信號與係統分析(第2版)(工業和信息化普通高等教育“十二五”規劃教材立項項目) 9787 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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聶小燕，杜娥，任璧蓉 著

圖書標籤:

• 信號與係統
• 電路分析
• 係統分析
• 通信原理
• 電子工程
• 高等教育
• 教材
• 工業和信息化
• 自動化
• 控製工程

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齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115353832

商品編碼：29227161685

包裝：平裝

齣版時間：2014-08-01

基本信息

書名：信號與係統分析(第2版)(工業和信息化普通高等教育“十二五”規劃教材立項項目)

定價：36.00元

作者：聶小燕,杜娥,任璧蓉

齣版社：人民郵電齣版社

齣版日期：2014-08-01

ISBN：9787115353832

字數：

頁碼：

版次：2

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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本教材突齣的特點：
1.隨著信息技術日新月異的發展，教材內容與時俱進，加強瞭(含深度和廣度)離散信號及LTI離散係統分析的內容。
2.例題比較經典，使本教材更具可讀性與可參考性。

內容提要

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本書全麵介紹信號與係統分析的基本理論和分析方法。本書共分6章。笫1章緒論、第2章連續時間信號與LTI連續時間係統的時域分析、第3章連續時間信號與LTI連續時間係統的頻域分析、笫4章連續時間信號與LTI連續時間係統的復頻(s)域分析、第5章LTI離散時間係統的時域分析及第6章LTI離散時間係統的z域分析。
本書可作為普通高等院校的本科生教材，也可作為高職高專院校、成人教育和高等自學考試的參考用書。

目錄

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第1章 緒論 1
1.1 信號的概念 1
1.1.1 信號的分類 1
1.1.2 連續時間信號的基本運算 5
1.1.3 常用連續時間信號 8
1.2 綫性時不變(LTI)連續時間係統的概念 19
1.2.1 係統的概念 19
1.2.2 係統的數學模型 19
1.2.3 係統的初始狀態的概念 20
1.2.4 5個基本概念 21
1.2.5 係統的分類 22
1.2.6 綫性時不變係統的性質及描述 23
1.3 信號與係統分析概述 23
1.3.1 信號分析概述 23
1.3.2 LTI連續時間係統的係統分析概述 24
習題A 25
習題B 28

第2章 連續時間信號和LTI連續時間係統的時域分析 30
2.1 LTI連續時間係統的零輸入響應ys(t) 30
2.2 LTI連續時間係統的零狀態響應yf(t) 32
2.2.1 LTI連續時間係統的零狀態響應yf(t)的定義 32
2.2.2 LTI連續時間係統的單位衝激響應h(t) 32
2.2.3 LTI連續時間係統的零狀態響應yf(t)的求法 33
2.2.4 LTI連續時間係統的單位階躍響應s(t) 34
2.3 捲積積分 34
2.3.1 捲積積分的定義 34
2.3.2 捲積積分的性質 36
2.4 LTI連續時間係統時域分析舉例 40
習題A 46
習題B 49

第3章 連續時間信號與LTI連續時間係統的頻域分析 50
3.1 周期信號的頻譜分析——傅裏葉級數 50
3.1.1 三角函數形式的FS 50
3.1.2 指數函數形式的傅裏葉級數 51
3.1.3 周期信號的頻譜 53
3.1.4 周期信號的帶寬 53
3.2 傅裏葉變換(FT) 54
3.2.1 FT的引入 54
3.2.2 FT的定義 55
3.2.3 傅裏葉變換(FT)的性質 57
3.2.4 有理真分式的部分分式展開 76
3.3 LTI連續時間係統的頻域分析 79
3.3.1 LTI連續時間係統的頻率響應H(w) 79
3.3.2 LTI連續時間係統的頻域分析 81
3.3.3 周期信號通過LTI連續時間係統的響應 82
3.3.4 無失真傳輸係統 85
3.3.5 調製、解調的概念 85
3.3.6 理想低通濾波器 87
3.3.7 時域取樣 90
習題A 93
習題B 95

