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谢明元 著

图书标签:

• 信号与系统
• 电路分析
• 线性系统
• 傅里叶变换
• 拉普拉斯变换
• Z变换
• 滤波器设计
• 控制系统
• 通信原理
• 数字信号处理

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040492613

版次：1

商品编码：12314222

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-03-01

用纸：胶版纸

页数：319

内容简介

本书以学习、掌握与应用知识为目标，围绕电子、通信、自动控制、计算机应用、气象雷达、生物医学工程等多个领域的实际应用问题，较为系统地介绍了信号与系统的基本理论、基本方法和工程应用实例。内容包括：基本信号及基本系统、连续时间系统的时域分析、频域分析和复频域分析、离散时间系统的时域分析、频域分析和z变换、系统的状态变量描述等。全书课后训练题目类型丰富。基础与提高题帮助理解基本理论、掌握基本分析方法的运用，侧重数学模型的建立、分析与计算；工程应用题提供进一步的综合练习，并将理论知识与工程应用相结合；MATLAB训练为完成综合实践项目奠定基础。本书可作为高等学校电子信息类、电气信息类、自动化类、计算机类、仪器仪表类和机电类等专业“信号与系统”课程的教材，也可作为从事信号分析和系统设计的有关工程技术人员的参考用

目录

第1章 绪论
1.1 信号与系统的基本概念
1.2 应用领域中常见信号与系统实例
1.3 信号与系统分析的意义

第2章 信号与系统的描述
2.1 信号的分类
2.1.1 一维信号和多维信号
2.1.2 确定信号和随机信号
2.1.3 连续时间信号和离散时间信号
2.1.4 周期信号和非周期信号
2.1.5 能量信号和功率信号
2.2 常见工程信号
2.2.1 正弦信号
2.2.2 指数信号
2.2.3 采样信号
2.2.4 单位矩形脉冲信号
2.2.5 符号函数
2.3 信号的基本运算
2.3.1 关于幅值(因变量)的运算
2.3.2 关于时间(自变量)的运算
2.4 阶跃信号与冲激信号
2.4.1 单位阶跃信号
2.4.2 单位阶跃信号的特性
2.4.3 单位冲激信号
2.4.4 单位冲激信号的性质
2.5 系统的特性及分类
2.5.1 系统的初始状态
2.5.2 线性特性
2.5.3 时不变特性
2.5.4 因果特性
2.5.5 稳定性
2.6 技术实践
2.6.1 信号与噪声
2.6.2 信号传输网络中的延时
2.7 计算机辅助分析
本章小结
习题二

第3章 连续信号与系统的时域分析
3.1 LTI连续系统的响应
3.1.1 微分方程的建立与求解
3.1.2 微分方程的经典解
3.1.3 LTI连续系统的零输入响应与零状态响应
3.2 冲激响应和阶跃响应
3.2.1 冲激响应
3.2.2 阶跃响应
3.3 卷积积分及其性质
3.3.1 任意信号的分解
3.3.2 任意信号作用下的零状态响应
3.3.3 卷积的定义
3.3.4 卷积性质
3.3.5 常用信号的卷积公式
3.4 技术实践汽车点火系统
3.5 计算机辅助分析
3.5.1 连续时间系统零状态响应的MATLAB实现
3.5.2 连续时间系统冲激响应和阶跃响应的MATLAB实现
3.5.3 卷积积分的MATLAB实现

第4章 连续信号与系统的频域分析
第5章 连续信号与系统的复频域分析
第6章 离散信号与系统的时域分析
第7章 离散信号与系统的频域分析
第8章 离散信号与系统的z域分析
第9章 系统的状态变量分析法
参考文献

