信號與係統分析 9787040201451 高等教育齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張德民，鬍慶 著

圖書標籤:

• 信號與係統
• 電路分析
• 通信原理
• 電子工程
• 高等教育
• 教材
• 工科
• 數學工具
• 係統分析
• 電磁場理論

店鋪： 花晨月夕圖書專營店

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040201451

商品編碼：29426842710

包裝：平裝

齣版時間：2006-09-01

基本信息

書名：信號與係統分析

定價：21.00元

作者：張德民,鬍慶

齣版社：高等教育齣版社

齣版日期：2006-09-01

ISBN：9787040201451

字數：250000

頁碼：221

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書在“信號與綫性係統”課程的基礎上，用相對較高的數學思路和手段，係統地研討瞭信號與係統分析的基本理論和方法，旨在為電子、控製、信息類學科工學、工程碩士研究生建立信號與係統分析的基礎平颱。全書分為五章，章作為與本科相關內容的銜接和全書的基礎，強化學生對信號和係統分析物理概念和數學方法的融閤理解；第二章學習離散信號雙重性和變換統一性，深刻地理解信號時域和頻域描述的本質聯係，由信號雙重性和變換統一性擴充瞭信號分析的方法；第三章在變換統一性基礎上係統地研討瞭傅氏分析原理和方法；第四章以矩展開原理為工具，討論係統分析的基本理論和基本方法，重點結閤在信息係統中的重要功能模塊實例的實現方法研討基本係統的實現和特性分析；第五章學習模擬信號與係統數字處理及逼近的基本原理和重要特性，進而掌握模擬係統的數字逼近和設計方法。
本書努力做到深入淺齣，論述清楚，注重物理概念、基本理論和基本分析方法的融閤。書中精選瞭一定量的例題，各章後附有習題。
本書適閤電子信息類學科專業碩士研究生課程、工程碩士學位課程或選修課教材或參考書，也適閤於相關教師和科技工程人員參考。

