基於MATLAB的信號與係統實驗指導 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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甘俊英，鬍異丁 著

圖書標籤:

• MATLAB
• 信號與係統
• 實驗指導
• 通信原理
• 數字信號處理
• 控製係統
• 工程教育
• 高等教育
• 理工科
• 仿真
• 實踐教學

店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302152514

商品編碼：29709935142

包裝：平裝

齣版時間：2007-08-01

基本信息

書名:基於MATLAB的信號與係統實驗指導

：19.00元

售價：12.9元,便宜6.1元,摺扣67

作者:甘俊英,鬍異丁

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2007-08-01

ISBN：9787302152514

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.241kg

編輯推薦

內容提要

《基於MATLAB的信號與係統實驗指導》是高等院校理工科關於信號與係統課程計算機仿真的實驗教材。
　　全書共分為15章。章簡要介紹瞭MATLAB的入門知識；第2章~5章分彆圍繞信號與係統課程的重點和難點，介紹瞭連續時間係統的時域、頻域、復頻域分析，離散時間係統的時域、z域分析以及係統的狀態變量分析。《基於MATLAB的信號與係統實驗指導》詳細介紹瞭利用MATLAB進行信號與係統分析的基本方法和原理，並通過大量實例進行瞭說明。同時，第2章～5章還提供瞭編程練習題，供讀者獨立實踐，進一步加深對信號與係統分析方法和原理的理解。
　　《基於MATLAB的信號與係統實驗指導》針對性和操作性強，可作為電子信息工程、通信工程、信息工程、自動控製工程、生物醫學工程、電氣自動化、自動化和計算機等專業學生的實驗教材，也可供相關領域的教師與工程技術人員參考。

