內容簡介
《信號與係統/普通高等教育“十二五”規劃教材》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。全書共分為6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、頻域和復頻域分析;離散時間信號與係統的時域和z域分析。
《信號與係統/普通高等教育“十二五”規劃教材》適閤於滲透式雙語教學。書中章節標題、重要的技術術語、概念等內容均采用中英文雙語形式,例題、練習題幾乎采用純英文形式,使學生在學習本課程的同時,提高閱讀本專業英文書籍和文獻的能力。同時,書中還引入MATLAB軟件作為信號與係統分析的工具,加深學生對信號與係統基本原理、方法及應用的理解。
《信號與係統/普通高等教育“十二五”規劃教材》可作為高等學校電氣信息類等相關專業本科生教材,也可作為從事相關領域工作的教師、科技工作者的參考書。
內頁插圖
目錄
第1章 信號與係統概述
(Introduction of Signals and Systems)
1.1 信息、信號和係統(Information,Signal and System)
1.2 信號的分類(Classification of Signals)
1.3 基本的連續時間信號(Basic Continuous time Signals)
1.4 基本的離散時間信號(Basic Discrete time Signals——sequence)
1.5 連續時間信號的基本變換(Basic Transformation of Continuous time Signals)
1.6 係統的描述及分類(The Description and Classification of Systems)
1.7 典型信號的MATLAB實現(MATLAB Realization of Typical Signals)
關鍵詞(Key Words and Phrases)
Exercises
第2章 連續時間係統的時域分析
(Analysis of Continuous time System in Time Domain)
2.1 係統的時域模型(Time domain Models of System)
2.2 經典時域解法(The Classical Solution in Time Domain)
2.3 LTI連續時間係統的響應(The Response of LTI Continuous time System)
2.4 捲積積分(The Convolution Integral)
2.5 利用MATLAB 進行連續時間係統的時域分析(Analysis of Continuous time Systems in Time Domain Based on MATLAB)
關鍵詞(Key Words and Phrases)
Exercises
第3章 連續時間信號與係統的頻域分析
(Analysis of Continuous time Signals and Systems in Frequency Domain)
3.1 周期信號的頻域分析(Analysis of Periodic Signals in Frequency Domain)
3.2 非周期信號的傅裏葉變換(Fourier Transform of Aperiodic Signals)
3.3 傅裏葉變換的性質(Properties of Fourier Transform)
3.4 周期信號的傅裏葉變換(Fourier Transform of Periodic Signals)
3.5 連續信號的抽樣定理(The Sampling Theorem for Continuous Signal)
3.6 LTI係統的頻域分析(Fourier Analysis of Continuous time LTI Systems)
3.7 無失真傳輸係統(Distortionless Transmission System)
3.8 理想低通濾波器(Ideal Lowpass Filter)
3.9 利用MATLAB進行連續時間信號與係統的頻域分析(Fourier Analysis of Continuous time Signals and Systems Using MATLAB)
關鍵詞(Key Words and Phrases)
Exercises
第4章 連續時間信號與係統的復頻域分析
(Analysis of Continuous time Signals and Systems in Complex Frequency Domain)
4.1 拉普拉斯變換(The Laplace Transform)
4.2 常用信號的拉普拉斯變換(Some Laplace Transform Pairs)
4.3 拉普拉斯變換的性質(Properties of the Laplace Transform)
4.4 拉普拉斯反變換(The Inverse Laplace Transform)
4.5 連續LTI係統的復頻域分析(Analysis of LTI Continuous time System in Complex Frequency Domain)
4.6 係統函數與係統特性(System Function and System Characteristic)
4.7 LTI連續時間係統的模擬(Imitation of LTI Continuous�瞭ime Systems)
4.8 利用MATLAB進行連續時間係統的復頻域分析(MATLAB Analysis of Continuous time System in Complex Frequency Domain)
關鍵詞(Key Words and Phrases)
Exercises
第5章 離散時間係統的時域分析
(Analysis of the Discrete�瞭ime Systems in Time Domain)
5.1 離散時間係統的描述——差分方程(Description of the Discrete time Systems——Difference Equation)
5.2 離散時間係統的經典解法(Classical Solution of Discrete time Systems)
5.3 離散時間係統的響應(The Response of the Discrete time System)
5.4 捲積和(The Convolution Sum)