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：理解現實世界的語言 緒論 從萬物互聯的智能設備到復雜精密的人類生理活動，再到浩瀚無垠的宇宙探測，我們賴以生存和發展的一切都離不開“信號”和“係統”的概念。它們是描述和理解現實世界運行規律的基礎語言。信號，是信息傳遞的載體，可以是聲音、圖像、電磁波，甚至是人體的生理指標。係統，則是處理、轉換或響應信號的機製，可以是電子電路、通信網絡、控製係統，甚至是經濟模型。 深入理解信號與係統，便是掌握瞭分析和設計這些復雜現象的關鍵鑰匙。它是一門跨越多個學科的基石課程，為通信工程、控製工程、電子工程、計算機科學、生物醫學工程乃至物理學、經濟學等領域的研究與實踐奠定堅實的基礎。本書旨在為讀者構建一個全麵而深入的信號與係統知識體係，幫助大傢掌握分析和處理信號與係統的基本原理、方法和工具。 第一部分：信號的本質與描述 本部分將從信號的基本概念入手，揭示其多樣的形式和豐富的內涵。我們將學習如何用數學的語言來準確地描述和刻畫信號，為後續的係統分析打下基礎。 1. 信號的基本概念與分類 信號的定義： 信號是隨時間、空間或其他獨立變量變化的物理量，能夠承載和傳遞信息。我們將通過具體的例子，如語音信號、圖像信號、溫度信號等，來闡述信號的普遍性。 信號的分類： 按獨立變量分類： 一維信號（如時域信號）、多維信號（如圖像信號）。 按取值範圍分類： 連續信號（信號值可以是任意實數）與離散信號（信號值隻能取有限個值），以及數字信號（時間和取值都離散）。 按周期性分類： 周期信號（在時間上重復齣現的信號）與非周期信號。 按能量與功率分類： 能量信號（總能量有限）與功率信號（平均功率有限）。 按奇偶性分類： 奇信號與偶信號，以及它們在分解和分析中的重要性。 復信號： 引入復指數信號，其在係統分析和傅裏葉分析中的便利性。 2. 信號的基本運算 信號的運算是分析和處理信號的重要手段。我們將學習以下基本運算： 時移、尺度變換和翻轉： 理解這些變換如何改變信號的時域特性。 捲積： 作為信號與係統分析中最核心的運算之一，我們將深入理解其定義、幾何意義以及在係統響應計算中的應用。 信號的分解： 偶分量與奇分量： 任何信號都可以分解為偶分量和奇分量。 直流分量與交流分量： 信號的平均值與隨時間變化的成分。 指數形式分解： 利用復指數信號錶示其他信號。 3. 信號的特殊類型 衝激信號（Dirac Delta Function）： 盡管在實際中不存在，但衝激信號是分析和描述係統性質的理想化工具。我們將學習其采樣性質、積分性質以及在離散時間中的對應——單位脈衝序列。 階躍信號（Unit Step Function）： 描述開關狀態或信號的開啓，其與衝激信號的關係。 指數信號： 描述衰減或增長過程，是許多係統動態行為的基礎。 第二部分：係統的本質與分析 本部分將聚焦於“係統”，即處理信號的機製。我們將學習如何定義和描述係統，以及分析係統如何影響信號的特性。 1. 係統的基本概念與分類 係統的定義： 係統是將輸入信號轉換為輸齣信號的任何實體或過程。 係統的分類： 按因果性分類： 因果係統（輸齣隻依賴於當前及過去輸入）與非因果係統。 按穩定性分類： 穩定係統（有界輸入産生有界輸齣）與不穩定係統，以及BIBO穩定性。 按綫性度分類： 綫性係統（滿足疊加性和齊次性）是信號與係統分析的基石。 按時不變性分類： 時不變係統（係統特性不隨時間改變）是許多實際係統的重要特性。 按記憶性分類： 有記憶係統與無記憶係統。 按可逆性分類： 可逆係統與不可逆係統。 全響應與零輸入響應： 係統對輸入信號和初始狀態的響應。 2. 綫性時不變（LTI）係統的核心：捲積 LTI係統的特性： 疊加性與時不變性使得LTI係統具有極其重要的數學特性。 單位衝激響應（Impulse Response, h(t) 或 h[n]）： LTI係統的“指紋”，完全描述瞭係統的動態特性。輸入為衝激信號時，係統的輸齣即為單位衝激響應。 係統輸齣的捲積計算： 利用單位衝激響應，可以將任何輸入信號的輸齣錶示為輸入信號與單位衝激響應的捲積。我們將詳細講解連續時間LTI係統和離散時間LTI係統的捲積運算。 捲積的性質： 交換性、結閤性、分配性，以及它們在係統分析中的應用。 3. 係統的時域分析 全響應的求解： 結閤零輸入響應和零狀態響應，全麵分析係統的輸齣。 差分方程與微分方程： LTI係統的數學模型，描述瞭輸入、輸齣和係統參數之間的關係。我們將學習如何通過解這些方程來分析係統的行為。 初始條件的影響： 理解初始狀態對係統響應的重要性。 第三部分：信號的頻域分析 時域分析雖然直觀，但對於某些復雜信號和係統，其分析難度較大。頻域分析提供瞭一種全新的視角，將信號分解為不同頻率成分的組閤，從而揭示信號的內在結構和係統對不同頻率成分的影響。 1. 傅裏葉級數（Fourier Series） 周期信號的頻譜錶示： 將任意周期信號分解為一係列不同頻率的正弦（或餘弦）信號之和。 傅裏葉級數的係數： 描述每個頻率分量的幅度和相位。 功率譜密度和能量譜密度： 信號能量或功率在不同頻率上的分布。 傅裏葉級數的收斂性： 狄利剋雷（Dirichlet）條件。 2. 傅裏葉變換（Fourier Transform） 非周期信號的頻譜錶示： 將傅裏葉級數推廣到非周期信號，得到傅裏葉變換，它描述瞭信號在連續頻率上的頻譜。 傅裏葉變換的性質： 綫性性、時移性、尺度變換性、對稱性、微分性質、積分性質、捲積性質等。 捲積定理： 時域捲積等於頻域乘積，是傅裏葉變換在係統分析中的核心應用。 帕斯瓦爾定理： 能量在時域和頻域上的守恒。 單邊和雙邊拉普拉斯變換： 引入拉普拉斯變換，它能夠處理更廣泛的信號，尤其是包含指數衰減的信號，並且能更方便地處理初始條件。 3. 拉普拉斯變換（Laplace Transform） 定義與收斂域（ROC）： 拉普拉斯變換的定義及其對應的復平麵上的收斂域。 拉普拉斯變換的性質： 與傅裏葉變換相似的性質，以及復頻率移動、時域捲積等。 逆拉普拉斯變換： 從復頻域迴到時域。 係統函數（Transfer Function）： LTI係統的傳遞函數在s域（復頻率域）中的錶示，是分析係統頻率響應和穩定性的關鍵。 利用拉普拉斯變換分析LTI係統： 求解微分方程，計算零狀態響應，分析係統穩定性。 4. 離散時間傅裏葉變換（DTFT）與Z變換（Z-Transform） 離散時間信號的頻域錶示： 離散時間傅裏葉變換將離散時間信號的頻譜錶示在有限的頻率範圍內（0到2π）。 Z變換： 離散時間係統的“拉普拉斯變換”，將離散係統分析推廣到復域。 Z變換的性質與收斂域： 類似於拉普拉斯變換，但是在z平麵上。 係統函數H(z)： 離散時間LTI係統的係統函數，用於分析係統性能和穩定性。 係統穩定性與Z平麵上的極點和零點： 利用單位圓判斷離散LTI係統的穩定性。 第四部分：係統響應與應用 本部分將結閤前述理論，深入探討係統的響應，並展示信號與係統理論在實際工程中的廣泛應用。 1. 係統的穩態響應與暫態響應 穩態響應： 當輸入信號為穩態信號（如正弦信號）時，係統的輸齣在經過一段時間後趨於穩定的狀態。 暫態響應： 係統從初始狀態到穩態狀態的過渡過程，受初始條件和係統極點影響。 2. 采樣定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem） 離散化連續信號： 如何將連續時間信號轉換為離散時間信號，以及重構的條件。 奈奎斯特頻率： 保證無失真采樣所需的最高采樣頻率。 過采樣與欠采樣： 采樣率對信號信息的影響。 3. 濾波器（Filters） 濾波器在信號處理中的作用： 允許特定頻率成分通過，而阻止其他頻率成分。 理想濾波器與實際濾波器： 理想濾波器的特性以及實際濾波器設計的挑戰。 低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器： 各種濾波器的頻率響應特性。 濾波器設計的基本原理： 巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器等。 4. 傅裏葉變換與拉普拉斯變換在通信係統中的應用 信號的調製與解調： 如何利用傅裏葉變換理解調製過程，以及解調器的工作原理。 頻譜分析與帶寬： 確定通信信道的可用帶寬，以及信號的頻譜占用。 噪聲分析： 信號在傳輸過程中受到的噪聲乾擾，以及如何通過濾波等技術來抑製噪聲。 5. 傅裏葉變換與拉普拉斯變換在控製係統中的應用 係統模型的建立與分析： 利用微分方程和傳遞函數來描述控製係統。 係統穩定性分析： 利用根軌跡、Bode圖、Nyquist圖等頻域工具來評估係統的穩定性。 係統性能設計： 如何通過調整控製器參數來改善係統的動態性能，如響應速度、超調量等。 結語 信號與係統是一門精妙而強大的學科，它不僅為我們理解自然界和工程世界提供瞭統一的框架，更賦予瞭我們改造和優化世界的工具。本書通過循序漸進的講解和由淺入深的分析，力求幫助讀者構建紮實的理論基礎，並能將這些理論靈活地應用於解決實際問題。願本書成為您探索信號與係統奧秘的良師益友，開啓您在相關領域不斷深入探索的旅程。

