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杜沿丰 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302282327

商品编码：29594285742

包装：平装

出版时间：2013-01-01

基本信息

书名：信号与系统教程及实验(高等学校教材 电子信息)

定价：33.00元

作者：杜沿丰

出版社：清华大学出版社

出版日期：2013-01-01

ISBN：9787302282327

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：大32开

商品重量：0.522kg

编辑推荐

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内容提要

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　　本书共分8章，主要内容包括：信号与系统分析的基本概念与方法，连续时间系统与离散时间系统的时域分析，连续信号的傅里叶变换与系统频域分析，连续信号的拉普拉斯变换与系统的S域分析，离散时间信号与系统的Z域分析，离散时间信号与系统的傅里叶变换分析。在上述内容的基础上，分析了系统的特征并介绍了求取系统函数的有利工具——信号流图。后介绍了系统的状态空间分析方法。每章配有例题与MATLAB仿真程序，便于加深对信号与系统的理解。
　　本书是21世纪高等学校电子信息类规划教材，可作为高等学校工科（理科）的自动化，电子信息与通信工程，电气类学生使用教材，也可供科研与工程技术人员自学参考。

目录

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章信号与系统概述
1.1绪言
1.2信号
1.3信号的基本运算
1.4阶跃函数和冲激函数
1.5系统的描述
1.6系统的性质
1.7LTI系统分析方法概述
习题
第2章系统的时域分析
2.1LTI连续系统的响应
2.1.1微分方程的经典解
2.1.2零输入响应和零状态响应
2.1.3冲激响应和阶跃响应
2.1.4卷积积分
2.2离散系统的时域分析
2.2.1LTI离散系统的响应
2.2.2差分方程的经典解
2.2.3零输入响应和零状态响应
2.2.4单位序列和单位序列响应
2.2.5卷积和
习题
第3章连续信号的傅里叶变换与频域分析
3.1非周期信号的傅里叶变换
3.2傅里叶变换的性质
3.3周期信号的傅里叶变换
3.3.1正弦、余弦信号的傅里叶变换
3.3.2一般周期信号的傅里叶变换
3.4抽样信号的傅里叶变换与抽样定理
3.4.1抽样信号的傅里叶变换
3.4.2抽样定理
3.5傅里叶变换的应用
3.5.1频域法求系统的响应
3.5.2无失真传输
3.5.3理想低通滤波器
3.5.4调制与解调
3.6希尔伯特变换与应用
3.6.1希尔伯特变换
3.6.2希尔伯特变换的应用实例
3.7连续信号傅里叶变换的MATLAB应用实例
习题
第4章拉普拉斯变换和连续时间系统的S域分析
4.1拉普拉斯变换
4.2拉普拉斯变换的性质
4.3拉普拉斯逆变换
4.4拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系
4.5用拉普拉斯变换求解线性系统的响应
4.5.1微分方程的S域求解
4.5.2S域元件模型
4.6系统函数
4.6.1系统函数
4.6.2系统的联结
4.7系统函数的零极点分布对系统时域特性的影响
4.7.1H（s）零、极点分布与h（t）波形特征的对应
4.7.2H（s）、F（s）极点分布与自由响应、强迫响应特征的对应
4.7.3H（s）、F（s）极点分布与暂态响应、稳态响应特征的对应
4.8系统函数零极点与系统频率响应特性的关系
4.9系统函数零极点分布与系统稳定性的关系
4.10MATLAB仿真实现连续系统的S域分析
习题
第5章离散时间信号与系统的Z域分析
5.1Z变换及其应用
5.1.1Z变换
5.1.2Z变换的收敛域
5.1.3典型序列的Z变换
5.1.4逆Z变换
5.1.5Z变换的性质
5.2离散时间系统的Z域分析
5.2.1由差分方程描述的系统
5.2.2全通滤波器和小相位系统
5.3离散时间系统函数与系统特性
5.3.1系统函数与零极点
5.3.2系统函数的零极点分布与系统时域特性的关系
5.3.3系统函数的零极点分布与系统频率响应的关系
5.3.4系统函数的零极点分布与系统稳定性的关系
5.4Z变换与拉普拉斯变换的关系
5.5利用MATLAB对离散系统进行Z域分析
习题
第6章离散傅里叶变换与频域分析
6.1离散傅里叶级数
6.1.1离散傅里叶级数的定义
6.1.2离散傅里叶级数的性质