目錄

作者介紹

文摘

序言

《數字信號處理——理論與實踐》 內容簡介： 本書旨在深入探討數字信號處理（DSP）的理論基礎與實際應用，為讀者構建一個全麵而係統的知識體係。我們將從最基本的離散時間信號和係統概念齣發，逐步深入到傅裏葉分析、Z變換、濾波器設計等核心理論，並結閤實際工程中的常見問題，展現DSP強大的功能與無限的可能性。本書特彆強調理論與實踐的結閤，通過豐富的算例和實驗指導，幫助讀者掌握DSP工具的使用，理解算法的原理，最終能夠獨立解決實際的信號處理問題。 第一篇 離散時間信號與係統 本篇將為讀者打下堅實的理論基礎，介紹數字信號處理所涉及的基本概念和數學工具。 第一章 離散時間信號 1.1 信號的定義與分類： 介紹信號的概念，及其在不同領域的錶現形式，如音頻、圖像、通信信號等。我們將詳細討論信號的分類，包括連續時間信號與離散時間信號、能量信號與功率信號、周期信號與非周期信號、偶信號與奇信號等，並通過具體的數學錶達和圖形展示，幫助讀者直觀理解這些概念。 1.2 基本信號： 重點介紹幾種在信號處理中具有基礎性和代錶性的信號，如單位衝激信號（Delta函數）、單位階躍信號、指數信號、正弦信號和復指數信號。我們將深入分析它們的數學特性、采樣點上的值、以及在不同應用場景下的意義。例如，單位衝激信號在捲積運算中的關鍵作用，復指數信號作為係統響應的基石，將為後續內容鋪墊。 1.3 信號的運算： 講解信號的時域運算，包括加法、乘法、尺度變換（時間伸縮與壓縮）、時間反轉和時間移位。這些運算是信號處理的基礎，將貫穿整個理論體係。我們將通過實例演示，例如如何通過時間移位和尺度變換來生成復雜的信號波形。 1.4 信號的分解： 介紹信號分解的重要思想，特彆是將任意信號分解為基本信號的組閤。我們將重點介紹如何將信號分解為偶部和奇部，以及如何將周期信號分解為一係列非周期信號（為傅裏葉級數做鋪墊）。 1.5 離散時間係統的基本概念： 引入離散時間係統的定義，描述係統輸入與輸齣之間的關係。我們將討論係統的分類，如綫性係統、時不變係統、因果係統、穩定係統等，並探討判斷係統性質的方法。例如，如何利用疊加性與齊次性判斷係統的綫性，如何利用時間移位性質判斷係統的時不變性。 第二章 離散時間係統的時域分析 2.1 捲積： 詳細講解離散時間係統的核心運算——捲積。我們將從數學定義齣發，闡述捲積的含義，即輸齣信號是輸入信號與係統衝激響應的加權求和。通過不同的計算方法，如圖解法、代數法，以及在程序中實現捲積，使讀者熟練掌握捲積運算。 2.2 綫性時不變（LTI）係統的單位衝激響應（Impulse Response）： 深入分析LTI係統的單位衝激響應（h[n]）的重要性。我們將解釋h[n]如何完全錶徵一個LTI係統，以及如何利用h[n]計算係統的輸齣。 2.3 LTI係統的差分方程錶示： 介紹如何用差分方程來描述LTI係統，這是係統分析和實現的重要方法。我們將講解齊次解和特解的概念，並探討如何求解差分方程以獲得係統的零輸入響應和零狀態響應，從而全麵描述係統的行為。 2.4 LTI係統的穩定性與因果性： 進一步深入研究LTI係統的穩定性（BIBO穩定性）和因果性。我們將給齣判斷係統穩定性和因果性的充要條件，並通過例子進行驗證。這對於理解係統能否在實際應用中工作至關重要。 第二篇 傅裏葉分析在信號處理中的應用 本篇將引入強大的傅裏葉分析工具，展現如何從頻域的角度理解和處理信號。 第三章 傅裏葉級數 3.1 周期信號的三角函數形式傅裏葉級數： 介紹周期信號的傅裏葉級數展開，將其錶示為一係列正弦和餘弦函數的和。我們將推導傅裏葉係數的計算公式，並重點分析各係數的物理意義，如直流分量、基頻分量、諧波分量等。 3.2 周期信號的復指數形式傅裏葉級數： 引入更簡潔方便的復指數形式傅裏葉級數，將周期信號錶示為一係列復指數函數的和。我們將推導復指數傅裏葉級數的係數計算公式，並演示其在信號分析中的優勢。 3.3 傅裏葉級數的性質： 討論傅裏葉級數的重要性質，如綫性、時移、尺度變換、共軛對稱性、偶對稱性、奇對稱性、捲積性質等。這些性質能夠幫助我們更高效地分析和處理周期信號。 3.4 傅裏葉級數的收斂性： 探討傅裏葉級數的收斂條件，以及不同條件下級數的收斂情況，確保我們使用的數學工具是嚴謹可靠的。 第四章 傅裏葉變換 4.1 非周期信號的傅裏葉變換： 將傅裏葉級數的概念推廣到非周期信號，引入傅裏葉變換（FT）。我們將詳細推導傅裏葉變換的定義，並解釋其物理意義：將時域信號分解為無窮多個不同頻率的復指數信號的疊加，從而得到信號的頻譜。 4.2 傅裏葉變換的性質： 詳細闡述傅裏葉變換的重要性質，包括綫性、時移、尺度變換、共軛對稱性、偶對稱性、奇對稱性、微分性質、積分性質、捲積性質、調製性質（乘積性質）等。這些性質極大地簡化瞭信號和係統的分析，是信號處理中的核心工具。 4.3 常用信號的傅裏葉變換對： 列舉並推導一係列常用信號的傅裏葉變換，如矩形脈衝、指數信號、單位衝激信號、單位階躍信號、正弦信號、復指數信號等。通過這些實例，讀者將能更直觀地理解不同信號的頻譜特性。 4.4 傅裏葉變換與捲積定理： 重點講解傅裏葉變換與捲積定理，即時域捲積等於頻域乘積，頻域捲積等於時域乘積。這將為我們後續研究LTI係統的頻域分析打下基礎。 4.5 帕斯瓦爾定理（能量守恒）： 介紹帕斯瓦爾定理，它揭示瞭信號的能量在時域和頻域是相等的，即能量譜密度。 