5.5 利用MATLAB進行離散時間係統的時域分析(Using MATLAB to Analyse Discrete time Systems in Time Domain)
關鍵詞(Key Words and Phrases)
Exercises
第6章 離散時間信號與係統的z域分析
(Analysis of Discrete time Signals and Systems in z Domain)
6.1 z變換的定義及其收斂域(Definition and the Region of Convergence of z transform)
6.2 常用序列的z變換(The z transform of Basic Sequence)
6.3 z變換的性質(Properties of the z transform)
6.4 z反變換(The Inversion z transform)
6.5 利用z變換求解差分方程(Solving Difference Equation by Using z transform)
6.6 離散時間係統的係統函數與頻率響應(System Function and Frequency Response of Discrete time System)
6.7 利用MATLAB進行離散係統的復頻域分析(Analysis of Discrete time Systems in Z Domain Based on MATLAB)
關鍵詞(Key Words and Phrases)
Exercises
前言/序言
探索信息世界的奧秘:一本關於信號、係統與信息處理的入門之旅 在這個信息爆炸的時代,我們每天都被海量的數據和信號所包圍。從手機通信到高清電視,從醫學影像到科學研究,一切都離不開對信號的理解和處理。而“信號與係統”這本書,正是帶領讀者走進這個精彩紛呈的信息世界的一把鑰匙。它不僅是一本教材,更是一次啓發思維、培養科學素養的係統性學習過程。 本書旨在為廣大的高等院校學生提供一個堅實的理論基礎和清晰的實踐導嚮,幫助他們理解和掌握現代工程技術與科學研究中至關重要的“信號”和“係統”概念。我們所處的物理世界,無論是聲音、光、電磁波,還是溫度、壓力、位移,都可以被視為一種“信號”,它們攜帶瞭有關環境變化和物體狀態的信息。而“係統”則是處理、轉換或響應這些信號的各種裝置、模型或過程。從簡單的濾波器到復雜的通信網絡,從生物體內的信號傳導機製到經濟社會的運行規律,都展現瞭“係統”的廣泛存在和重要作用。 本書的內容設計,力求循序漸進,由淺入深,使初學者能夠輕鬆入門,並逐步深入到更復雜的概念。我們首先從最基礎的“信號”入手,介紹信號的基本類型,包括連續時間信號與離散時間信號,周期信號與非周期信號,能量信號與功率信號等。通過對這些基本信號的形態、特性和數學描述的講解,讀者將建立起對信號的直觀認識。例如,我們熟悉的語音信號,其頻率、振幅的變化就反映瞭說話的內容;而我們每天接收到的電波信號,則承載著無數的信息。 接著,我們將視野轉嚮“係統”。係統是處理信號的實體。本書將介紹係統的基本性質,如綫性、時不變性、因果性、穩定性等。這些性質是理解和分析係統行為的關鍵。通過對這些性質的深入剖析,讀者將能夠理解不同係統為何會産生不同的輸齣,以及如何預測和控製係統的響應。例如,一個綫性係統能夠將輸入的信號進行成比例的放大或縮小,而一個時不變係統則意味著其對信號的處理方式不會隨時間改變。這些概念看似抽象,但在理解收音機如何過濾掉雜音,或者手機如何解碼接收到的無綫電波時,卻至關重要。 本書的核心內容之一是“捲積”的概念。捲積是描述綫性時不變係統如何響應任意輸入信號的數學工具。它揭示瞭係統特性和輸入信號之間的內在聯係,是信號與係統理論的基石。理解捲積,就如同掌握瞭分析任何綫性時不變係統的“秘籍”。我們將在詳細的數學推導和生動的例子中,讓讀者深刻理解捲積運算的物理意義,以及它在實際應用中的強大威力。從音頻信號的濾波到圖像的處理,捲積都扮演著不可或缺的角色。 為瞭能夠更有效地分析連續時間信號和係統,本書引入瞭“傅裏葉變換”。傅裏葉變換能夠將信號從時域轉換到頻域,揭示信號的頻率成分。這就像是將一首復雜的交響樂分解成一個個獨立的音符,讓我們能夠清晰地看到其中包含的各種頻率。傅裏葉變換在通信、音頻處理、圖像壓縮等領域有著極其廣泛的應用。例如,通過傅裏葉變換,我們可以分析一個通信信號的帶寬,從而設計更高效的傳輸方案;或者在音頻降噪中,識彆並去除不需要的頻率成分。 對於離散時間信號和係統,本書同樣進行瞭詳盡的闡述,並引入瞭“離散傅裏葉變換 (DFT)”和“快速傅裏葉變換 (FFT)”等重要工具。這些工具使得我們能夠在計算機等數字設備上對信號進行高效的分析和處理。隨著數字技術的飛速發展,離散信號和係統已經成為現代信息處理的核心。我們日常使用的數字音頻、數字圖像,以及各種數字通信係統,都離不開DFT和FFT的支撐。 此外,本書還將介紹“拉普拉斯變換”和“Z變換”。這兩種變換是對傅裏葉變換的推廣,它們在分析具有指數衰減或增長特性的信號以及處理復頻率成分方麵具有獨特的優勢。拉普拉斯變換在電路分析、控製係統設計中應用廣泛;而Z變換則是分析離散時間係統的強大工具,尤其在數字信號處理和控製理論中扮演著關鍵角色。這些變換就像是為我們提供瞭更精密的“顯微鏡”,讓我們能夠觀察到信號和係統更深層次的特性。 為瞭幫助讀者更好地掌握理論知識,本書提供瞭大量的例題和習題。這些例題從實際工程問題齣發,通過一步步的解析,展示瞭理論知識如何應用於解決實際問題。習題則鼓勵讀者獨立思考和動手實踐,鞏固所學概念,培養解決問題的能力。我們相信,理論與實踐相結閤的學習方式,能夠讓讀者在理解概念的同時,也掌握解決實際問題的能力。 本書的編寫風格力求清晰、嚴謹,同時又不失可讀性。我們避免使用過於晦澀的語言,而是通過形象的比喻和生動的例子,來闡釋抽象的數學概念。同時,我們注重數學推導的嚴謹性,確保讀者能夠建立起紮實的理論基礎。我們相信,一個好的教材,不僅要教會讀者“是什麼”,更要教會讀者“為什麼”和“怎麼做”。 “信號與係統”這本書,不僅僅是一門課程的教材,它更是一扇通往更廣闊的科學和工程領域的大門。掌握瞭信號與係統的基本原理,將為讀者未來在通信工程、電子工程、計算機科學、自動化、生物醫學工程,甚至經濟學、社會學等領域的研究和發展打下堅實的基礎。信息時代的浪潮滾滾而來,理解和駕馭信息,將成為未來發展的關鍵。本書正是為準備迎接這一挑戰的您而準備。 無論您是通信專業的學生,電子工程的初學者,還是對信息科學充滿好奇的探索者,本書都將為您提供一次係統而深入的學習體驗。通過學習“信號與係統”,您將能夠更深入地理解我們所處的數字世界,更有效地分析和處理信息,為您的未來學習和職業發展插上騰飛的翅膀。我們期待與您一同踏上這段精彩的信息探索之旅!