更好地體現瞭高等職業技術教育教學的特點。本書結閤高等職業技術教育教學改革的經驗，通過實訓練習，使高職高專學生更好地掌握所學內容，達到提高實踐操作能力的目的。
　　《教育部高等職業教育示範專業規劃教材：信號與係統理論和實訓》全麵介紹瞭信號與係統相關實訓內容，共分為11章，包括實驗設備及Matlab介紹、信號的基本知識、連續信號的時域分析、綫性時不變係統、連續係統的時域分析、連續信號的頻域分析、連續係統的頻域分析、連續係統的復頻域分析、離散係統的時域分析與z域分析、係統特性測量和反饋係統。
　　本書可用做電子信息類和通信類等專業的實訓教材，特彆適閤作為高職高專的教材使用。各院校可根據專業特點、實訓教學時數等具體情況對其內容進行適當調整和增減。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《信號與係統》的理論基石與工程實踐 一、 信號的本質與描述 信號，作為信息傳遞和物理量變化的載體，是理解和分析眾多工程領域的基礎。它們可以是隨時間變化的電信號，如語音、圖像；也可以是空間上變化的物理量，如溫度分布、壓力場。深入理解信號的本質，需要掌握其基本的數學描述。 1. 信號的分類與特性 信號的分類是信號分析的第一步。根據其變化的方式，我們可以將信號劃分為： 連續時間信號 (Continuous-Time Signals, CTS)：信號在時間上是連續的，可以用一個實數自變量 $t$ 來錶示，例如 $x(t)$。常見的例子包括模擬音頻信號、溫度隨時間變化的麯綫等。 離散時間信號 (Discrete-Time Signals, DTS)：信號在時間上是離散的，隻能在特定的時間點上取值，通常用整數自變量 $n$ 來錶示，例如 $x[n]$。數字信號處理中的信號就是離散時間信號。 周期信號 (Periodic Signals)：信號的波形會隨著時間的推移而重復齣現，存在一個最小的正周期 $T_0$（對於連續時間信號）或 $N_0$（對於離散時間信號），使得 $x(t) = x(t + T_0)$ 或 $x[n] = x[n + N_0]$。 非周期信號 (Aperiodic Signals)：不滿足周期信號的定義。 能量信號 (Energy Signals)：信號的積分能量是有限的。能量信號通常幅值隨時間衰減。 功率信號 (Power Signals)：信號的平均功率是有限的。周期信號和某些衰減緩慢的非周期信號屬於功率信號。 確定性信號 (Deterministic Signals)：信號的數值在任何時刻都是可以準確預測的。 隨機信號 (Random Signals)：信號的數值具有隨機性，隻能通過統計學方法進行分析。 除瞭分類，信號還具有一些重要的特性： 幅度 (Amplitude)：信號在某個時刻的最大值或變化範圍。 頻率 (Frequency)：描述信號變化的快慢，單位通常是赫茲 (Hz)。 相位 (Phase)：描述信號在某個時刻的狀態，對於周期性信號尤為重要。 帶寬 (Bandwidth)：信號所包含的頻率範圍。 2. 基本信號的錶示 為瞭分析更復雜的信號，我們需要掌握一些基本信號的數學錶示： 單位階躍信號 (Unit Step Signal)：在 $t=0$ (或 $n=0$) 時刻從0突變到1，並在之後保持1。 連續時間：$u(t) = egin{cases} 1, & t ge 0 \ 0, & t < 0 end{cases}$ 離散時間：$u[n] = egin{cases} 1, & n ge 0 \ 0, & n < 0 end{cases}$ 單位衝激信號 (Unit Impulse Signal)：在 $t=0$ (或 $n=0$) 時刻具有無窮大的值，但其在整個時間軸上的積分（或求和）為1。 連續時間：$delta(t)$，滿足 $int_{-infty}^{infty} delta(t) dt = 1$。 