《宇宙的呢喃：探寻万物共通的语言》 简介 想象一下，在浩瀚无垠的宇宙深处，存在着一种超越物质、超越时空的共通语言。它不是我们日常交流的音节，也不是代码的字符，而是一种根植于万物运作规律之中的深刻理解。这套语言，悄无声息地编织着从微观粒子到宏观星系的脉络，支配着信息在空间中的流动，也塑造着我们感知世界的方式。《宇宙的呢喃》正是这样一本致力于揭示并解读这种共通语言的书籍，它带领读者穿越科学、数学、工程的边界，去聆听宇宙中最本质的“信号”，理解它们如何被“系统”地组织、处理和传递，最终汇聚成我们所见所闻所感的现实。 这本书并非一本枯燥的教科书，而是一场充满探索与启发的旅程。它以引人入胜的叙事方式，从历史的维度追溯人类对“信号”与“系统”概念的认识演进，从古老的观星术到现代的信号处理理论，展现了人类智慧的飞跃。我们会一同回顾那些伟大的先驱者，他们如何从自然现象中捕捉规律，如何用数学工具来刻画那些看似杂乱无章的“信息流”，并逐渐构建起一套严谨的理论体系。 内容概览 《宇宙的呢喃》将带领读者深入探索以下几个核心领域，并以一种全新的视角去审视它们之间的关联： 第一部分：感知世界的基石——信号的本质与形态 信息之源：信号的定义与分类 我们每天都在接收和发送海量的信息，但我们是否曾停下来思考，信息究竟是什么？本书将从最根本的层面解析“信号”的定义，它不仅仅是声波、光波，更是任何能够承载信息的物理量或抽象概念。我们将探讨连续信号与离散信号的区别，模拟信号与数字信号的转换机制，以及它们在自然界与工程领域中的广泛应用。从细胞膜上的电信号传递，到电视机屏幕上闪烁的像素，再到股市中的价格波动，这些都以不同的形式，诉说着信息的故事。 时空的印记：信号的时域与频域分析 信号不仅仅是瞬时的数值，它们在时间维度上展开，也蕴含着丰富的频率成分。本书将深入浅出地介绍时域分析，帮助读者理解信号如何随时间变化，其波形、幅值、相位等关键特征。更重要的是，我们将揭示频域分析的强大力量——傅里叶变换。它如同一个神奇的棱镜，将复杂的信号分解成最基本的正弦波叠加，让我们得以窥探信号的“内在构成”。从音乐的和谐音符到射电望远镜捕捉到的宇宙信号，频域分析都扮演着至关重要的角色。我们将探讨如何通过分析信号的频谱，来识别其来源、提取有用信息，甚至过滤掉干扰。 信号的语言：数学的表达与变换 数学是描述信号的通用语言。本书将梳理那些塑造信号理论的数学工具，包括微积分、线性代数、概率论等。我们将探讨如何利用这些工具来精确地描述信号的生成、传播和演化过程。此外，拉普拉斯变换和Z变换等更高级的变换方法也将被引入，它们为分析线性时不变系统提供了强大的工具，能够将复杂的时域问题转化为更容易处理的频域或复频域问题。 噪音的干扰与信息的保护 在信息的传递过程中，噪音总是如影随形。本书将详细讨论各种类型的信号噪声，分析它们对信息完整性的影响，并介绍信息论中的基本概念，如熵、信息量等。我们将探讨如何通过有效的编码、解码技术，以及先进的滤波算法，来最大程度地抑制噪声，保证信息的准确性和可靠性。这对于通信、数据存储、医学影像等领域都至关重要。 第二部分：万物运行的规则——系统的交互与响应 黑箱的奥秘：系统的概念与建模 宇宙中的一切，从简单的电路到复杂的生物体，都可以被视为一个“系统”。本书将深入探讨“系统”这一核心概念，它是由相互关联的组件构成，接收输入信号，并产生输出信号。我们将学习如何对各种系统进行数学建模，理解系统的输入-输出关系，以及如何用数学方程来描述系统的动态行为。从一个简单的收音机到一个大型的经济模型，都可以通过系统理论来加以理解。 线性与非线性：系统的行为模式 线性系统以其对称性和叠加性而闻名，是分析的基础。本书将详细讲解线性系统的特性，以及如何分析它们的响应。然而，现实世界中充斥着大量的非线性系统，它们的行为更加复杂和迷人。我们将探讨非线性系统的挑战，以及一些常用的分析方法，例如分段线性近似、泰勒展开等。理解线性和非线性的区别，是把握复杂系统行为的关键。 时不变与时变：系统的演化规律 系统的特性是否随时间变化，决定了我们分析方法的不同。本书将区分时不变系统和时变系统。对于时不变系统，其内部特性在任何时间都是相同的，分析相对容易。而时变系统则更加复杂，其特性会随着时间而改变，需要更精密的数学工具来描述。我们将探讨在不同场景下，如何选择合适的模型来刻画系统的时变性。 因果性与稳定性：系统的可控性与可靠性 一个系统是否“有因必有果”，以及它是否能在外界干扰后恢复稳定，是评价系统性能的重要指标。本书将深入探讨因果性，即系统的输出只取决于当前和过去的输入，而与未来无关。我们还将详细分析系统的稳定性，理解为何有些系统会趋于稳定，而有些则会失控。这对于设计可靠的控制系统、预测天气模式等至关重要。 反馈的魔力：控制与自适应系统 反馈机制是自然界和工程领域中最普遍也最具创造力的设计之一。本书将深入解析反馈在系统中的作用，它如何使得系统能够自我调节、纠正误差，甚至实现超越其自身组件能力的复杂功能。我们将探讨正反馈和负反馈的不同效果，以及它们在稳定、放大、振荡等方面的应用。从恒温器到生物体的生长调控，反馈无处不在。 系统的交互与协同：多输入多输出系统 许多现实世界的系统并非单一输入输出，而是涉及多个输入和多个输出的复杂交互。本书将介绍多输入多输出（MIMO）系统的概念，以及如何运用矩阵和向量来描述它们。我们将探讨 MIMO 系统中的耦合效应、解耦技术，以及它们在现代通信、机器人控制等领域中的重要性。 第三部分：宇宙的编织者——信号与系统在现实世界中的回响 通信的脉搏：从无线电到互联网 通信技术是信号与系统理论最直观的应用之一。