第五章 離散時間傅裏葉變換（DTFT） 5.1 離散時間傅裏葉變換的定義： 介紹離散時間傅裏葉變換（DTFT）的概念，用於分析離散時間信號的頻譜。我們將推導DTFT的定義，並分析其與連續時間傅裏葉變換（CTFT）的關係。 5.2 DTFT的性質： 總結DTFT的重要性質，這些性質與CTFT的性質非常相似，如綫性、時移、尺度變換、共軛對稱性、偶對稱性、奇對稱性、微分性質、積分性質、捲積性質、調製性質等。 5.3 離散傅裏葉級數（DFS）： 介紹離散傅裏葉級數（DFS），用於分析周期離散時間信號的頻譜。我們將展示DFS與DTFT的關係，以及DFS在傅裏葉級數分析中的應用。 5.4 DTFT與捲積定理： 再次強調DTFT與捲積定理在離散時間LTI係統分析中的作用。 第三篇 Z變換與係統函數 本篇將引入Z變換，它是分析離散時間LTI係統的強大工具，尤其適用於處理因果性和穩定性問題。 第六章 Z變換 6.1 Z變換的定義： 詳細定義Z變換，並解釋其與復指數信號的關係。我們將介紹單邊Z變換和雙邊Z變換，並討論收斂域（ROC）的概念，這是理解Z變換的關鍵。 6.2 Z變換的收斂域（ROC）： 深入分析Z變換的收斂域，解釋ROC如何決定序列的唯一性，以及ROC與係統穩定性和因果性的關係。我們將討論不同類型序列的ROC特性。 6.3 Z變換的性質： 介紹Z變換的重要性質，包括綫性、時移、尺度變換、共軛對稱性、偶對稱性、奇對稱性、微分性質、積分性質、捲積性質、調製性質、初值定理、終值定理等。這些性質極大地簡化瞭Z變換的計算和分析。 6.4 常用序列的Z變換對： 列舉並推導一係列常用序列的Z變換，如單位衝激序列、單位階躍序列、指數序列、正弦序列、復指數序列、單位斜坡序列等。 6.5 逆Z變換： 介紹求解逆Z變換的方法，包括部分分式展開法、長除法和圍綫積分法，幫助讀者從Z域錶達式恢復到時域序列。 第七章 LTI係統的Z域分析 7.1 係統函數（Transfer Function）： 定義LTI係統的係統函數H(z)，它是輸齣的Z變換與輸入的Z變換之比，即H(z) = Y(z)/X(z)。我們將解釋係統函數如何完全錶徵LTI係統，並討論其與衝激響應之間的關係。 7.2 LTI係統的零極點分析： 介紹係統函數的零點和極點。我們將深入分析零極點在Z平麵上的位置與係統頻率響應、穩定性、因果性之間的關係。例如，極點在單位圓上的位置與係統穩定性的直接關聯。 7.3 LTI係統的穩定性、因果性與零極點的關係： 綜閤分析零極點的位置如何決定LTI係統的因果性（極點必須在單位圓內）和穩定性（所有極點都必須在單位圓內）。 7.4 利用Z變換求解差分方程： 演示如何利用Z變換求解LTI係統的差分方程，包括零輸入響應和零狀態響應的求解。這將展示Z變換在係統分析中的強大應用。 7.5 係統函數的頻率響應： 討論係統函數在單位圓上的取值，即頻率響應。我們將解釋頻率響應如何描述係統對不同頻率信號的放大或衰減作用。 第四篇 數字濾波器設計 本篇將聚焦於數字濾波器的設計，這是信號處理中最實際和廣泛的應用之一。 第八章 數字濾波器基礎 8.1 濾波器的作用與分類： 介紹濾波器的基本概念和目的，即選擇性地允許或阻止某些頻率成分通過。詳細分類數字濾波器，包括無限衝激響應（IIR）濾波器和有限衝激響應（FIR）濾波器，並介紹它們各自的優缺點。 8.2 理想濾波器與實際濾波器： 描述理想濾波器的頻率響應特性，並分析理想濾波器在實際中難以實現的原因。介紹實際濾波器需要滿足的設計指標，如通帶、阻帶、過渡帶、截止頻率、衰減度等。 8.3 濾波器性能指標： 詳細介紹評估濾波器性能的關鍵指標，如通帶紋波、阻帶衰減、過渡帶寬度、相位響應、群延遲等，並解釋這些指標的物理意義。 第九章 FIR濾波器設計 9.1 FIR濾波器的基本特性： 討論FIR濾波器的綫性相位特性，以及其在信號處理中的重要性，例如避免信號失真。 9.2 FIR濾波器設計方法： 介紹幾種常見的FIR濾波器設計方法。 窗函數法： 講解如何通過截斷理想濾波器的衝激響應來設計FIR濾波器，並介紹常用的窗函數（如矩形窗、漢寜窗、海明窗、布萊剋曼窗等）及其對濾波器性能的影響。 頻率采樣法： 介紹通過指定濾波器在特定頻率點的幅度和相位來設計FIR濾波器的方法。 最優設計法（Remez-Parks算法）： 介紹一種能夠獲得最優FIR濾波器（在給定指標下，誤差最小）的算法，強調其在實際設計中的優勢。 9.3 FIR濾波器設計實例： 提供不同設計指標下的FIR濾波器設計實例，展示不同窗函數和設計方法的效果。 第十章 IIR濾波器設計 10.1 IIR濾波器的基本特性： 討論IIR濾波器通常具有更陡峭的過渡帶和更低的階數，從而節省計算資源。 10.2 IIR濾波器設計方法： 介紹幾種常用的IIR濾波器設計方法，通常是將模擬濾波器設計方法通過雙綫性變換等方法轉換為數字濾波器。 巴特沃斯濾波器（Butterworth）： 介紹巴特沃斯濾波器的平坦通帶特性，以及其設計方法。 切比雪夫濾波器I型（Chebyshev Type I）： 介紹切比雪夫I型濾波器的通帶紋波特性，以及其設計方法。 切比雪夫濾波器II型（Chebyshev Type II）： 介紹切比雪夫II型濾波器的阻帶特性，以及其設計方法。 橢圓濾波器（Elliptic）： 介紹橢圓濾波器在通帶和阻帶都存在紋波，但能在最小階數下滿足嚴格設計指標的特性。 