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潘仲明著 著

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118094534

商品编码：29376105909

包装：平装

出版时间：2014-05-01

基本信息

书名：信号与系统习题解答及仿真程序集

定价：40.00元

作者：潘仲明著

出版社：国防工业出版社

出版日期：2014-05-01

ISBN：9787118094534

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：大16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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为了学员通过课堂讲授和课外作业，使其初步具备应用正确的数学方法从实际问题中凝炼并解决科学问题的能力，作者潘仲明在《*信号与系统习题解答及仿真程序集》教材中，不仅编配了演绎计算和公式证明方面的习题，同时也编配了大量的算法实现与系统仿真习题，以进一步激发学员的创新思维、创新意识和创新观念。

内容提要

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潘仲明编著的《*信号与系统习题解答及仿真程序集》是研究生教材《*信号与系统》的配套参考书，由概率与*过程导论、多维高斯过程、参数估计理论、数学模型辨识、谱估计与小波分析、*滤波与状态估计等六章组成。每章由三部分组成，部分列出了教材《*信号与系统》的主要知识点，这部分內容可作为工具书或课堂笔记使用；第二部分给出了习题解答和MATLAB/simulink算法实现与系统仿真程序；第三部分补充了部分基本概念习题和相关数学公式证明。在培养初学者习惯性地应用正确的数学方法去分析和解决工程实际问题方面，本书必将起到抛砖引玉的作用。
　　《*信号与系统习题解答及仿真程序集》作为国防科技大学的研究生MOOC课程(Massive Open Online Courses)和国际研究生课程体系建设教材，可供从事工程测试、目标探测、无损检测、系统辨识、装备故障诊断、过程控制和*信号处理等技术专题研究的研究生、教师和科技人员进修参考。