本书将追溯通信技术的发展历程，从电报、电话到广播、电视，再到我们今天赖以生存的互联网。我们将探讨调制解调技术如何将信息编码到载波上进行传输，纠错编码如何保障信息的可靠性，以及各种通信协议如何组织和管理海量数据流。 数字通信的基石：采样、量化与编码：我们将详细介绍模拟信号如何被转换为数字信号，包括奈奎斯特定理在采样中的作用，量化误差的产生与控制，以及各种编码方案（如PCM、Huffman编码）如何高效地表示信息。 无线通信的挑战与智慧：从信号的传播损耗、多径效应到频谱资源的分配，无线通信面临着巨大的挑战。我们将探讨OFDM、MIMO等先进技术如何在复杂环境中实现高效可靠的通信。 网络的海洋：互联网的运行离不开复杂的信号处理和系统管理。我们将理解数据包的传输、路由算法、拥塞控制等机制，如何使得信息在全球范围内畅通无阻。 感知与决策：人工智能的神经网络 现代人工智能，特别是深度学习，其核心正是模仿人脑的神经网络结构，而这背后正是信号与系统理论的深刻应用。本书将探讨神经网络如何处理和传递信息，每一层神经元都如同一个非线性系统，接收输入信号，进行加权求和，并通过激活函数产生输出。反向传播算法则是一种精妙的反馈机制，用于优化网络的参数。 特征提取与表示学习：我们将看到神经网络如何通过层层处理，从原始信号中自动提取出更有意义的特征，实现对图像、声音、文本等数据的深层理解。 端到端学习的强大：从原始输入到最终输出，整个过程被视为一个巨大的系统，通过端到端的方式进行训练，展现了信号与系统协同的巨大潜力。 操控世界的力量：控制理论的艺术 控制理论是信号与系统理论在实现主动干预和操控方面的集大成者。本书将深入探讨如何设计控制器，使得系统能够按照预期运行，实现精确的位置控制、速度控制、姿态稳定等。我们将介绍PID控制器、状态空间方法等经典控制理论，以及它们在机器人、航空航天、工业自动化等领域的广泛应用。 稳定性与鲁棒性：设计一个能够稳定运行且不受外界干扰影响的控制器是控制工程的核心目标，我们将探讨如何保证系统的稳定性和鲁棒性。 最优控制与自适应控制：在追求更高效率和更强适应性的时代，我们将触及如何实现最优的控制策略，以及系统如何能够根据环境变化进行自适应调整。 理解生命：生物信号与系统 生命本身就是一个极其复杂的信号与系统。本书将触及生物信号的奥秘，例如神经元之间的电信号传递、基因的调控网络、免疫系统的信号响应等。我们将看到，在生物体内部，各种信号以精妙的方式被产生、传递、处理和响应，共同维持着生命的活力。 信号转导的级联效应：从细胞外信号到细胞内响应，信号转导过程常常涉及一系列复杂的蛋白质相互作用，形成级联效应，放大和整合信息。 基因调控网络的动态行为：基因之间的相互调控构成了复杂的网络，决定了细胞的分化、发育和对外界环境的适应。 洞察宇宙：天文与地球科学中的信号 从遥远的星系发出的射电信号，到地球内部的地震波，再到天气系统的演化，这些都是宇宙和地球赋予我们的宝贵“信号”。本书将探讨如何利用信号与系统理论来分析和理解这些来自自然界的信息。 射电天文学的信号解译：如何从宇宙背景辐射中提取宇宙早期的信息，如何识别脉冲星、黑洞等天体发出的独特信号。 地球物理学的信号分析：地震波的传播规律，如何通过分析地震波来探测地球内部结构，以及如何预测地震。 气象模型的信号驱动：天气系统的复杂演化，本质上是大气中各种物理量的信号相互作用的结果，数值天气预报模型正是基于信号与系统理论构建的。 结语 《宇宙的呢喃》并非一个终点，而是一个起点。它希望点燃读者对世界本质的好奇心，培养一种超越学科界限的洞察力。通过理解信号的本质，领悟系统的规则，我们就能更好地解读我们所处的世界，从最微观的粒子到最宏观的宇宙，都能发掘出那潜藏在规律中的美妙与秩序。这本书将鼓励你用一种全新的视角去观察和思考，去倾听宇宙的细语，去感受那无处不在的“信号与系统”所谱写的壮丽乐章。这是一种智慧的启迪，一种对未知世界的探索，也是一次对人类自身理解能力的挑战与升华。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧确实很考究，封面材质很有质感，拿在手里沉甸甸的，一看就知道不是那种随随便便就能完成的作品。拿到之后，我迫不及待地翻开了第一页，映入眼帘的是作者写的一篇序言，字里行间透露出他对这个领域的无限热情和深刻思考。这让我对接下来的阅读充满了期待。 阅读过程中，我发现作者非常擅长将一些非常基础的原理，通过一系列精巧的设计，引向更复杂的概念。他不会强行灌输，而是通过逻辑的推导，让你自己一步步得出结论。这种“引导式”的讲解方式，极大地锻炼了我的独立思考能力。很多时候，我会在读到某个地方时，自己先尝试去推演一下，然后再对照作者的论述，看看自己的想法是否一致，或者有没有什么遗漏。 书中有一个章节，详细探讨了某种特定现象的成因，让我大开眼界。我之前对这个现象一直存在一些模糊的认识，但这本书的讲解，让我对它的理解变得非常透彻。作者不仅分析了它的直接原因，还追溯了更深层次的机制，并且还提出了几种可能的解决或优化方案。这种“刨根问底”的钻研精神，是我非常敬佩的。 我个人尤其喜欢书中那些深入剖析的案例分析。作者会选取一些实际生活中遇到的典型问题，然后用书中的理论工具去一一解剖。他会详细展示如何运用这些工具来分析问题，如何得出解决方案，以及这个解决方案的可行性。这种“理论与实践相结合”的教学模式，让我觉得学到的知识非常实用。 总而言之，这是一本需要静下心来细细品味的读物。它不属于那种快速浏览就能获得答案的书籍，而是需要读者投入思考，去理解作者的逻辑，去吸收他的思想。但正是这种深入的阅读体验，让我觉得收获巨大。