離散時間：$delta[n]$，滿足 $sum_{n=-infty}^{infty} delta[n] = 1$。 復指數信號 (Complex Exponential Signal)：$e^{jomega t}$ 或 $e^{jomega n}$，是分析許多信號的重要基礎，其性質在傅裏葉分析中至關重要。 正弦信號 (Sinusoidal Signal)：$A cos(omega t + phi)$ 或 $A sin(omega t + phi)$，是自然界中最常見的周期性信號。 3. 信號的時域與頻域錶示 分析信號不僅僅局限於其在時間軸上的錶現（時域），更重要的是理解其包含的頻率成分（頻域）。 時域分析 (Time-Domain Analysis)：直接觀察信號隨時間的變化，分析其幅值、周期、瞬態響應等。 頻域分析 (Frequency-Domain Analysis)：通過傅裏葉變換等工具，將信號分解為不同頻率的正弦或復指數信號的疊加，從而瞭解信號的頻譜特性。這對於濾波、調製解調、係統分析等至關重要。 二、 係統的概念與性質 係統，是將一個或多個輸入信號轉換為一個或多個輸齣信號的“黑箱”。現實世界中的各種設備、電路、算法都可以看作是係統。對係統的理解，是信號處理和控製工程的核心。 1. 係統的模型與描述 係統的輸入和輸齣通常是信號。我們可以用數學模型來描述係統將輸入信號轉換為輸齣信號的過程。 輸入-輸齣 (Input-Output) 模型：最直觀的模型，直接描述輸入與輸齣之間的關係。 差分方程/微分方程模型 (Difference/Differential Equation Models)：對於綫性時不變係統，通常可以用常係數綫性微分方程（對於連續時間係統）或差分方程（對於離散時間係統）來描述。例如，一個簡單的RC電路可以用微分方程描述。 傳遞函數模型 (Transfer Function Models)：在頻域中，係統可以用傳遞函數來錶示，它描述瞭係統在不同頻率下的響應特性。 2. 係統的基本性質 理解係統的性質，可以幫助我們判斷係統的行為特點，以及如何設計和控製係統。 綫性 (Linearity)：如果係統對輸入信號的疊加和標量乘法具有相同的響應，則稱係統是綫性的。即，若 $y_1(t) = T{x_1(t)}$ 且 $y_2(t) = T{x_2(t)}$，則對於任意常數 $a$ 和 $b$，有 $T{ax_1(t) + bx_2(t)} = ay_1(t) + by_2(t)$。 時不變性 (Time-Invariance)：如果係統的特性不隨時間的推移而改變，則稱係統是時不變的。即，若 $y(t) = T{x(t)}$，則對於任意時間延遲 $ au$，有 $T{x(t- au)} = y(t- au)$。 因果性 (Causality)：係統的輸齣在任何時刻隻取決於當前和過去的輸入，而不取決於未來的輸入。這對於實際的物理係統是普遍存在的。 穩定性 (Stability)：如果對於有界的輸入信號，係統的輸齣也是有界的，則稱係統是穩定的。不穩定係統可能會産生失控的輸齣。 記憶性 (Memory)：如果係統的輸齣僅取決於當前輸入，則稱係統是無記憶的；否則，係統有記憶。 可逆性 (Invertibility)：如果係統的輸齣可以唯一地確定輸入，則稱係統是可逆的。 3. 捲積：係統分析的利器 對於綫性時不變 (LTI) 係統，捲積積分（對於連續時間係統）或捲積和（對於離散時間係統）是描述係統輸入-輸齣關係的核心數學工具。 離散時間捲積和: $y[n] = x[n] h[n] = sum_{k=-infty}^{infty} x[k] h[n-k]$ 連續時間捲積積分: $y(t) = x(t) h(t) = int_{-infty}^{infty} x( au) h(t- au) d au$ 其中，$h(t)$ 或 $h[n]$ 被稱為係統的衝激響應 (Impulse Response)。衝激響應是LTI係統的“指紋”，它完全錶徵瞭該係統。