6.2离散傅里叶变换
6.2.1四种信号及其傅里叶变换
6.2.2离散信号傅里叶变换的定义
6.2.3离散傅里叶级数与离散傅里叶变换的关系
6.3离散傅里叶变换的性质
6.4线性卷积的计算
6.5频率采样定理
6.5.1Z变换与DFT的关系
6.5.2不失真条件
6.5.3F(z)的内插表达式
6.6离散傅里叶变换的应用
6.7MATLAB仿真
习题
第7章系统函数
7.1系统函数与系统特性
7.1.1系统函数的零、极点分布
7.1.2系统函数与时域响应
7.1.3系统函数与频域响应
7.2系统稳定性的判定
7.2.1因果系统
7.2.2稳定系统
7.3系统的信号流图与梅森公式
7.3.1信号流图及其组成
7.3.2信号流图的简化
7.3.3梅森增益公式
7.4MATLAB应用实例
习题
第8章系统分析的状态变量法
8.1系统的状态空间描述
8.1.1状态空间基本概念
8.1.2根据系统物理模型建立状态方程
8.1.3由系统的输入输出方程建立状态方程
8.1.4将系统函数分解建立状态方程
8.2系统函数（传递函数）
8.2.1系统函数（传递函数）矩阵
8.2.2系统函数描述和状态空间描述的比较
8.3状态方程的求解
8.3.1齐次状态方程的时域解
8.3.2齐次状态方程的变换域解
8.3.3非齐次状态方程的解
8.3.4线性离散系统状态方程的解
8.4能控性与能观性
8.4.1系统的能控性
8.4.2系统的能观性
8.5应用例题
8.5.1状态方程建立
8.5.2状态方程求解
8.5.3系统能控能观性
8.6MATLAB应用于线性系统
8.6.1利用MATLAB求解状态空间表达式
8.6.2用MATLAB判断线性系统的能控性和能观性
8.6.3状态方程求解
习题
附录习题答案
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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探索信息世界的基石：信号、系统与现代通信的奥秘 在这信息爆炸的时代，理解和驾驭奔腾不息的数据洪流，已成为每一位技术探索者和创新者的必备能力。从我们耳边掠过的美妙音乐，到屏幕上闪烁的精彩视频，再到手机中瞬息万变的通信信号，这一切的背后，都离不开一个核心的理论框架——信号与系统。它们是现代电子信息技术，乃至整个科技文明赖以生存和发展的基础。 本书并非单纯罗列枯燥的公式和抽象的概念，而是致力于为读者揭示信号与系统背后蕴含的深刻洞察力，以及它们如何支撑起我们今日所见的科技奇迹。我们将一同踏上一段严谨而富有启发性的旅程，深入理解信息是如何被产生、传播、处理和解码的。 第一章：信号的语言——捕捉世界的脉动 万物皆有其“信号”。风的呼啸、雨的滴落、心跳的起伏，乃至股票市场的波动，都可以被抽象为一系列的信号。本章将从信号的本质出发，带领读者认识不同类型的信号，理解它们的构成要素和基本特性。 连续信号与离散信号： 我们将区分模拟世界中的连续变化，以及数字世界中离散采样后的信号。例如，麦克风拾取的声音是连续信号，而数字音频文件则是离散信号的集合。这种区分对于理解数字信号处理至关重要。 周期信号与非周期信号： 周期信号像永恒的钟摆，规律地重复自身，而许多现实世界的信号则呈现出更复杂的非周期性。我们将学习如何识别和描述这两种信号的特点，并了解它们在分析中的不同处理方法。 能量信号与功率信号： 信号的“强度”如何衡量？本章将引入能量和功率的概念，帮助我们理解不同信号在传输和存储过程中的资源消耗，以及如何在有限的带宽内高效地传输信息。 信号的基本运算： 信号并非孤立存在，它们可以被叠加、相乘、移位、翻转。我们将学习这些基本运算的几何意义和代数表示，为后续的系统分析打下坚实基础。 傅里叶级数与傅里叶变换： 这是信号分析的“万能钥匙”。我们将深入探讨如何将复杂的信号分解为一系列简单的正弦波（或复指数信号），从而揭示信号的频率特性。傅里叶变换不仅能帮助我们理解信号的频谱，更是滤波、调制等核心技术的理论基石。 第二章：系统的反应——信息的转换与处理 如果信号是信息的载体，那么系统就是处理和转换信息的“处理器”。从简单的电阻电容电路，到复杂的数字通信接收机，它们都可以被视为一个“系统”。本章将聚焦于系统的概念、分类及其重要性质。 系统的定义与输入-输出模型： 我们将建立一个通用的系统模型，理解输入信号如何通过系统产生输出信号。这种抽象模型适用于各种物理、工程和社会系统。 线性系统与非线性系统： 线性系统具有叠加性和齐次性，是信号与系统理论的核心研究对象。我们将学习如何判断一个系统是否线性，并理解线性系统的分析方法。 时不变系统与时变系统： 时不变系统意味着系统的特性不随时间变化，这大大简化了分析。我们将探讨时不变系统的重要性和它们在实际应用中的广泛性。 因果系统与非因果系统： 因果系统是现实世界中普遍存在的系统，其输出只取决于当前或过去的输入。