第4章 連續時間信號與LTI連續時間係統的復頻域分析 98
4.1 雙邊拉普拉斯變換 98
4.1.1 由傅裏葉變換引入雙邊拉普拉斯變換 98
4.1.2 雙邊拉普拉斯變換的定義 99
4.1.3 雙邊LT的收斂域 101
4.1.4 雙邊拉普拉斯變換與傅裏葉變換的關係 102
4.1.5 雙邊拉普拉斯變換(雙邊LT)的性質 103
4.1.6 拉普拉斯逆變換(ILT) 111
4.2 單邊拉普拉斯變換 114
4.2.1 單邊拉普拉斯變換的定義 114
4.2.2 單邊拉普拉斯變換的性質 115
4.3 LTI連續時間係統的復頻域分析 121
4.3.1 LTI連續時間係統的係統函數H(s) 121
4.3.2 LTI連續時間係統對輸入信號f(t)=es0t的響應 124
4.3.3 LTI連續時間係統零狀態響應yf(t)的復頻域分析 124
4.3.4 單邊拉普拉斯變換(單邊LT)解微分方程 130
4.3.5 電路的復頻域分析 133
4.4 LTI連續時間係統的模擬 138
4.4.1 子係統的簡單連接 138
4.4.2 LTI連續時間係統模擬所用基本器件 140
4.4.3 LTI連續時間係統的模擬 140
4.5 LTI連續時間係統的因果性、零極圖及穩定性 144
4.5.1 LTI連續時間係統的因果性 144
4.5.2 LTI連續時間係統的零極圖 144
4.5.3 因果LTI連續時間係統的穩定性判定 146
習題A 148
習題B 152

第5章 LTI離散時間係統的時域分析 154
5.1 離散時間信號 154
5.1.1 離散時間信號的概念 154
5.1.2 離散時間信號的描述 155
5.1.3 離散時間信號的基本運算 155
5.1.4 常用離散時間信號 159
5.2 LTI離散時間係統 162
5.2.1 LTI離散時間係統的性質 162
5.2.2 LTI離散時間係統的差分方程 162
5.3 LTI離散時間係統的時域分析 164
5.3.1 LTI離散時間係統的零輸入響應ys 164
5.3.2 LTI離散時間係統的零狀態響應yf 165
5.4 捲和(捲積和) 167
5.4.1 離散信號捲和的定義 167
5.4.2 離散信號捲和的性質 169
5.4.3 短序列間的捲和——列竪式法 171
5.5 LTI離散時間係統時域分析舉例 173
5.6 小結 176
習題A 177
習題B 178

第6章 LTI離散時間係統的Z域分析 180
6.1 雙邊Z變換(雙邊ZT) 180
6.1.1 雙邊Z變換的定義 180
6.1.2 雙邊Z變換的收斂域 182
6.1.3 雙邊Z變換的性質 184
6.2 Z變換的逆變換 190
6.3 單邊Z變換 191
6.3.1 單邊Z變換(單邊ZT)的定義 191
6.3.2 單邊Z變換的性質 192
6.4 LTI離散時間係統的Z變換(ZT)分析 195
6.4.1 LTI離散時間係統的係統函數H(s) 195
6.4.2 LTI離散時間係統零狀態響應yf的Z域(ZT)分析 198
6.4.3 用單邊Z變換求解差分方程 200
6.4.4 LTI離散時間係統的模擬 202
6.4.5 LTI離散時間係統的零極圖、因果性及穩定性 204
6.5 離散時間信號的傅裏葉變換 208
6.6 離散時間係統的頻率響應 209
習題A 211
習題B 213

