編輯推薦
適讀人群 :電子信息工程、通信工程、電子對抗、電子信息科學與技術等學科的本、專科生 詳細介紹瞭連續和離散時間信號與係統的基本理論和分析方法
編寫結構閤理,可供不同教學時數選用,內容通俗易懂,便於自學
結閤學科發展,注重理論聯係工程實際
精選內容,精心編排。由淺入深,文字精練
可為任課教師提供配套的電子課件和習題解答
內容簡介
本書為普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材,並獲得中國兵器工業部教材一等奬。
本書主要研究綫性時不變係統傳輸與處理確定性信號方麵的基本概念和基本分析方法。研究對象涉及連續和離散時間信號與係統,研究方法包括時域分析和變換域分析,重點是變換域分析。
本書共分為8章,主要內容包括信號與係統概述、連續時間信號與係統的時域分析、連續時間信號與係統的頻域分析、連續時間信號與係統的復頻域分析、連續時間信號的抽樣與量化、離散時間信號與係統的時域分析、離散時間信號與係統的z域分析和綫性係統的狀態變量分析。
本書編寫結構閤理,可供不同教學時數選用;內容通俗易懂,便於自學}注重理論聯係工程實際。全書各章都有精選的例題和不同類型的習題。
本書可作為普通高等院校信息類等相關專業本科生或研究生教材,也可作為相關科研與工程技術人員的參考用書。
內頁插圖
目錄
前言
第1章 信號與係統概述
1.1 信息、信號和係統
1.2 信號的分類與描述
1.2.1 確定性信號與隨機信號
1.2.2 連續時間信號與離散時間信號
1.2.3 實信號與復信號
1.2.4 周期信號與非周期信號
1.2.5 能量信號與功率信號
1.2.6 普通信號與奇異信號
1.2.7 -維信號與多維信號
1.3 常用典型信號及其基本特性
1.3.1 正弦型信號
1.3.2 指數信號
1.3.3 矩形脈衝與三角脈衝
1.3.4 抽樣信號
1.3.5 鍾形脈衝信號(高斯信號)
1.4 奇異信號及其基本特性
1.4.1 單位斜變信號
1.4.2 單位階躍信號
1.4.3 單位衝激信號
1.4.4 衝激偶函數
1.5 信號的基本運算及波形變換
1.5.1 相加和相乘
1.5.2 信號的時移
1.5.3 信號的反褶
1.5.4 信號的尺度變換
1.5.5 信號的微分
1.5.6 信號的積分
1.5.7 信號的對稱
1.6 信號的分解
1.6.1 直流分量和交流分量
1.6.2 偶分量和奇分量
1.6.3 脈衝分量
1.6.4 實部分量和虛部分量
1.7 係統模型、特性及分類
1.7.1 係統模型
1.7.2 係統的分類
1.8 綫性時不變係統的性質
1.8.1 綫性性質
1.8.2 時不變性質
1.8.3 因果性
1.8.4 穩定性
1.9 綫性時不變係統的分析方法概述
習題
第2章 連續時間信號與係統的時域分析
2.1 經典時域解法
2.1.1 微分方程的建立與求解
2.1.2 從0到0+狀態的轉換
2.1.3 係統響應的分解模式
2.2 零輸入響應和零狀態響應
2.2.1 零輸入響應
2.2.2 零狀態響應
2.2.3 零輸入綫性和零狀態綫性
2.3 衝激響應和階躍響應
2.3.1 衝激響應
2.3.2 階躍響應
2.4 捲積積分
2.4.1 捲積積分的概念
2.4.2 捲積積分的圖解法
2.4.3 捲積運算的性質
2.4.4 用捲積積分法求係統的零狀態響應
2.5 相關
2.5.1 相關的概念
2.5.2 相關函數及其性質
2.5.3 相關與捲積的關係
習題
……
第3章 連續時間信號與係統的頻域分析
第4章 連續時間信號與係統的復頻域分析
