信号与系统分析 9787040201451 高等教育出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张德民，胡庆 著

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040201451

商品编码：29426842710

包装：平装

出版时间：2006-09-01

基本信息

书名：信号与系统分析

定价：21.00元

作者：张德民,胡庆

出版社：高等教育出版社

出版日期：2006-09-01

ISBN：9787040201451

字数：250000

页码：221

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书在“信号与线性系统”课程的基础上，用相对较高的数学思路和手段，系统地研讨了信号与系统分析的基本理论和方法，旨在为电子、控制、信息类学科工学、工程硕士研究生建立信号与系统分析的基础平台。全书分为五章，章作为与本科相关内容的衔接和全书的基础，强化学生对信号和系统分析物理概念和数学方法的融合理解；第二章学习离散信号双重性和变换统一性，深刻地理解信号时域和频域描述的本质联系，由信号双重性和变换统一性扩充了信号分析的方法；第三章在变换统一性基础上系统地研讨了傅氏分析原理和方法；第四章以矩展开原理为工具，讨论系统分析的基本理论和基本方法，重点结合在信息系统中的重要功能模块实例的实现方法研讨基本系统的实现和特性分析；第五章学习模拟信号与系统数字处理及逼近的基本原理和重要特性，进而掌握模拟系统的数字逼近和设计方法。
本书努力做到深入浅出，论述清楚，注重物理概念、基本理论和基本分析方法的融合。书中精选了一定量的例题，各章后附有习题。
本书适合电子信息类学科专业硕士研究生课程、工程硕士学位课程或选修课教材或参考书，也适合于相关教师和科技工程人员参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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信号与系统：理解现实世界的语言 绪论 从万物互联的智能设备到复杂精密的人类生理活动，再到浩瀚无垠的宇宙探测，我们赖以生存和发展的一切都离不开“信号”和“系统”的概念。它们是描述和理解现实世界运行规律的基础语言。信号，是信息传递的载体，可以是声音、图像、电磁波，甚至是人体的生理指标。系统，则是处理、转换或响应信号的机制，可以是电子电路、通信网络、控制系统，甚至是经济模型。 深入理解信号与系统，便是掌握了分析和设计这些复杂现象的关键钥匙。它是一门跨越多个学科的基石课程，为通信工程、控制工程、电子工程、计算机科学、生物医学工程乃至物理学、经济学等领域的研究与实践奠定坚实的基础。本书旨在为读者构建一个全面而深入的信号与系统知识体系，帮助大家掌握分析和处理信号与系统的基本原理、方法和工具。 第一部分：信号的本质与描述 本部分将从信号的基本概念入手，揭示其多样的形式和丰富的内涵。我们将学习如何用数学的语言来准确地描述和刻画信号，为后续的系统分析打下基础。 1. 信号的基本概念与分类 信号的定义： 信号是随时间、空间或其他独立变量变化的物理量，能够承载和传递信息。我们将通过具体的例子，如语音信号、图像信号、温度信号等，来阐述信号的普遍性。 信号的分类： 按独立变量分类： 一维信号（如时域信号）、多维信号（如图像信号）。 按取值范围分类： 连续信号（信号值可以是任意实数）与离散信号（信号值只能取有限个值），以及数字信号（时间和取值都离散）。 按周期性分类： 周期信号（在时间上重复出现的信号）与非周期信号。 按能量与功率分类： 能量信号（总能量有限）与功率信号（平均功率有限）。 按奇偶性分类： 奇信号与偶信号，以及它们在分解和分析中的重要性。 复信号： 引入复指数信号，其在系统分析和傅里叶分析中的便利性。 2. 信号的基本运算 信号的运算是分析和处理信号的重要手段。我们将学习以下基本运算： 时移、尺度变换和翻转： 理解这些变换如何改变信号的时域特性。 卷积： 作为信号与系统分析中最核心的运算之一，我们将深入理解其定义、几何意义以及在系统响应计算中的应用。 信号的分解： 偶分量与奇分量： 任何信号都可以分解为偶分量和奇分量。 直流分量与交流分量： 信号的平均值与随时间变化的成分。 指数形式分解： 利用复指数信号表示其他信号。 3. 信号的特殊类型 冲激信号（Dirac Delta Function）： 尽管在实际中不存在，但冲激信号是分析和描述系统性质的理想化工具。我们将学习其采样性质、积分性质以及在离散时间中的对应——单位脉冲序列。 阶跃信号（Unit Step Function）： 描述开关状态或信号的开启，其与冲激信号的关系。 指数信号： 描述衰减或增长过程，是许多系统动态行为的基础。 第二部分：系统的本质与分析 本部分将聚焦于“系统”，即处理信号的机制。我们将学习如何定义和描述系统，以及分析系统如何影响信号的特性。 1. 系统的基本概念与分类 系统的定义： 系统是将输入信号转换为输出信号的任何实体或过程。 系统的分类： 按因果性分类： 因果系统（输出只依赖于当前及过去输入）与非因果系统。 按稳定性分类： 稳定系统（有界输入产生有界输出）与不稳定系统，以及BIBO稳定性。 按线性度分类： 线性系统（满足叠加性和齐次性）是信号与系统分析的基石。 按时不变性分类： 时不变系统（系统特性不随时间改变）是许多实际系统的重要特性。 按记忆性分类： 有记忆系统与无记忆系统。 