非因果系统则需要“预知”未来，在理论分析中具有重要地位。 稳定系统： 一个系统是否稳定，意味着其输出不会无限增长。我们将学习判断系统稳定性的标准，这对于确保通信系统的可靠运行至关重要。 第三章：冲激响应——系统的“指纹” 冲激响应是描述线性时不变（LTI）系统最关键的工具之一。它如同系统的“指纹”，能够完全表征一个LTI系统的行为。 狄拉克冲激信号： 我们将引入理想化的狄拉克冲激信号，理解其数学性质和物理意义，它作为一种特殊的输入信号，能有效地激发系统的响应。 卷积积分与卷积和： 冲激响应与输入信号的卷积，可以预测系统对任意输入信号的输出。我们将深入理解卷积运算的原理，包括其几何意义和计算方法，并区分连续卷积和离散卷积。 LTI系统的性质： 基于冲激响应，我们将进一步分析LTI系统的诸如线性、时不变、因果性、稳定性等性质，并理解它们之间的内在联系。 第四章：频域分析——信号的“光谱” 将信号从时域转换到频域，可以揭示信号的频率组成，这对于信号的滤波、调制、解调以及信息传输等应用至关重要。 傅里叶变换的性质： 我们将系统地学习傅里叶变换的各项重要性质，如线性性、时移、频移、卷积性质、积分性质等，这些性质使得频域分析更加高效和灵活。 傅里叶变换的应用： 频域分析在通信系统中的应用是本书的重点。我们将探讨如何利用傅里叶变换来分析信号的带宽、理解调制解调的原理、设计滤波器以去除噪声或提取特定频率成分。 帕塞瓦尔定理： 这个定理将时域的能量概念与频域的频谱联系起来，提供了一种从频域计算信号能量的方法。 第五章：拉普拉斯变换——超越周期信号的有力工具 傅里叶变换主要用于分析周期信号和收敛的非周期信号，而拉普拉斯变换则将分析的范围扩展到了更广泛的信号，特别是那些在初始时刻或特定范围内不收敛的信号，这对于分析瞬态响应和系统稳定性至关重要。 拉普拉斯变换的定义与性质： 我们将学习拉普拉斯变换的定义，并理解其在复频率域中的特性。 收敛域（ROC）： 拉普拉斯变换的关键在于其收敛域，它决定了变换的唯一性和系统的可实现性。我们将探讨不同 ROC 的物理含义。 逆拉普拉斯变换： 如何从复频率域重构时域信号？我们将学习逆拉普拉斯变换的方法。 拉普拉斯变换在系统分析中的应用： 拉普拉斯变换极大地简化了微分方程的求解，使其在分析连续时间LTI系统的瞬态响应和稳定性方面具有无与伦比的优势。 第六章：Z变换——离散时间系统的“拉普拉斯变换” 对于离散时间信号和系统，Z变换扮演着与拉普拉斯变换相似的角色。它是分析和设计数字信号处理系统，以及理解数字通信系统的核心工具。 Z变换的定义与性质： 我们将学习Z变换的定义，以及其在单位圆上的性质。 收敛域（ROC）： 与拉普拉斯变换类似，Z变换的收敛域对于确定系统的唯一性和稳定性至关重要。 逆Z变换： 如何从Z域回到离散时间域？我们将学习逆Z变换的方法。 Z变换在离散时间系统分析中的应用： Z变换使得对离散时间LTI系统的分析，例如差分方程的求解，以及频率响应的计算，变得更加直观和便捷。 第七章：状态空间分析——更深层次的系统理解 当系统变得复杂，或者需要同时考虑多个输出和相互耦合的内部状态时，传统的输入-输出模型可能显得力不从心。状态空间方法提供了一种更全面、更强大的描述和分析系统的方法。 状态变量的概念： 我们将学习如何选择一组最小的状态变量来完全描述系统的内部状态。 状态方程和输出方程： 我们将用一组一阶微分方程（或差分方程）来描述系统的动态行为，并用输出方程来表达系统的可观测输出。 状态空间表示的优点： 状态空间方法不仅适用于线性系统，也能处理非线性系统，并且能够方便地进行多输入多输出（MIMO）系统的分析。它也是现代控制理论和现代通信系统研究的基础。 第八章：随机信号与系统——不确定世界中的信息 现实世界中，许多信号并非确定性的，而是带有随机性的，例如噪声、用户的随机行为等。理解和处理随机信号是构建鲁棒系统的关键。 随机变量与随机过程： 我们将从概率论的角度出发，理解随机变量和随机过程的概念，它们是描述随机信号的基础。 相关函数与功率谱密度： 这些工具可以描述随机信号的统计特性，帮助我们理解信号的“规律性”以及信号的频率成分。 线性系统对随机信号的响应： 当随机信号通过线性系统时，其输出的统计特性会发生怎样的变化？我们将学习如何分析这种情况。 噪声的建模与抑制： 在通信系统中，噪声是影响信号质量的主要因素。我们将学习如何对常见的噪声进行建模，并探讨如何利用系统的方法来抑制噪声，提高信号的信噪比。 第九章：通信系统中的信号与系统 将前面学到的信号与系统理论应用于实际的通信系统，是本书的重头戏。我们将看到这些抽象的理论是如何支撑起我们每天使用的通信技术的。 调制与解调： 如何将信息信号“装载”到高频载波上进行传输？又如何从接收到的信号中“提取”出原始信息？我们将深入分析各种调制技术（如AM、FM、ASK、FSK、PSK、QAM等）的原理和优缺点。 