評分☆☆☆☆☆

這本《信號與係統分析》確實是信號與係統領域的一本經典之作，我當初選擇它，主要是看中瞭它的內容涵蓋全麵，從最基礎的信號概念、係統特性，到傅裏葉變換、拉普拉斯變換、Z變換等核心分析工具，再到采樣、捲積、頻率響應等關鍵概念，幾乎涵蓋瞭信號與係統學習的全部重點。書中的理論推導嚴謹，邏輯性強，每一步都清晰可見，這對於我這樣的初學者來說，是至關重要的。我特彆喜歡它在講解傅裏葉變換時，通過幾何直觀和代數推導相結閤的方式，讓抽象的數學概念變得易於理解。同時，書中也穿插瞭不少實際應用案例，比如在通信係統、控製係統中的應用，這讓我能更直觀地感受到理論知識的價值，也激發瞭我進一步深入學習的興趣。雖然有些地方的數學推導需要花費不少時間去消化，但每一次理解都帶來的巨大成就感，這正是學習過程中的樂趣所在。這本書的編排也很閤理，章節之間過渡自然，循序漸進，不會讓人感到突兀。而且，它提供的習題也很有代錶性，涵蓋瞭各種類型的題目，既有鞏固基礎的，也有挑戰思維的，做完之後，對知識點的掌握程度能有一個清晰的認識。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最大的啓發在於，它將抽象的數學理論與現實世界的工程應用緊密地聯係在瞭一起。在學習過程中，我不僅掌握瞭傅裏葉變換、拉普拉斯變換等核心分析工具，更重要的是，我學會瞭如何運用這些工具來解決實際問題。例如，在書中關於通信係統的內容，它詳細講解瞭調製解調的原理，以及如何利用信號與係統的理論來分析和設計通信係統。這讓我看到瞭信號與係統分析在現代通信技術中的重要作用。另外，書中對控製係統分析的講解也讓我受益匪淺，它展示瞭如何利用狀態空間方法來分析係統的穩定性、可控性和可觀性，這對於設計和優化控製係統至關重要。我特彆欣賞作者在講解這些應用時，沒有止步於理論層麵，而是深入到具體的工程設計細節，這使得學習過程既具有理論深度，又富有實踐指導意義。這本書讓我認識到，信號與係統分析不僅僅是一門學科，更是一種解決問題的思維方式。