第5章 連續時間信號的抽樣與量化
第6章 離散時間信號與係統的時域分析
第7章 離散時間信號與係統的z域分析
第8章 綫性係統的狀態變量分析
參考文獻
前言/序言
信號與係統課程是高等院校電子信息工程、電子信息科學與技術、通信工程、自動化、生物醫學工程、測控技術與儀器、電子科學與技術、計算機科學與技術、信息科學與技術等專業的一門重要的技術基礎課程,其應用領域非常廣泛,幾乎遍及電類和非電類的各個工程技術領域。
本書主要研究確定性信號和綫性時不變係統的基本理論及方法,研究對象涉及連續和離散時間信號與係統,研究方法包括時域分析和變換域分析,重點是變換域分析。全書按照先信號後係統,先連續後離散,先時域分析後變換域分析,先輸入輸齣描述後狀態變量描述,對信號與係統的分析方法進行瞭全麵的介紹,由淺人深,由簡單到復雜,將一些基本概念和基本分析方法逐步引齣。同時,根據當前信號與信息處理技術的發展動態,結閤教育部高校教學質量工程和教學改革的形勢和要求,結閤十幾年教學實踐中的經驗和教學需要,注意到國內外教材內容的變化,對教材內容進行瞭精心編排,以期能夠為各個高校信號與係統的教學服務。本書具有如下特點:
(1)在內容上,充分體現時代氣息,將經典理論和新技術相互融閤,以當代信息科學的觀點理解、審視、組織和闡述傳統內容。
(2)將信號與係統的分析方法融為一體,有利於學生理解信號與係統的基本概念、基本理論和基本的分析方法,編著的過程中按照先連續信號與係統的分析,後離散信號與係統的分析,在連續到離散的過渡過程中,詳細介紹瞭連續時間信號的抽樣和量化。
(3)連續時間信號的抽樣和量化是連續時間信號與係統分析到離散時間信號和係統分析的橋梁,在本章中注重抽樣定理在工程實際中的應用,詳細介紹瞭頻率混疊效應和信號抽樣頻率的選擇及信號的截斷與時窗。
(4)加強瞭離散信號與離散係統的分析,使讀者通過本課程的學習能為進一步學習數字信號處理課程打下良好的基礎,以適應數字技術及計算機技術的飛速發展及廣泛應用的需要。
(5)結閤學科發展,注意理論聯係工程實際。書中給齣瞭一些用信號與係統的理論分析實際問題的例子,這不僅可以開闊學生的思路,激發學生的興趣,而且通過適當應用可以加深學生對所學基本理論的進一步理解。
本書共8章。第1章介紹瞭信號與係統的基本概念和基本理論;第2~4章著重討論連續時間信號與係統的時域、頻域和復頻域分析;第5章是連續時間信號與係統分析到離散時間信號與係統分析的過度,討論瞭連續時間信號的抽樣與量化;第6、7章主要研究離散時間信號與係統的時域和z域分析;第8章主要研究綫性係統的狀態變量分析方法。
本書的編寫分工如下:王明泉編寫第1章和3.1節;王浩全編寫第7章和3.2節、3.3節、3.4節;郝利華編寫第2章和37節、第3章習題;桂誌國編寫第6章和3.6節、3.節;薛英娟編寫第4章和3.8節;李博編寫第8章和3.5節;何兆紅編寫第5章和3.10節;全書由王明泉統稿。
韓焱教授、王召巴教授、張記龍教授、張誌傑教授校閱瞭各部分初稿或結閤授課對編寫工作提齣瞭非常閤理和有益的建議,學校的各級部門和各級領導為本書的編寫提供瞭巨大的幫助,儀器科學與動態測試教育部重點實驗室和電子測試技術國防科技重點實驗室為本書的編寫提供瞭實驗條件,在此一並緻謝!同時,本書的齣版得到瞭山西省自然科學基金(20051043)和山西省科技攻關項目(2006031160)的資助,在此深錶謝意!科學齣版社各位編輯與作者的愉快閤作為本書齣版創造瞭十分有利的條件;多年來作者與各位同事經常性的研討,以及授課過程中與學生的密切交流,對本書寫作有很多重要的啓發和幫助,在此錶示感謝!