習題答案 215
參考文獻 230

作者介紹

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文摘

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序言

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【信號與係統分析】 聚焦時域與頻域的深度融閤，構建嚴謹的理論框架與豐富的應用場景。 本書是一部係統闡述信號與係統基本理論、分析方法及其在工程領域應用的專著。它以嚴謹的數學推導為基礎，輔以清晰的概念闡釋與豐富的工程實例，旨在幫助讀者建立起紮實的信號與係統分析能力，為進一步學習信號處理、通信係統、控製係統等相關課程打下堅實的基礎。本書特彆強調時域分析與頻域分析的內在聯係與相互補充，引導讀者從不同角度理解信號與係統的本質。 核心內容： 第一部分：信號與係統的基本概念與描述 信號的定義與分類： 本章首先引入信號的基本概念，將其定義為攜帶信息的物理量，並根據不同的標準對其進行分類。我們將詳細探討連續時間信號與離散時間信號、周期信號與非周期信號、奇信號與偶信號、能量信號與功率信號、確定性信號與隨機信號等，並給齣各類信號的典型數學錶達式和波形示例。理解信號的分類是後續分析的基礎，能夠幫助讀者在麵對不同信號時，選擇閤適的分析工具和方法。 係統的定義與分類： 緊接著，本書定義係統為對輸入信號進行變換並産生輸齣信號的實體。係統同樣可以按照多種維度進行分類，例如綫性係統與非綫性係統、時不變係統與時移變量係統、因果係統與非因果係統、穩定性係統與不穩定係統。我們將深入剖析這些分類的數學判據，並結閤實際工程例子，如濾波器、放大器、通信信道等，說明不同類型係統的重要特性。重點在於揭示綫性時不變（LTI）係統在信號處理中的核心地位。 信號與係統的數學模型： 本章將詳細介紹描述信號與係統行為的數學工具。對於信號，我們將引入函數、序列、指數函數、三角函數、衝激函數（Delta函數）等基本元素。對於係統，我們將重點講解差分方程（離散時間係統）和微分方程（連續時間係統）作為描述LTI係統的基本形式。讀者將學習如何根據係統的物理特性或數學模型，建立起精確的數學描述。 第二部分：時域分析方法 捲積： 捲積是LTI係統分析的核心運算。本章將深入講解離散時間信號的捲積和（summation）以及連續時間信號的捲積積分（integral）。我們將從數學定義齣發，詳細推導捲積的運算過程，並分析其幾何意義。通過大量的例子，讀者將掌握如何計算兩個信號的捲積，以及輸入信號與係統衝激響應（或單位階躍響應）的捲積如何得到係統輸齣。理解捲積是掌握LTI係統響應的關鍵。 衝激響應與單位階躍響應： 衝激響應定義為LTI係統在單位衝激信號作用下的輸齣，它完全錶徵瞭一個LTI係統的動態特性。單位階躍響應則是在單位階躍信號作用下的輸齣。本章將深入探討衝激響應和單位階躍響應在係統分析中的作用，以及它們之間的相互關係。掌握如何從係統方程或實驗數據中獲取衝激響應，以及如何利用衝激響應計算任意輸入信號下的係統輸齣，是時域分析的重要技能。 係統特性的時域分析： 基於捲積和衝激響應的概念，本章將深入分析係統的時域特性，包括係統的穩定性（BIBO穩定性）、因果性。我們將通過數學判據，結閤實例，講解如何判斷一個LTI係統在時域上的穩定性，以及哪些係統具有因果性。 第三部分：頻域分析方法 傅裏葉級數： 對於周期信號，傅裏葉級數提供瞭一種將其分解為一係列正弦（或復指數）信號之和的方法。本章將詳細介紹傅裏葉級數的概念，包括指數形式和三角形式，以及計算傅裏葉級數係數的方法（收斂性定理的介紹）。通過對傅裏葉級數的研究，讀者將理解信號的頻譜特性，即信號由哪些頻率成分組成及其相對強度。 傅裏葉變換： 傅裏葉變換是傅裏葉級數在非周期信號上的推廣。本章將定義傅裏葉變換及其逆變換，並推導一係列基本信號的傅裏葉變換對，例如矩形脈衝、指數信號、三角信號、衝激信號等。我們將深入探討傅裏葉變換的性質，如綫性性、時移性、頻移性、積分性、微分性、捲積性質等。傅裏葉變換揭示瞭信號在頻率域的分布，是分析係統頻率響應的關鍵。 帕塞瓦爾定理： 帕塞瓦爾定理連接瞭信號在時域的能量（或功率）與其在頻域的頻譜能量（或功率）。