按可逆性分类： 可逆系统与不可逆系统。 全响应与零输入响应： 系统对输入信号和初始状态的响应。 2. 线性时不变（LTI）系统的核心：卷积 LTI系统的特性： 叠加性与时不变性使得LTI系统具有极其重要的数学特性。 单位冲激响应（Impulse Response, h(t) 或 h[n]）： LTI系统的“指纹”，完全描述了系统的动态特性。输入为冲激信号时，系统的输出即为单位冲激响应。 系统输出的卷积计算： 利用单位冲激响应，可以将任何输入信号的输出表示为输入信号与单位冲激响应的卷积。我们将详细讲解连续时间LTI系统和离散时间LTI系统的卷积运算。 卷积的性质： 交换性、结合性、分配性，以及它们在系统分析中的应用。 3. 系统的时域分析 全响应的求解： 结合零输入响应和零状态响应，全面分析系统的输出。 差分方程与微分方程： LTI系统的数学模型，描述了输入、输出和系统参数之间的关系。我们将学习如何通过解这些方程来分析系统的行为。 初始条件的影响： 理解初始状态对系统响应的重要性。 第三部分：信号的频域分析 时域分析虽然直观，但对于某些复杂信号和系统，其分析难度较大。频域分析提供了一种全新的视角，将信号分解为不同频率成分的组合，从而揭示信号的内在结构和系统对不同频率成分的影响。 1. 傅里叶级数（Fourier Series） 周期信号的频谱表示： 将任意周期信号分解为一系列不同频率的正弦（或余弦）信号之和。 傅里叶级数的系数： 描述每个频率分量的幅度和相位。 功率谱密度和能量谱密度： 信号能量或功率在不同频率上的分布。 傅里叶级数的收敛性： 狄利克雷（Dirichlet）条件。 2. 傅里叶变换（Fourier Transform） 非周期信号的频谱表示： 将傅里叶级数推广到非周期信号，得到傅里叶变换，它描述了信号在连续频率上的频谱。 傅里叶变换的性质： 线性性、时移性、尺度变换性、对称性、微分性质、积分性质、卷积性质等。 卷积定理： 时域卷积等于频域乘积，是傅里叶变换在系统分析中的核心应用。 帕斯瓦尔定理： 能量在时域和频域上的守恒。 单边和双边拉普拉斯变换： 引入拉普拉斯变换，它能够处理更广泛的信号，尤其是包含指数衰减的信号，并且能更方便地处理初始条件。 3. 拉普拉斯变换（Laplace Transform） 定义与收敛域（ROC）： 拉普拉斯变换的定义及其对应的复平面上的收敛域。 拉普拉斯变换的性质： 与傅里叶变换相似的性质，以及复频率移动、时域卷积等。 逆拉普拉斯变换： 从复频域回到时域。 系统函数（Transfer Function）： LTI系统的传递函数在s域（复频率域）中的表示，是分析系统频率响应和稳定性的关键。 利用拉普拉斯变换分析LTI系统： 求解微分方程，计算零状态响应，分析系统稳定性。 4. 离散时间傅里叶变换（DTFT）与Z变换（Z-Transform） 离散时间信号的频域表示： 离散时间傅里叶变换将离散时间信号的频谱表示在有限的频率范围内（0到2π）。 Z变换： 离散时间系统的“拉普拉斯变换”，将离散系统分析推广到复域。 Z变换的性质与收敛域： 类似于拉普拉斯变换，但是在z平面上。 系统函数H(z)： 离散时间LTI系统的系统函数，用于分析系统性能和稳定性。 系统稳定性与Z平面上的极点和零点： 利用单位圆判断离散LTI系统的稳定性。 第四部分：系统响应与应用 本部分将结合前述理论，深入探讨系统的响应，并展示信号与系统理论在实际工程中的广泛应用。 1. 系统的稳态响应与暂态响应 稳态响应： 当输入信号为稳态信号（如正弦信号）时，系统的输出在经过一段时间后趋于稳定的状态。 暂态响应： 系统从初始状态到稳态状态的过渡过程，受初始条件和系统极点影响。 2. 采样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem） 离散化连续信号： 如何将连续时间信号转换为离散时间信号，以及重构的条件。 奈奎斯特频率： 保证无失真采样所需的最高采样频率。 过采样与欠采样： 采样率对信号信息的影响。 3. 滤波器（Filters） 滤波器在信号处理中的作用： 允许特定频率成分通过，而阻止其他频率成分。 理想滤波器与实际滤波器： 理想滤波器的特性以及实际滤波器设计的挑战。 低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器： 各种滤波器的频率响应特性。 滤波器设计的基本原理： 巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器等。 4. 傅里叶变换与拉普拉斯变换在通信系统中的应用 信号的调制与解调： 如何利用傅里叶变换理解调制过程，以及解调器的工作原理。 频谱分析与带宽： 确定通信信道的可用带宽，以及信号的频谱占用。 噪声分析： 信号在传输过程中受到的噪声干扰，以及如何通过滤波等技术来抑制噪声。 5. 傅里叶变换与拉普拉斯变换在控制系统中的应用 系统模型的建立与分析： 利用微分方程和传递函数来描述控制系统。 系统稳定性分析： 利用根轨迹、Bode图、Nyquist图等频域工具来评估系统的稳定性。 系统性能设计： 如何通过调整控制器参数来改善系统的动态性能，如响应速度、超调量等。 结语 信号与系统是一门精妙而强大的学科，它不仅为我们理解自然界和工程世界提供了统一的框架，更赋予了我们改造和优化世界的工具。本书通过循序渐进的讲解和由浅入深的分析，力求帮助读者构建扎实的理论基础，并能将这些理论灵活地应用于解决实际问题。愿本书成为您探索信号与系统奥秘的良师益友，开启您在相关领域不断深入探索的旅程。