采样定理（奈奎斯特-香农采样定理）： 这是数字通信的基石。我们将理解为什么需要采样，以及采样的频率对信息恢复的至关重要性。 数字信号传输： 从基带传输到带通传输，我们将探讨数字信号在传输过程中遇到的挑战，如码间串扰、误码率等，以及如何通过系统设计来克服这些问题。 滤波器在通信系统中的作用： 滤波器在通信系统中无处不在，用于选择性地通过或抑制某些频率的信号，例如带通滤波器用于选择特定的通信信道，低通滤波器用于抗混叠等。 第十章：现代信号处理技术与应用 随着数字技术的发展，信号处理的应用领域不断拓展，从音频、图像处理到生物医学工程，再到人工智能，无处不在。 数字滤波器设计： 我们将学习如何设计FIR和IIR滤波器，以满足特定的频率响应要求。 卷积神经网络（CNN）与信号处理： 尽管CNN主要用于机器学习，但其在图像、语音等信号的处理和特征提取方面展现出强大的能力，也与信号与系统的概念有着深刻的联系。 应用实例： 书中将穿插一些具体的应用案例，例如音频信号的降噪、图像的增强、语音识别的基本原理等，帮助读者将理论知识与实际应用联系起来。 本书力求在严谨的数学推导和深入的物理理解之间找到平衡，通过丰富的例题和习题，引导读者主动思考，掌握信号与系统分析的核心思想和方法。无论您是电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学等专业的学生，还是对信息世界充满好奇的技术爱好者，本书都将是您探索信号与系统奥秘的得力助手，为您打开通往更广阔技术领域的大门。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，在翻阅这本书之前，我对信号与系统这个领域几乎是一无所知，甚至觉得它会是一门非常枯燥的学科。然而，这本书彻底颠覆了我的看法。作者在阐述理论知识时，非常注重理论与实际应用的结合，每引入一个概念，都会立刻关联到它在通信、控制、医学影像等领域的实际应用场景。这种“为什么学”的导向，极大地激发了我学习的兴趣。例如，在讲解采样定理时，书中生动地描绘了“混叠”现象在实际通信中的危害，以及如何通过合适的采样率来避免，这让我一下子就明白了理论背后的重要意义。而且，实验部分的设计也相当贴合实际，很多实验都是基于常见的信号处理任务，比如滤波器设计、噪声抑制等，让我感觉自己学到的东西真的能够派上用场。在做实验的过程中，我也会遇到各种各样的问题，有时候是代码上的bug，有时候是对实验结果的疑惑，但通过查阅教材和请教同学，我都能一一解决。这本书就像一位良师益友，不仅传授我知识，更教会我如何独立思考，如何解决实际问题。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，一开始我对学习信号与系统是有些抵触的，总觉得这门课会充斥着各种抽象的数学公式，让人望而生畏。然而，当我打开《信号与系统教程及实验》这本书时，我的想法彻底改变了。这本书的叙事方式非常引人入胜，它并没有一开始就抛出复杂的数学模型，而是从一些生活中常见的信号现象入手，比如声音的传播、图像的显示等，然后逐步引申到信号与系统的基本概念。这种“由浅入深”的学习路径，让我在不知不觉中就爱上了这门课程。尤其是书中关于卷积的讲解，作者用了一个非常形象的比喻，将复杂的数学运算转化为一个直观的物理过程，让我茅塞顿开。此外，实验部分的设置也极具匠心，每个实验都精心设计，能够很好地将书本上的理论知识与实际操作结合起来。我最喜欢的是，实验中的每一个步骤都有详细的说明和提示，即使是初学者也能轻松上手，并在实践中加深对理论知识的理解。这本书真正做到了寓教于乐，让我对信号与系统的学习充满了热情和动力。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是通往信号与系统世界的绝佳敲门砖。当初我选择它，是因为封面设计简洁大气，而且“高等学校教材”的字样给我一种可靠和权威的感觉。拿到书后，我并没有急于翻阅，而是先从目录开始细细品味。章节的划分逻辑清晰，从最基础的概念，比如离散时间信号和连续时间信号的定义、性质，到傅里叶变换、拉普拉斯变换等核心工具的引入，再到卷积、系统稳定性、频率响应等深入探讨，每一步都循序渐进，仿佛为我铺就了一条平坦的学习之路。尤其让我印象深刻的是，书中不仅仅是枯燥的理论推导，还穿插了大量的图示和实例，这些生动的可视化帮助我直观地理解了抽象的概念。例如，在讲解卷积时，书中给出的图形演示，让我一下子就领悟了“翻转、相乘、积分”这个过程的物理意义，而不仅仅是记住一个公式。实验部分更是锦上添花，它将理论知识与实践紧密结合，让我有机会在计算机上亲手实现和验证书中的算法，这对于巩固理解起到了至关重要的作用。每一次实验的完成，都让我对信号与系统有了更深一层的认识，也极大地增强了我学习的信心。