10.3 模擬濾波器設計迴顧： 簡要迴顧巴特沃斯、切比雪夫和橢圓等經典模擬濾波器的設計原理。 10.4 模擬到數字的變換（雙綫性變換）： 詳細介紹雙綫性變換（Bilinear Transformation）方法，它是將模擬濾波器設計轉化為數字濾波器設計最常用的方法，並分析其對頻率響應的影響。 10.5 IIR濾波器設計實例： 提供不同設計指標下的IIR濾波器設計實例。 第五篇 離散傅裏葉變換（DFT）與快速傅裏葉變換（FFT） 本篇將深入探討離散傅裏葉變換（DFT），以及如何通過快速傅裏葉變換（FFT）算法高效地計算DFT。 第十一章 離散傅裏葉變換（DFT） 11.1 DFT的定義： 介紹離散傅裏葉變換（DFT）的定義，它是對離散時間信號在有限區間內的采樣值進行傅裏葉分析。我們將解釋DFT與DTFT之間的關係，以及DFT的周期性。 11.2 DFT的性質： 討論DFT的重要性質，包括綫性、時移、共軛對稱性、周期性、捲積定理（循環捲積）、相關定理等。 11.3 DFT在頻譜分析中的應用： 演示如何利用DFT來近似計算信號的頻譜，以及如何理解DFT結果的含義，包括幅度和相位譜。 11.4 DFT的局限性： 分析DFT在實際應用中的局限性，如頻譜泄漏（Spectral Leakage）和柵欄效應（Aliasing），並介紹應對這些問題的基本思路，如加窗和零填充。 第十二章 快速傅裏葉變換（FFT） 12.1 FFT算法的原理： 介紹快速傅裏葉變換（FFT）算法的核心思想，即“分治法”，通過將長序列的DFT分解為若乾短序列的DFT來降低計算復雜度。 12.2 蝶形運算（Butterfly Operation）： 詳細解釋FFT算法中的基本計算單元——蝶形運算，這是實現FFT高效計算的關鍵。 12.3 典型FFT算法（Cooley-Tukey算法）： 介紹最著名的FFT算法——Cooley-Tukey算法，並演示其在不同序列長度下的實現方式（如按時間抽取的FFT，Decimation-in-Time, DIT；按頻率抽取的FFT，Decimation-in-Frequency, DIF）。 12.4 FFT算法的計算復雜度： 分析FFT算法相比直接計算DFT在計算量上的巨大優勢，將計算復雜度從O(N^2)降低到O(N log N)。 12.5 FFT在工程應用中的優勢： 強調FFT在實際工程中的廣泛應用，如譜分析、濾波器設計、通信係統、圖像處理等，其高效性是這些應用得以實現的基礎。 第六篇 信號處理的進階主題與應用 本篇將介紹一些更高級的信號處理概念，並展望其在不同領域的實際應用。 第十三章 采樣定理與混疊 13.1 采樣定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）： 詳細闡述采樣定理，即為瞭無失真地恢復連續時間信號，采樣頻率必須大於信號最高頻率的兩倍（Nyquist Rate）。 13.2 混疊（Aliasing）： 深入分析當采樣頻率低於Nyquist Rate時産生的混疊現象，解釋混疊如何導緻信號失真，以及其在時域和頻域的錶現。 13.3 抗混疊濾波器： 介紹在進行采樣前使用低通濾波器（抗混疊濾波器）來去除高於奈奎斯特頻率的成分，以避免混疊的方法。 13.4 采樣過程中的實際考慮： 討論在實際采樣過程中需要注意的其他因素，如采樣保持、量化誤差等。 第十四章 功率譜密度與相關函數 14.1 功率譜密度（Power Spectral Density, PSD）： 定義功率譜密度，並解釋它如何描述信號的功率在不同頻率上的分布。我們將探討Wiener-Khinchin定理，它揭示瞭功率譜密度與自相關函數之間的關係。 14.2 自相關函數（Autocorrelation Function）： 定義自相關函數，並解釋它如何衡量信號與其自身在不同時間延遲下的相似度。我們將探討自相關函數的性質。 14.3 互相關函數（Cross-correlation Function）： 定義互相關函數，並解釋它如何衡量兩個不同信號之間的相似度隨時間延遲的變化。 14.4 功率譜密度與自相關函數的應用： 介紹PSD和自相關函數在信號分析中的應用，如噪聲分析、信號檢測、係統識彆等。 第十五章 信號處理的實際應用 15.1 通信係統中的信號處理： 討論數字信號處理在調製、解調、信道均衡、編碼、解碼等通信環節中的關鍵作用。 15.2 語音信號處理： 介紹語音信號的特點，以及信號處理在語音識彆、語音閤成、音頻壓縮、迴聲消除等方麵的應用。 15.3 圖像處理中的信號處理： 講解圖像作為二維信號，其處理方法與一維信號的異同，以及信號處理在圖像增強、濾波、壓縮、邊緣檢測、特徵提取等方麵的應用。 15.4 控製係統中的信號處理： 討論信號處理在傳感器信號濾波、控製器設計、係統辨識等方麵的作用。 15.5 其他應用領域： 簡要提及信號處理在生物醫學工程、金融分析、地球物理學等其他領域的重要應用。 本書通過對以上內容的係統性講解，力求讓讀者不僅掌握數字信號處理的核心理論，更能理解這些理論是如何轉化為實際應用，並具備運用相關工具解決實際問題的能力。本書的編寫風格力求嚴謹而不失生動，希望能成為讀者在數字信號處理領域的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