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》课程概览：核心概念、分析工具与实际应用 《信号与系统》是一门在电子工程、通信工程、自动控制、计算机科学以及许多其他工程和科学领域中占据核心地位的学科。它为理解和处理各种现实世界的数据和现象奠定了理论基础，并提供了强大的分析工具。本课程旨在帮助学生深入理解信号的本质，掌握分析和设计系统的基本原理，并能够将这些理论知识应用于解决实际问题。 第一部分：信号的本质与分类 信号是信息的载体，是我们研究和处理的基础。本课程首先会详细探讨信号的定义，以及它们在不同领域的广泛应用，例如音频信号、图像信号、通信信号、生理信号等等。 信号的定义与表示： 理解信号作为随时间（或空间）变化的物理量，如何用数学表达式、图形或序列来表示。这包括了连续时间信号和离散时间信号的概念。 信号的分类： 信号的分类是理解其特性的重要一步。我们将深入研究以下几种主要分类： 周期信号与非周期信号： 区分具有重复模式的周期信号和不具有明显重复规律的非周期信号。 偶信号与奇信号： 理解信号的对称性，即信号是否满足 $f(t) = f(-t)$（偶信号）或 $f(t) = -f(-t)$（奇信号）的性质。这对于信号分解和分析具有重要意义。 能量信号与功率信号： 区分有限能量的能量信号和具有有限平均功率的功率信号。这对信号的存储、传输和处理具有实际意义。 确定性信号与随机信号： 了解确定性信号的数值在任何时刻都是可以精确预知的，而随机信号则具有不确定性，需要概率统计的方法来描述。 基本信号的性质与运算： 熟练掌握一些基本信号（如单位冲激信号 $delta(t)$、单位阶跃信号 $u(t)$、指数信号 $e^{at}$、正弦信号 $sin(omega t)$、余弦信号 $cos(omega t)$ 等）的性质。同时，理解信号的常见运算，如加法、减法、乘法、延时、尺度变换、翻转等，以及这些运算对信号特性的影响。 第二部分：系统的特性与建模 系统是对输入信号进行处理并产生输出信号的实体。理解系统的特性是设计和分析系统的关键。 系统的定义与表示： 系统可以是一个电子电路、一个通信链路、一个控制算法，甚至是一个生物体。我们将学习如何用数学模型来描述系统的输入-输出关系。 系统的分类： 系统的分类有助于我们选择合适的分析方法。主要的分类包括： 线性系统与非线性系统： 线性系统遵循叠加原理（即零输入响应与零状态响应之和等于总响应）。这是分析中最重要也最常用的系统类型。 时不变系统与时变系统： 时不变系统的特性不随时间变化，即输入信号的延迟会导致输出信号的相应延迟。 因果系统与非因果系统： 因果系统只依赖于当前和过去的输入来产生输出，而不能依赖于未来的输入。这对于实际的实时系统至关重要。 记忆系统与无记忆系统： 记忆系统需要存储过去的信息才能产生输出，而无记忆系统可以直接根据当前输入产生输出。 稳定系统与不稳定系统： 稳定系统是指有界的输入会产生有界的输出。不稳定系统可能会产生发散的输出，从而导致系统损坏或功能失效。 系统的基本性质： 深入理解线性、时不变（LTI）系统的特性，这是本课程的核心。 第三部分：系统的时域分析 时域分析是理解系统响应的最直观方法，尤其关注系统在不同时间点上的表现。 卷积： 卷积是描述LTI系统时域响应的核心数学工具。我们将详细学习连续时间和离散时间卷积的定义、性质及其计算方法。卷积操作能够清晰地揭示系统如何“记忆”并累积过去输入的影响。 零输入响应与零状态响应： 将系统的总响应分解为由初始状态引起的零输入响应和由输入信号引起的零状态响应。理解这两部分如何共同构成系统的完整输出。 系统函数（在某些语境下）： 尽管系统函数更常用于频域分析，但在时域中，它也与系统的微分方程描述紧密相关。 第四部分：系统的频域分析——傅里叶变换 频域分析将信号和系统分解成不同的频率成分，这为理解信号的频谱特性、系统的频率响应以及滤波等应用提供了强大的视角。傅里叶变换是实现这一目标的关键工具。 傅里叶级数（FS）： 分析周期信号的频谱成分，将其表示为一系列不同频率的正弦和余弦（或复指数）信号的叠加。 三角形式与复指数形式： 掌握两种形式的傅里叶级数表示，理解它们之间的转换关系。 傅里叶级数的性质： 探讨对称性、周期性、收敛性等性质，以及它们如何影响频谱。 傅里叶变换（FT）： 将非周期信号扩展到连续频谱，分析其在所有频率上的分布。 傅里叶变换的定义与性质： 学习傅里叶变换的定义，并掌握其重要的性质，如线性性、时移性、频移性、卷积性质、微分性质、积分性质、帕塞瓦尔定理等。这些性质极大地简化了信号和系统的分析。 常见信号的傅里叶变换： 计算和理解一些基本信号（如矩形脉冲、指数衰减信号、单位冲激信号、单位阶跃信号等）的傅里叶变换。 系统频率响应： 傅里叶变换在系统分析中的应用，即分析系统对不同频率信号的放大或衰减作用，这由系统的频率响应 $H(omega)$ 来描述。 应用： 傅里叶变换在音频处理、图像压缩、通信调制解调、频谱分析等领域有着广泛的应用。 