本章將推導並講解帕塞瓦爾定理，說明其在信號能量分析中的重要性，並給齣相應的工程應用示例。 係統的頻率響應： 對於LTI係統，其頻率響應是輸入信號頻率成分通過係統時所經曆的幅度變化和相位變化。本章將定義係統的頻率響應（即衝激響應的傅裏葉變換），並分析頻率響應的幅頻特性和相頻特性。讀者將學習如何利用頻率響應來理解係統對不同頻率信號的濾波作用，例如低通、高通、帶通和帶阻濾波器。 傅裏葉變換的應用： 本章將通過實例展示傅裏葉變換在信號處理中的廣泛應用，包括頻譜分析、濾波器設計、調製解調等。 第四部分：拉普拉斯變換與Z變換 拉普拉斯變換： 拉普拉斯變換是對傅裏葉變換的進一步推廣，它能夠處理更廣泛的信號，包括那些傅裏葉變換不存在的信號（如指數增長信號）。本章將定義雙邊和單邊拉普拉斯變換，推導基本函數的拉普拉斯變換，並講解其重要性質，如綫性性、時移性、微分性、積分性、捲積性質等。本章還將重點講解收斂域（ROC）的概念，並分析ROC對係統穩定性和因果性的判斷作用。 拉普拉斯逆變換： 本章將介紹計算拉普拉斯逆變換的方法，包括部分分式展開法和留數定理法，使讀者能夠從係統在s域的傳遞函數迴到時域的衝激響應。 連續時間LTI係統的分析： 利用拉普拉斯變換，本章將重新審視連續時間LTI係統的分析，重點講解傳遞函數（transfer function）的概念，以及如何通過傳遞函數分析係統的穩定性和暫態響應。 Z變換： Z變換是離散時間信號分析的有力工具，與拉普拉斯變換在連續時間係統中的作用類似。本章將定義Z變換和逆Z變換，推導基本離散時間信號的Z變換，並講解其性質，包括綫性性、時移性、乘積性質、捲積性質等。收斂域（ROC）在Z變換中同樣至關重要。 離散時間LTI係統的分析： 本章將利用Z變換分析離散時間LTI係統，引入係統函數（system function）的概念，並講解如何通過係統函數分析係統的穩定性、因果性和階躍響應。 拉普拉斯變換與Z變換的聯係： 本章將探討拉普拉斯變換與Z變換之間的聯係，理解它們在處理連續與離散係統時的相互對應關係。 第五部分：係統分析與應用 係統的時域與頻域分析的統一： 本章將強調時域分析（如捲積）與頻域分析（如頻率響應）之間的內在聯係，揭示它們是描述同一物理現象的不同視角。通過對不同分析方法的比較，幫助讀者選擇最適閤解決特定問題的工具。 濾波器設計基礎： 基於對係統頻率響應的深刻理解，本章將介紹濾波器在信號處理中的基本作用，並初步探討理想濾波器與實際濾波器的區彆。讀者將瞭解如何根據信號的頻譜特性，設計滿足特定需求的濾波器。 采樣定理： 采樣定理是連接連續時間信號與離散時間信號的關鍵橋梁。本章將詳細闡述奈奎斯特采樣定理，解釋采樣頻率與信號最高頻率之間的關係，以及欠采樣或過采樣可能帶來的問題（混疊）。 應用案例分析： 本章將通過多個工程領域的實際應用案例，來鞏固和拓展本書所學的理論知識。這些案例可能包括但不限於： 通信係統： 信號的調製與解調、信道傳輸特性分析。 控製係統： 係統穩定性分析、反饋控製器的設計。 音頻與圖像處理： 信號濾波、特徵提取。 生物醫學信號分析： 心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）信號的濾波與分析。 經濟與金融信號分析： 趨勢分析、周期性模式識彆。 學習目標： 通過學習本書，讀者將能夠： 1. 理解信號與係統的基本概念和分類，並能熟練運用數學工具描述它們。 2. 掌握LTI係統的時域分析方法，特彆是捲積運算，並能計算係統的衝激響應。 3. 深入理解傅裏葉級數和傅裏葉變換，能夠分析信號的頻譜特性和係統的頻率響應。 4. 熟練掌握拉普拉斯變換和Z變換，並能利用它們分析連續時間與離散時間LTI係統的穩定性、因果性及響應。 5. 能夠根據工程問題的特點，選擇閤適的時間域或頻率域分析方法。 6. 初步瞭解濾波器設計、采樣定理等核心概念，並能將其應用於實際工程問題。 7. 建立起嚴謹的工程思維，為後續專業課程的學習打下堅實的基礎。 本書力求理論與實踐相結閤，不僅注重數學推導的嚴謹性，更強調概念的直觀性和工程應用的普適性。希望本書能成為讀者在信號與係統領域探索學習的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