评分☆☆☆☆☆

老实说，这本书的难度对于一些初学者来说可能是一个挑战，但我认为它提供的深度和广度是值得付出的努力的。它并没有回避那些复杂的数学概念，而是选择深入剖析，力求让读者真正理解背后的原理。我个人对书中关于采样定理的讲解印象特别深刻，它不仅给出了定理的数学表述，还深入探讨了欠采样和过采样的后果，以及如何选择合适的采样率来避免信息失真。这对于理解数字信号处理至关重要。此外，书中对系统频率响应的分析也做得非常出色，它展示了如何通过频率响应来理解系统的滤波特性，以及如何利用它来分析系统的稳定性和性能。我特别喜欢它在解释这些概念时，常常会穿插一些图形化的表示，这极大地帮助了我对抽象概念的直观理解。虽然有些部分需要反复阅读和思考，但每次理解的加深都会带来新的顿悟。这本书是一本真正能让你在信号与系统领域打下坚实基础的教材。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的启发在于，它将抽象的数学理论与现实世界的工程应用紧密地联系在了一起。在学习过程中，我不仅掌握了傅里叶变换、拉普拉斯变换等核心分析工具，更重要的是，我学会了如何运用这些工具来解决实际问题。例如，在书中关于通信系统的内容，它详细讲解了调制解调的原理，以及如何利用信号与系统的理论来分析和设计通信系统。这让我看到了信号与系统分析在现代通信技术中的重要作用。另外，书中对控制系统分析的讲解也让我受益匪浅，它展示了如何利用状态空间方法来分析系统的稳定性、可控性和可观性，这对于设计和优化控制系统至关重要。我特别欣赏作者在讲解这些应用时，没有止步于理论层面，而是深入到具体的工程设计细节，这使得学习过程既具有理论深度，又富有实践指导意义。这本书让我认识到，信号与系统分析不仅仅是一门学科，更是一种解决问题的思维方式。