第五部分：系统的频域分析——拉普拉斯变换 拉普拉斯变换是傅里叶变换的推广，它能够处理更广泛的信号，包括指数增长的信号，并且在分析和设计包含非稳定特性的系统时尤为重要。 拉普拉斯变换的定义： 学习双边拉普拉斯变换的定义，以及它与傅里叶变换的关系。 收敛域（ROC）： 理解收敛域的概念，它是拉普拉斯变换存在的必要条件，并且在确定信号的唯一性以及系统稳定性方面起着关键作用。 逆拉普拉斯变换： 学习如何从拉普拉斯域的函数恢复到时域的信号。 拉普拉斯变换的性质： 掌握拉普拉斯变换的各种重要性质，例如线性性、时移性、频移性、微分性质、积分性质、卷积性质、初始值定理和终值定理等。 系统函数（传递函数）： 在拉普拉斯域中，LTI系统的输入-输出关系可以用系统函数 $H(s)$ 来描述，其中 $s = sigma + jomega$ 是复频率。 零极点分析： 分析系统函数 $H(s)$ 的零点和极点，这些零极点的位置与系统的稳定性、瞬态响应和稳态响应密切相关。 稳定性判据： 利用零极点分析来判别系统的稳定性。 应用： 拉普拉斯变换在控制系统设计、电路分析、系统稳定性分析等方面是不可或缺的工具。 第六部分：系统的频域分析——Z变换 Z变换是拉普拉斯变换在离散时间系统分析中的对应。它将离散时间信号和系统映射到复平面上的单位圆，是分析和设计数字信号处理（DSP）系统和数字控制系统的基础。 Z变换的定义： 学习单边和双边Z变换的定义，以及它与傅里叶变换在离散时间信号分析中的关系。 收敛域（ROC）： 理解离散时间Z变换的收敛域，它同样决定了信号的唯一性和系统的性质。 逆Z变换： 学习如何从Z域的函数恢复到离散时间信号。 Z变换的性质： 掌握Z变换的各种重要性质，例如线性性、时移性、尺度变换、乘法、卷积性质、微分性质、初始值定理和终值定理等。 系统函数： 在Z域中，离散时间LTI系统的输入-输出关系由系统函数 $H(z)$ 描述。 零极点分析： 分析系统函数 $H(z)$ 的零点和极点，以及它们在单位圆上的位置与系统稳定性和响应特性的关系。 稳定性判据： 利用零极点分析来判别离散时间系统的稳定性。 应用： Z变换是数字滤波器设计、数字控制系统分析、离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）算法理解的基础。 第七部分：状态空间分析 状态空间分析提供了一种更通用的方法来描述和分析动态系统，尤其适用于多输入多输出（MIMO）系统、时变系统以及线性化非线性系统。 状态向量： 定义状态向量，它包含了描述系统当前动态所需的最少信息。 状态方程与输出方程： 将系统表示为一组一阶微分方程（连续时间）或差分方程（离散时间）的组，即状态方程，以及描述系统输出与状态和输入关系的输出方程。 系统矩阵： 理解系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵和前馈矩阵在状态空间表示中的作用。 分析： 可控性与可观性： 探讨系统的可控性（是否能够通过输入信号将系统驱动到任意状态）和可观性（是否能够通过测量输出来确定系统的内部状态）。 稳定性分析： 利用状态空间表示进行系统稳定性分析。 应用： 状态空间方法在现代控制理论、机器人学、航空航天等领域有着广泛的应用。 第八部分：滤波器设计与应用 滤波器是信号处理中最常见的应用之一，它们能够选择性地允许某些频率的信号通过，同时衰减其他频率的信号。 滤波器的基本概念： 理解理想滤波器和实际滤波器的区别，以及滤波器在抑制噪声、提取有用信息等方面的作用。 滤波器类型： 学习不同类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。 模拟滤波器设计： 介绍巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔等经典模拟滤波器设计方法，以及它们在时域和频域的特性。 数字滤波器设计： 无限冲激响应（IIR）滤波器： 基于模拟滤波器转换而来，通常需要较低的阶数实现特定的频率响应。 有限冲激响应（FIR）滤波器： 具有线性相位特性，适用于对相位失真敏感的应用，如图像处理和通信。 窗函数法、频率采样法等数字滤波器设计技术。 滤波器应用实例： 结合实际场景，例如音频降噪、图像模糊/锐化、通信信号的信道均衡等。 总结 《信号与系统》课程的内容是相互关联、层层递进的。从对信号的基本认识，到系统特性的理解，再到时域、频域（傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换）以及状态空间等多种分析工具的学习，最终能够掌握滤波器的设计与应用。这些知识不仅是对抽象数学概念的掌握，更是对如何分析和解决工程实际问题的能力培养。通过对这些内容的深入学习，学生将能够更好地理解和操控我们周围的各种信号和系统，为未来的学习和工作奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我惊喜的，莫过于其附带的仿真程序集。