通過捲積，我們可以計算任意輸入信號通過LTI係統後的輸齣。 三、 信號與係統的分析工具 為瞭更深入地分析信號和係統，發展瞭多種強大的數學工具，它們在不同場景下各有優勢。 1. 傅裏葉級數與傅裏葉變換 傅裏葉分析是將信號分解為不同頻率正弦或復指數分量的基本方法。 傅裏葉級數 (Fourier Series)：用於錶示周期信號，將其分解為一係列不同頻率的傅裏葉係數和正弦/餘弦（或復指數）項的疊加。 傅裏葉變換 (Fourier Transform)：用於錶示非周期信號，將信號從時域轉換到頻域，得到信號的連續頻譜。 連續時間傅裏葉變換 (CTFT)：$X(omega) = int_{-infty}^{infty} x(t) e^{-jomega t} dt$ 離散時間傅裏葉變換 (DTFT)：$X(omega) = sum_{n=-infty}^{infty} x[n] e^{-jomega n}$ 傅裏葉級數的復指數形式：將正弦/餘弦信號錶示為復指數信號，簡化瞭計算和理論分析。 2. 拉普拉斯變換 拉普拉斯變換是對傅裏葉變換的推廣，特彆適用於分析含有指數衰減或增長的非周期信號，以及研究係統的穩定性。 單邊拉普拉斯變換: $X(s) = int_{0^{-}}^{infty} x(t) e^{-st} dt$，其中 $s = sigma + jomega$ 是復頻率。 雙邊拉普拉斯變換: $X(s) = int_{-infty}^{infty} x(t) e^{-st} dt$ 收斂域 (Region of Convergence, ROC)：是拉普拉斯變換存在的前提，它決定瞭信號的特性以及係統的因果性。 傳遞函數 (Transfer Function)：在拉普拉斯域中，LTI係統的傳遞函數 $H(s) = Y(s)/X(s)$，它提供瞭係統在復頻率域的響應信息。 3. Z變換 Z變換是拉普拉斯變換在離散時間信號分析中的對應，是離散時間LTI係統分析的核心工具。 Z變換: $X(z) = sum_{n=-infty}^{infty} x[n] z^{-n}$，其中 $z$ 是復變量。 單位圓 (Unit Circle)：在Z平麵上，單位圓是判斷離散時間傅裏葉變換（DTFT）存在的關鍵。 離散時間係統函數 (Discrete-Time System Function)：在Z域中，LTI係統的係統函數 $H(z) = Y(z)/X(z)$。 4. 采樣定理 采樣定理是連接連續時間信號和離散時間信號的橋梁。它錶明，隻要采樣頻率足夠高（大於信號最高頻率的兩倍，即奈奎斯特率），就可以從離散的采樣點無失真地恢復原始連續信號。 奈奎斯特-夏農采樣定理: 對於一個最高頻率為 $f_{max}$ 的連續信號，若以高於 $2f_{max}$ 的采樣頻率進行采樣，則該連續信號可以通過其采樣序列唯一確定。 四、 工程實踐中的信號與係統 信號與係統的理論不僅僅是抽象的數學概念，它們在現代工程的各個領域都有著廣泛的應用。 通信係統: 信號的傳輸、調製、解調、編碼、解碼，都需要深入理解信號的特性和係統的處理能力。 控製係統: 穩定性和動態響應的分析，控製器設計，都依賴於對係統模型的建立和分析。 圖像處理: 圖像可以看作是二維信號，濾波、邊緣檢測、壓縮等操作都涉及信號與係統的理論。 音頻處理: 音頻信號的采集、處理、閤成，如降噪、均衡、混響，都離不開信號與係統的知識。 生物醫學工程: 生理信號（如心電圖、腦電圖）的分析和處理。 金融工程: 時間序列分析、風險建模等。 結語 《信號與係統》作為一門基礎課程，為學生提供瞭理解和分析各種工程問題的強大理論框架。它不僅教授瞭信號的描述、係統的特性，更提供瞭傅裏葉變換、拉普拉斯變換、Z變換等一係列分析工具。通過將理論與實際工程問題相結閤，學習者能夠更好地設計、實現和優化各種復雜的工程係統，解決現實世界中的挑戰。對信號與係統的深入理解，是任何希望在工程領域有所作為的工程師的必備素養。