從實際應用的層麵來說，這本書的價值不言而喻。它不僅僅是在講述理論，更是在構建一個解決問題的框架。書中大量提及瞭信號與係統在通信、控製、信號處理等領域的實際應用案例，讓我深刻理解瞭書本知識如何轉化為實際的生産力。我尤其關注那些涉及具體算法和實現方法的章節，比如數字濾波器的設計原理，以及如何利用離散傅裏葉變換進行頻譜分析等，這些內容對我未來的工程實踐非常有指導意義。書中的一些圖解，比如不同濾波器對信號的幅頻和相頻特性的影響，都非常直觀，讓我能夠迅速把握不同濾波器的特性和適用場景。雖然我可能還無法立即將所有內容都運用到工作中，但通過這本書，我建立起瞭一個紮實的理論基礎和清晰的工程思維，這對於我未來麵對實際的工程問題，無疑是巨大的幫助。它讓我明白，信號與係統不是一門孤立的學科，而是連接理論與實踐的重要橋梁。

評分☆☆☆☆☆

這本書在例題和習題的設計上，可以說是下足瞭功夫，既有深度又不乏廣度，完美契閤瞭“工業和信息化普通高等教育‘十二五’規劃教材”的定位。書中的例題不僅僅是簡單地套用公式，很多都來源於實際的工程問題，例如通信係統中的信號調製、控製係統中的濾波器設計等，讀起來非常有代入感。作者在講解例題時，步驟清晰，邏輯嚴謹，並且會詳細分析每一步的原理和意義，這對於我這種喜歡刨根問底的學習者來說，簡直是福音。我尤其欣賞那些“拓展閱讀”或者“思考題”，它們往往會引導我們去探究更深層次的原理，或者嘗試將學到的知識應用到新的場景中，這極大地激發瞭我的學習興趣和獨立思考能力。習題的設計也很有梯度，從基礎鞏固到綜閤應用，再到一些具有挑戰性的難題，能夠滿足不同水平讀者的需求。我常常會花很多時間去鑽研那些難題，即使一時無法解決，但思考的過程本身就非常有價值，能夠幫助我更牢固地掌握知識。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我之前對信號與係統這個科目一直有些畏懼，總覺得它充斥著抽象的數學公式和晦澀的理論。然而，這本書卻徹底改變瞭我的看法。作者在內容編排上，似乎深諳初學者的心理，循序漸進的講解方式讓我覺得學習過程非常順暢。從最基礎的信號分類、係統性質入手，到傅裏葉級數、傅裏葉變換，再到拉普拉斯變換和Z變換，每一個概念的引入都顯得那麼自然，仿佛是前一個知識點的必然延伸。更重要的是，作者在講解過程中，非常注重概念的聯係和貫穿。很多時候，一個在前期看似獨立的知識點，在後麵的章節中會以意想不到的方式被整閤起來，形成一個更宏大的知識體係。例如，傅裏葉變換的視角如何被拉普拉斯變換所推廣，又如何與Z變換在離散時間信號處理中相呼應，這些脈絡的梳理，讓我對信號與係統的整體框架有瞭深刻的認識，不再是零散的知識碎片。這種“以終為始”的教學設計，使得學習不再是機械的記憶，而是邏輯的推演和體係的構建，這種學習體驗的提升，對於建立學科信心至關重要。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常樸實嚴謹，沒有過多花哨的辭藻，卻又恰到好處地傳遞瞭知識的精髓。作者在專業術語的使用上非常規範，同時也會用通俗易懂的語言來解釋那些相對晦澀的數學概念，使得整個閱讀過程顯得尤為舒緩。我特彆喜歡書中那些“旁徵博引”的部分，比如在講解采樣定理時，作者會簡要提及奈奎斯特的生平事跡，或者在講解捲積時，會稍微介紹其在圖像處理中的應用，這些細節的補充，不僅增加瞭知識的趣味性，也讓我們看到瞭信號與係統學科的廣闊應用前景，激勵我們去更深入地探索。有時候，我會感覺作者就像一位經驗豐富的老師，耐心細緻地引導著我們一步步走進信號與係統的世界。他不會把問題簡單化，但也絕不會故弄玄虛，而是以一種令人信服的方式，將復雜的理論體係展現在我們麵前。這種嚴謹又不失溫度的敘述風格，讓我在學習過程中始終保持著高度的專注和積極性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版設計真是讓人眼前一亮，雖然是技術類教材，但整體風格卻顯得格外清晰、現代。打開第一頁，我就被那種簡潔明瞭的字體和恰到好處的行間距吸引住瞭。書中大量的圖示和錶格，不僅僅是簡單的信息呈現，而是精心設計過的視覺輔助，很多時候一個直觀的圖例比長篇大論的文字更能幫助我理解那些復雜的信號處理概念。例如，在講解傅裏葉變換的部分，書中那些脈衝信號、方波信號經過傅裏葉變換後在頻域的圖形變化，都繪製得非常細膩，不同參數下的麯綫變化趨勢也勾勒得一目瞭然。我特彆喜歡它在關鍵公式旁邊配的解釋性文字，它們不像其他教材那樣乾巴巴地羅列公式，而是用更貼近實際應用場景的語言，幫助我們理解公式背後的物理意義和工程含義。有時候，我會反復翻看某些章節，不僅僅是閱讀文字，更是欣賞那些圖錶的設計，它們仿佛在用另一種語言講述著信號與係統背後的數學美感。這種注重視覺呈現和信息組織的齣版方式，極大地降低瞭閱讀門檻，也讓學習過程變得更加生動有趣，對於我這種需要多維度理解知識點的讀者來說，簡直是一場視覺盛宴。