说实话，一开始我并没有抱太大期望，觉得这些程序可能就是简单的代码示例，难以真正体现信号与系统中的精髓。然而，当我真正上手去运行和调试这些程序时，我才意识到自己大错特错了。这些程序的设计非常巧妙，它们将抽象的数学概念转化为直观的图形和动态效果。比如，我可以通过改变参数来观察傅里叶变换、拉普拉斯变换的结果是如何随着信号的变化而变化的，这种可视化学习方式，比单纯的理论推导要生动得多，也容易得多。我能够亲眼看到滤波器是如何滤除特定频率的噪声，如何实现信号的延时和压缩。更重要的是，这些程序提供的不仅是“看”的功能，还有“改”和“学”的机会。我可以尝试修改代码，看看不同的参数设置会产生什么样的效果，这让我深入地理解了每个参数的意义和影响。这种动手实践的过程，极大地巩固了我对理论知识的掌握，也激发了我对信号与系统领域研究的兴趣。通过仿真，我能够更清晰地认识到理论在实际应用中的价值，也为我日后进行更深入的学习和研究打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一个追求精益求精的学习者，我一直在寻找一本能够帮助我深入理解信号与系统理论，并且能够实践的参考书。这本书的“习题解答”部分，堪称完美。它不像市面上很多解答那样，只是给出结果，而是详细地展示了每一步的推导过程，并且对于关键步骤进行了深入的分析和解释。我特别欣赏它在解答一些非初等积分或傅里叶变换的题目时，会给出多种解法，并分析各自的优劣，这让我能够从不同的角度去理解问题的本质。而且，书中还融入了一些信号与系统的应用实例，并配有相应的仿真程序。这些程序不仅能够帮助我理解理论知识，还能够让我亲手实践，通过调整参数来观察不同的结果，从而加深对概念的理解。这种“理论与实践并重”的学习模式，对于我来说是极其宝贵的。它不仅仅是让我学会如何解题，更是让我理解了这些理论是如何在实际中发挥作用的，为我未来的深入学习和研究打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，简直是我这学期学习《信号与系统》的“救星”。课程理论实在太抽象了，有时候老师讲得天花乱坠，我还是云里雾里。尤其是在做作业的时候，遇到那些需要推导、需要画图的题目，更是抓耳挠腮。这本书的习题解答部分，真的给了我极大的启发。它不仅仅是给出了最终答案，更重要的是，它详细地展示了每一步的解题思路和关键步骤。很多时候，我卡住的地方，恰好就是它解答中详细阐述的重点。它会告诉我，为什么这里要用这种方法，为什么这个公式会推导出来。这种“知其然，更知其所以然”的学习方式，让我对信号与系统有了更深刻的理解，而不是死记硬背。而且，里面的解题方法多样，有些题目甚至提供了不止一种思路，这让我看到了数学的灵活性和思维的拓展性。即使是那些我自认为已经理解了的题目，通过对比书中的解答，我也能发现自己思考的盲点和不足。不得不说，这本书的解答部分，比我平常参考的任何资料都要来得更系统、更透彻。它就像一个经验丰富的导师，在我迷茫的时候，耐心细致地引导我走上正确的道路，让我不再害怕那些看起来复杂无比的数学推导。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我一直对编程类的学习有些畏惧，觉得代码充满了各种符号和逻辑，难以理解。但这本书的“仿真程序集”部分，彻底颠覆了我的看法。它没有提供那些让人望而生畏的大段复杂代码，而是以模块化的形式，将信号与系统的核心概念通过简洁易懂的程序实现出来。例如，书中关于卷积的仿真程序，我只需简单地输入信号参数，就能直观地看到卷积过程的动态演示，甚至可以调整信号的形状，观察结果的变化。这种“化繁为简”的设计，让我觉得编程学习并没有那么困难。更重要的是，这些程序并不是孤立的，而是紧密结合了书中的理论知识。我可以通过运行程序来验证书中的公式和结论，这种理论与实践的结合，让我对信号与系统有了更深刻的认知。我还尝试着根据书中的示例，对代码进行一些微小的修改，比如改变采样频率，观察信号失真的程度。这种“小步快跑”的实践方式，让我逐渐掌握了编程的技巧，也增强了我对信号与系统在实际应用中的信心。

评分☆☆☆☆☆

我是一位需要快速掌握课程要点的学生，时间对我来说非常宝贵。市面上关于《信号与系统》的书籍不少，但很多要么过于理论化，要么解答不够详细，让人难以真正消化。这本书的“习题解答”部分，正是抓住了我的痛点。它不是简单地给出一个答案，而是把解题的每一步都清晰地列出来，并且用通俗易懂的语言进行解释。我特别喜欢它在解答一些复杂题目时，会先从最基础的概念入手，逐步引导我理解整个问题的来龙去脉。这种“循序渐进”的教学方式，让我觉得学习过程非常顺畅，不会因为一个难题而感到沮丧。我常常是先自己尝试解题，遇到困难时再翻阅这本书的解答，对比自己的思路，找出不足之处，然后重新梳理。这种“先练后看”的学习方法，让我主动参与到解题过程中，而不是被动地接受信息。而且，书中提供的解答思路往往不止一种，让我能够从不同的角度去理解同一个问题，这极大地提升了我解决问题的能力。可以说，这本书就像一位耐心十足的私人辅导老师，随时准备为我答疑解惑，让我在学习的道路上少走弯路。