评分☆☆☆☆☆

我从这本书中获得的最大的益处，在于它建立了我对信号与系统分析的系统性认知。在阅读之前，我对信号和系统的概念只是模糊的了解，但通过这本书，我得以系统地学习到如何定义、描述和分析各种类型的信号和系统。特别是对线性时不变（LTI）系统的深入讲解，让我理解了卷积定理在其中扮演的核心角色，以及如何通过脉冲响应来表征一个LTI系统。书中对傅里叶级数和傅里叶变换的阐释，让我领略到了如何将时域信号分解为不同频率分量的强大能力，这在信号滤波、频谱分析等方面有着广泛的应用。而且，它还详细讲解了拉普拉斯变换和Z变换，这两种变换在处理瞬态响应和稳定性分析方面具有不可替代的作用。我尤其喜欢它将理论知识与实际问题相结合的方式，例如在讲解滤波器设计时，它会先介绍理论基础，然后通过实例展示如何根据实际需求来设计合适的滤波器。这本书不仅让我掌握了分析信号与系统的工具，更培养了我用数学语言来理解和解决工程问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本《信号与系统分析》确实是信号与系统领域的一本经典之作，我当初选择它，主要是看中了它的内容涵盖全面，从最基础的信号概念、系统特性，到傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等核心分析工具，再到采样、卷积、频率响应等关键概念，几乎涵盖了信号与系统学习的全部重点。书中的理论推导严谨，逻辑性强，每一步都清晰可见，这对于我这样的初学者来说，是至关重要的。我特别喜欢它在讲解傅里叶变换时，通过几何直观和代数推导相结合的方式，让抽象的数学概念变得易于理解。同时，书中也穿插了不少实际应用案例，比如在通信系统、控制系统中的应用，这让我能更直观地感受到理论知识的价值，也激发了我进一步深入学习的兴趣。虽然有些地方的数学推导需要花费不少时间去消化，但每一次理解都带来的巨大成就感，这正是学习过程中的乐趣所在。这本书的编排也很合理，章节之间过渡自然，循序渐进，不会让人感到突兀。而且，它提供的习题也很有代表性，涵盖了各种类型的题目，既有巩固基础的，也有挑战思维的，做完之后，对知识点的掌握程度能有一个清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的数学深度和广度着实令人印象深刻，它不愧是高等教育出版社的力作。我特别欣赏作者在处理复杂概念时所展现出的功力，例如在引入状态空间分析时，它不仅仅是给出了公式，而是通过对系统本质的剖析，将抽象的数学模型与实际的物理系统紧密联系起来，这对于理解系统的动态行为至关重要。书中对于各种变换（傅里叶、拉普拉斯、Z变换）的应用讲解得非常透彻，不仅仅停留在数学运算层面，更深入探讨了它们在频域和复频域分析中的意义，如何揭示系统的稳定性和瞬态响应等关键特性。我印象深刻的是，作者在讲解系统稳定性时，用到了多种判断方法，并结合了具体的例子进行说明，这让我能够从不同的角度去理解和掌握这一核心概念。此外，书中对离散时间信号与系统的分析方法，如Z变换的运用，也进行了详尽的阐述，这在当今数字化时代显得尤为重要。尽管有些章节涉及的数学工具比较高级，但作者始终保持着清晰的逻辑和深入浅出的讲解风格，力求让读者在理解理论的同时，也能感受到其中蕴含的数学美。