由於水平有限,書中難免有錯誤和不當之處,懇請讀者批評指正。
《混沌之語:信息、模式與未知之旅》 在這個信息爆炸的時代,我們仿佛置身於一片無邊無際的海洋,無數的波濤洶湧,每一朵浪花都承載著零碎的片段。我們努力辨彆海浪的規律,試圖從中捕獲有價值的魚群,然而,大海的深邃與復雜常常讓我們感到渺小與無力。本書《混沌之語》並非試圖提供一套現成的導航圖,也非傳授精湛的捕魚技巧,而是邀請您踏上一場探索信息本質、洞察模式之美、並擁抱未知的精神旅程。 第一章:信息的幽靈 我們常常談論“信息”,但它究竟是什麼?它是一個字節,一段語音,還是一串閃爍的數字?在本章中,我們將卸下那些僵化的定義,深入探討信息的“幽靈”特質。信息並非實體,卻能驅動世界。它如何被編碼?它如何流動?它如何轉化?我們將追溯信息的根源,從古老的符號到現代的量子比特,理解信息在不同尺度上的呈現方式。 從比特到意義: 探討比特作為信息基本單位的抽象性,以及如何通過一係列規則和約定,將純粹的0和1轉化為具有實際意義的數據。我們將審視編碼的藝術,從簡單的二進製到復雜的壓縮算法,理解信息如何被巧妙地打包和傳輸。 信息的熵與不確定性: 引入“熵”的概念,並非作為物理學中的熱力學量,而是作為衡量信息不確定性的尺度。一個高度確定的係統,信息熵低;一個充滿隨機性的係統,信息熵高。理解熵,有助於我們認識到信息是如何對抗無序、創造秩序的。 語義的迷宮: 探討信息的“意義”是如何産生的。它並非獨立存在,而是與接收者、語境、以及共享的知識體係緊密相連。我們將討論符號學、語言學中的洞見,以及人工智能在理解和生成語義方麵的挑戰。 第二章:模式的低語 在看似雜亂無章的數據洪流中,潛藏著規律與秩序,它們如同無聲的低語,等待我們去傾聽。模式,是自然界和人類社會運行的基石,是理解復雜係統、預測未來趨勢的關鍵。本書將帶領您穿越那些隱藏在錶象之下的模式,從簡單的周期性變化到復雜的自組織現象。 序列與重復: 探討最基礎的模式——序列和重復。從簡單的樂章鏇律到 DNA 的基因序列,理解重復如何構建結構,節奏如何賦予生命力。我們將審視傅裏葉分析的早期思想,以及它如何揭示隱藏在復雜信號中的周期性成分。 關聯與因果: 深入研究模式的另一種形式——關聯。兩個事件是否同時發生?一個事件的發生是否會引起另一個事件?我們將區分“相關性”與“因果性”的微妙界限,認識到並非所有模式都代錶著直接的因果聯係,並探討如何在海量數據中尋找真正的關聯。 分形與混沌邊緣: 探索那些看似混亂卻又具有內在結構的模式,例如分形幾何。我們將深入瞭解分形在自然界(如海岸綫、雪花)和復雜係統中的普遍性,並初步觸及“混沌”的邊緣,理解在某些係統中,微小的初始差異如何導緻截然不同的長期結果。 第三章:預測的邊界 擁有瞭對信息和模式的理解,我們自然會渴望預測。預測,是人類智慧的體現,是應對不確定性的努力。然而,預測並非萬能,它的邊界在哪裏?我們如何在已知與未知之間找到平衡?本章將探討預測的原理、局限以及如何以更智慧的方式麵對未來。 從綫性到非綫性: 區分綫性和非綫性預測模型。理解簡單的綫性模型為何在某些情況下失效,以及非綫性模型如何更貼近現實世界的復雜性。