评分☆☆☆☆☆

作为一名正在攻读电子信息专业的学生，我认为这本书为我打下了坚实的理论基础，并提供了宝贵的实践经验。在学习过程中，我最看重的是教材的严谨性和完整性。这本书在这两方面都表现出色。它对每一个概念的定义都力求精确，对每一个公式的推导都一丝不苟。我曾经花费大量时间去理解傅里叶变换的物理意义，而这本书通过深入浅出的讲解，以及丰富的图形辅助，让我豁然开朗。更重要的是，它所附带的实验部分，不仅仅是简单地验证理论，而是引导我们去探索和发现。比如，在设计滤波器时，我可以通过调整参数，观察不同滤波器的频率响应曲线，并理解它们各自的优缺点。这种动手实践的过程，让我对信号滤波、放大、变换等操作有了更直观的认识，也培养了我独立解决工程问题的能力。可以说，这本书不仅是一本教材，更是一位引导我深入探索信号与系统世界的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本《信号与系统教程及实验》在细节处理上做得相当到位，简直是为我们这种初学者量身定做的。书中的语言风格非常亲切，不像有些教材那样晦涩难懂，读起来感觉就像一位经验丰富的老师在娓娓道来，循循善诱。对于一些关键的概念，作者会反复强调，并从不同的角度进行解释，确保读者能够彻底弄懂。我特别欣赏它在引入傅里叶变换时，没有直接抛出复杂的数学公式，而是先从周期信号的频谱分析入手，逐步引申到非周期信号，这个过渡非常自然。而且，每章后面的习题设计也非常有梯度，从简单的概念理解题，到需要综合运用多个知识点的计算题，再到一些开放性的思考题，能够有效地检验学习效果。我经常会花时间去钻研那些稍有难度的题目，即便有时卡住了，也会回头去查阅书中的相关内容，在这个过程中，我反而对知识点有了更深刻的理解。实验部分更是让我觉得物超所值，它不仅仅是简单地复现算法，还引导我们去分析不同参数对系统性能的影响，甚至可以尝试修改代码，看看会产生什么有趣的结果。这种探索式的学习方式，让整个学习过程充满了乐趣和成就感。