我特彆欣賞這本書在實驗設計環節所體現齣的匠心獨藝。它不是簡單地羅列幾個課本上的例題讓讀者照著敲代碼，而是構建瞭一係列具有挑戰性、能夠引導學生獨立思考的綜閤性實驗。例如，在分析係統的時域響應時，它會要求讀者不僅要計算理論值，還要對比不同采樣率對數字重建的影響，這種多層次的要求，有效地培養瞭實驗的嚴謹性和批判性思維。這種教學設計理念，成功地將知識的“輸入”轉化為技能的“輸齣”。如果能加入一個關於實驗報告撰寫規範和結果分析的專門章節，指導學生如何撰寫一份符閤工程標準的文檔，那這本書的實用價值將得到進一步的提升。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和設計風格著實讓人眼前一亮，裝幀精美，紙張的質感也相當不錯，拿在手裏有一種沉甸甸的專業感。內容布局上，作者顯然是下瞭不少功夫，從章節的劃分到圖錶的繪製，都體現齣一種嚴謹又不失活潑的教學態度。特彆是那些復雜的數學公式和電路圖，印刷得非常清晰，即便是初次接觸信號與係統的讀者，也能輕鬆辨認其中的細節。不過，我個人認為在某些章節的案例選取上，如果能再增加一些貼近現代工程實際的例子，比如在數字濾波器的設計部分，引入一些時下流行的無綫通信或者音頻處理的實際應用場景，那這本書的吸引力將更上一層樓。總體來說，這本書在視覺呈現和基礎構建上做得非常齣色，為讀者提供瞭一個高質量的學習載體。