我們將探討一些經典的時間序列預測方法,並指齣其在麵對非平穩信號時的局限。 噪聲的乾擾與信號的提取: 任何預測都離不開對噪聲的對抗。噪聲不僅會掩蓋真實的信號,還可能誤導我們的判斷。我們將探討各種濾波技術,以及如何從嘈雜的數據中提取齣有價值的信息,從而提高預測的準確性。 概率的語言: 認識到在許多情況下,精準的預測是遙不可及的。我們需要學會用概率的語言來描述未來。我們將探討概率分布、置信區間等概念,理解如何量化預測的不確定性,並做齣更穩健的決策。 黑天鵝與未知: 承認預測的根本局限性。那些意想不到的、影響巨大的“黑天鵝”事件,往往是現有模型無法預測的。我們將探討如何構建具有韌性的係統,以及在麵對未知時,保持謙遜與開放的態度。 第四章:感知之環 信息、模式與預測,最終都服務於我們的感知與行動。我們如何從海量的信息中構建齣對世界的理解?我們如何利用模式來指導我們的決策?本章將聚焦於“感知之環”——信息輸入、處理、理解、輸齣的循環過程,以及在這個過程中,我們自身扮演的角色。 感知過濾與注意力: 我們的感官接收的信息是有限的,我們的大腦會進行過濾。我們將探討注意力機製,以及它如何在信息過載的情況下,幫助我們聚焦於最重要的部分。 模型與心智: 我們對世界的理解,很大程度上依賴於我們內心的“模型”。這些模型是我們經驗、知識和學習的結晶。我們將探討心智模型的形成、更新以及它們如何影響我們的行為。 反饋與適應: 感知不是單嚮的,而是與行動相互作用的。我們的行動會産生新的信息,這些信息又會更新我們的感知和模型。我們將探討反饋機製在係統中的作用,以及生物體和復雜係統如何通過反饋來實現適應與進化。 創造力的火花: 在對已知模式的理解之上,我們還能迸發齣創造力的火花。創造力並非憑空而來,它往往是對現有信息和模式的重新組閤、提煉與升華。我們將探討創造力與已知模式之間的聯係,以及如何培養這種能力。 第五章:混沌的擁抱 我們生活在一個充滿不確定性的世界。試圖完全掌控和預測一切,往往是一種徒勞。真正的智慧,也許在於擁抱混沌,理解它的存在,並從中找到生長的可能。 復雜係統的本質: 探討復雜係統的普遍特徵,例如湧現性、自組織性、非綫性動力學。理解這些特性,有助於我們從更宏觀的視角看待世界。 容錯與魯棒性: 認識到係統的魯棒性並非源於完美,而是源於其對噪聲、乾擾和變化的適應能力。一個“不那麼完美”卻能持續運行的係統,比一個脆弱的完美係統更有價值。 學習與進化: 混沌環境是學習和進化的溫床。生物、社會和技術都在不斷地與不確定性互動,並在這種互動中不斷演化。我們將探討學習在適應不確定性中的核心作用。 開放性與探索: 最終,本書倡導的是一種開放的心態。不固守於已知的模式,不畏懼未知的挑戰,積極探索,樂於學習。在信息的海洋中,我們或許永遠無法完全徵服它,但我們可以學會與之共舞,並在其中找到屬於自己的那片星辰大海。 《混沌之語》是一本關於思維方式的書,它不提供現成的答案,而是提供一種探索問題的視角。它將帶領您重新審視我們習以為常的信息、模式與預測,打開一扇通往更深刻理解世界的大門,並最終學會如何在變幻莫測的混沌中,找到屬於自己的清晰之路。