評分☆☆☆☆☆

我從這本書中獲得的最大的益處，在於它建立瞭我對信號與係統分析的係統性認知。在閱讀之前，我對信號和係統的概念隻是模糊的瞭解，但通過這本書，我得以係統地學習到如何定義、描述和分析各種類型的信號和係統。特彆是對綫性時不變（LTI）係統的深入講解，讓我理解瞭捲積定理在其中扮演的核心角色，以及如何通過脈衝響應來錶徵一個LTI係統。書中對傅裏葉級數和傅裏葉變換的闡釋，讓我領略到瞭如何將時域信號分解為不同頻率分量的強大能力，這在信號濾波、頻譜分析等方麵有著廣泛的應用。而且，它還詳細講解瞭拉普拉斯變換和Z變換，這兩種變換在處理瞬態響應和穩定性分析方麵具有不可替代的作用。我尤其喜歡它將理論知識與實際問題相結閤的方式，例如在講解濾波器設計時，它會先介紹理論基礎，然後通過實例展示如何根據實際需求來設計閤適的濾波器。這本書不僅讓我掌握瞭分析信號與係統的工具，更培養瞭我用數學語言來理解和解決工程問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的數學深度和廣度著實令人印象深刻，它不愧是高等教育齣版社的力作。我特彆欣賞作者在處理復雜概念時所展現齣的功力，例如在引入狀態空間分析時，它不僅僅是給齣瞭公式，而是通過對係統本質的剖析，將抽象的數學模型與實際的物理係統緊密聯係起來，這對於理解係統的動態行為至關重要。書中對於各種變換（傅裏葉、拉普拉斯、Z變換）的應用講解得非常透徹，不僅僅停留在數學運算層麵，更深入探討瞭它們在頻域和復頻域分析中的意義，如何揭示係統的穩定性和瞬態響應等關鍵特性。我印象深刻的是，作者在講解係統穩定性時，用到瞭多種判斷方法，並結閤瞭具體的例子進行說明，這讓我能夠從不同的角度去理解和掌握這一核心概念。此外，書中對離散時間信號與係統的分析方法，如Z變換的運用，也進行瞭詳盡的闡述，這在當今數字化時代顯得尤為重要。盡管有些章節涉及的數學工具比較高級，但作者始終保持著清晰的邏輯和深入淺齣的講解風格，力求讓讀者在理解理論的同時，也能感受到其中蘊含的數學美。

評分☆☆☆☆☆

老實說，這本書的難度對於一些初學者來說可能是一個挑戰，但我認為它提供的深度和廣度是值得付齣的努力的。它並沒有迴避那些復雜的數學概念，而是選擇深入剖析，力求讓讀者真正理解背後的原理。我個人對書中關於采樣定理的講解印象特彆深刻，它不僅給齣瞭定理的數學錶述，還深入探討瞭欠采樣和過采樣的後果，以及如何選擇閤適的采樣率來避免信息失真。這對於理解數字信號處理至關重要。此外，書中對係統頻率響應的分析也做得非常齣色，它展示瞭如何通過頻率響應來理解係統的濾波特性，以及如何利用它來分析係統的穩定性和性能。我特彆喜歡它在解釋這些概念時，常常會穿插一些圖形化的錶示，這極大地幫助瞭我對抽象概念的直觀理解。雖然有些部分需要反復閱讀和思考，但每次理解的加深都會帶來新的頓悟。這本書是一本真正能讓你在信號與係統領域打下堅實基礎的教材。