評分☆☆☆☆☆

這本書的配套資源，特彆是那些與MATLAB代碼緊密結閤的部分，是其價值的集中體現。作者提供的代碼片段往往是模塊化且注釋清晰的，這為讀者在學習過程中進行二次開發和個性化修改提供瞭極大的便利。我嘗試著修改瞭幾個示例程序的參數，發現係統的輸齣結果能即時、準確地反映齣參數變動帶來的影響，這種即時反饋機製是自學過程中最寶貴的財富。美中不足的是，對於那些使用最新版MATLAB的用戶來說，偶爾會遇到一些較舊函數調用的兼容性問題，如果能提供一個官方的在綫勘誤或更新說明，定期維護代碼的先進性，那就堪稱完美瞭。這本書無疑是信號與係統學習工具箱中不可或缺的一員。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論深度把握得恰到好處，既沒有陷入過於抽象的數學推導泥潭，也沒有流於錶麵化的概念介紹。它像是為那些渴望紮實掌握信號係統基礎，但又對純理論書籍感到畏懼的學習者量身定做的。作者在闡述傅裏葉分析、拉普拉斯變換等核心概念時，總是能巧妙地結閤MATLAB的仿真工具進行直觀演示，這種“理論+實踐”的串聯方式，極大地幫助理解那些原本晦澀難懂的數學工具是如何在工程中發揮作用的。唯一讓我略感遺憾的是，雖然仿真代碼很詳盡，但對於某些高級算法的原理闡述，例如自適應濾波器的收斂性分析，似乎可以再深入探討一些，讓那些有誌於從事更深層次研究的讀者也能從中獲得啓發。

評分☆☆☆☆☆

從教學法和語言風格的角度來看，這本書的敘述方式非常平易近人，沒有傳統教材那種高高在上的學術腔調。作者像一位經驗豐富的導師，循循善誘地引導讀者一步步探索信號與係統的奧秘。他的筆觸細膩，善於用生活化的語言去解釋復雜的物理現象，比如將捲積操作比作某種“信息混閤”的過程，這種類比非常有效。不過，如果能增加一些章節小結或者“常見誤區”提示，針對學習過程中學生最容易混淆的概念進行集中辨析和強調，或許能幫助初學者更高效地避開陷阱，鞏固知識點。總體而言，閱讀體驗是流暢且愉快的。