評分☆☆☆☆☆

近期研讀一本關於信息論基礎的書籍，它的敘事風格非常獨特，更像是講故事而非講解定理。作者以香農的生平為引子，將信息論的發展脈絡娓娓道來，使得信息熵、互信息這些概念的引入顯得非常自然和必要。書中對熵的講解尤其精彩，它從信息源的“不確定性”這一直觀感受齣發，逐步過渡到概率分布的量化，而不是直接拋齣公式。在討論信道容量時，對“加性高斯白噪聲信道（AWGN）”的分析極其透徹，它通過清晰的數學推導證明瞭容量的上限，並強調瞭編碼和調製在逼近這一極限過程中的關鍵作用。我尤其欣賞它對編碼理論的介紹，它沒有陷入到復雜的糾錯碼細節中，而是重點突齣瞭綫性分組碼和捲積碼的代數結構，以及它們如何通過增加冗餘來對抗噪聲。這本書最大的優點在於，它成功地將抽象的數學概念與信息傳輸的物理本質緊密地聯係起來，讀完後，對“信息”這個概念的理解都上升到瞭哲學的層麵。

評分☆☆☆☆☆

最近正在啃一本關於電磁場與電磁波的書籍，這本書的排版和插圖質量簡直是教科書級彆的享受。它對麥剋斯韋方程組的闡述極其嚴謹，從一開始的積分形式到微分形式的推導，每一步的物理意義都解釋得清清楚楚，絕非那種隻給齣公式然後讓你死記硬背的風格。特彆是討論到各種邊界條件時，作者用瞭大量的二維剖麵圖來輔助理解電磁場的矢量分布，這對於理解波導管中的TE/TM模式至關重要。更值得稱贊的是，這本書對傳輸綫理論的處理方式，它沒有直接跳到史密斯圓圖，而是通過求解特定邊界下的亥姆霍茲方程，自然而然地推導齣電壓和電流的駐波比，這種由底層原理齣發的邏輯鏈條非常完整。讀到靜電場部分時，我對泊鬆方程和拉普拉斯方程的數值解法也有瞭一定的瞭解，雖然隻是淺嘗輒止，但也為後續學習有限元法（FEM）等打下瞭理論基礎。總的來說，這本書在保持理論高度的同時，兼顧瞭讀者的視覺和理解體驗，非常適閤作為專業核心課程的參考書。

評分☆☆☆☆☆

我最近在看一本關於係統辨識的專業書籍，這本書的實用性非常強，完全不像那種隻停留在理論假設上的學術著作。它開篇就花瞭很大篇幅講解瞭數據預處理的重要性，包括如何識彆並去除測量中的噪聲、如何對信號進行升采樣和降采樣以匹配模型要求，這些都是實際工程中必須麵對的問題。書中對參數估計方法的介紹尤其細緻，從最基礎的最小二乘法到遞推最小二乘法（RLS），作者不僅給齣瞭公式，還深入分析瞭它們對初值和噪聲敏感性的差異，甚至還提供瞭僞代碼級彆的算法描述。我印象最深的是它對ARX、ARMAX等經典模型的比較，清晰地指齣瞭每種模型結構在辨識復雜度和計算效率上的權衡。此外，書中對於模型結構選擇（Model Order Selection）的討論非常成熟，引用瞭AIC、BIC等信息準則，並結閤交叉驗證的方法來指導實踐，這對於避免模型過度擬閤或欠擬閤提供瞭寶貴的經驗指導。這本書更像是作者多年項目經驗的總結，而不是簡單的知識匯編。

評分☆☆☆☆☆

手裏這本關於控製係統理論的教材，簡直是把經典控製和現代控製完美融閤的典範。最讓我驚喜的是它對狀態空間模型的闡述，作者沒有急於進入復雜的反饋設計，而是先花大量篇幅講解如何從物理模型推導齣規範的狀態空間錶示，這一步處理得非常細膩，即便是機械、電氣背景較弱的讀者也能逐步跟上。我特彆喜歡書中對於能控性和能觀測性判據的幾何意義解釋，通過嚮量空間投影的方式來展示，遠比單純的矩陣秩判定來得形象和易懂。在設計部分，極點配置（Pole Placement）的推導過程清晰無比，每一步的數學邏輯都環環相扣，最後還附帶瞭如何處理非零期望輸齣的完整步驟，這一點很多書都會略寫。此外，這本書在魯棒性方麵的探討也相當深入，它引入瞭區間矩陣和不確定性描述，為理解H無窮控製等前沿方法打下瞭堅實的基礎。這本書的閱讀體驗就像是跟著一位經驗豐富的工程師在進行一次係統的知識構建之旅，每一步都走得踏實、可靠。

評分☆☆☆☆☆

最近翻閱瞭一本關於數字信號處理的書，書名雖然不是我手上的那本，但內容深度和廣度著實讓我眼前一亮。這本書的作者似乎對傅裏葉分析有著深刻的理解，開篇就用非常直觀的圖例解釋瞭連續時間信號和離散時間信號的轉換過程，這對於初學者來說簡直是福音。尤其贊賞的是，它沒有止步於理論公式的堆砌，而是巧妙地結閤瞭實際應用案例，比如音頻濾波和圖像增強，讓原本枯燥的數學概念立刻變得鮮活起來。我記得其中一章詳細對比瞭FFT算法的不同實現方式及其在不同場景下的性能考量，這部分內容寫得極其到位，甚至連計算復雜度都有詳細的分析，看得齣來作者在工程實踐上也是下瞭苦功的。另外，書中對Z變換的講解也很有新意，不像傳統教材那樣隻是羅列性質，而是通過係統零、極點的位置來解釋係統的穩定性與頻率響應，這為理解LTI係統的工作原理提供瞭新的視角。總而言之，這是一本理論紮實又不失工程實踐指導意義的佳作，讀完後感覺對信號處理的基礎理論又上瞭一個大颱階。