评分☆☆☆☆☆

这本实体书的手感很棒，纸张的厚度和印刷的清晰度都堪称一流。我喜欢这种能够让我沉浸其中的阅读体验。作者开篇就设定了一个非常宏大的背景，然后逐步收窄，聚焦到他想要阐述的核心内容。这种“大处着眼，小处着手”的叙事方式，让我对整个知识体系有了清晰的认知框架。 书中对一些概念的定义，非常精炼，而且往往一语中的。作者似乎有一种化繁为简的能力，能够用最少的文字，最准确地表达最复杂的含义。我经常会回过头去，重新品味他对于某个核心概念的定义，每一次都能从中获得新的感悟。他对于术语的运用，也极其严谨，不会出现任何含糊不清的地方。 令我印象深刻的是，作者在讲解过程中，会时不时地穿插一些“冷知识”或者“趣闻轶事”，这些内容虽然不一定直接属于核心主题，但却能极大地丰富阅读的趣味性，并且往往能为理解核心概念提供一个意想不到的切入点。这让我觉得作者不仅学识渊博，而且还很会讲故事。 我尤其欣赏书中对于某些争议性问题的处理方式。作者并没有回避这些问题，而是会客观地呈现不同的观点，然后给出自己的分析和论证。他鼓励读者独立思考，而不是盲从。这种开放的态度，让我觉得非常值得学习。 总的来说，这本书是一次非常愉快的阅读体验。它不仅在知识层面给予了我启发，更在思想层面触动了我。我从中看到了作者对学科的热爱，以及他试图将这种热爱传递给读者的努力。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的时候，我首先被它那朴实无华的外表吸引了。没有花哨的宣传语，只有清晰的书名和作者的名字，这让我觉得它一定是一本专注于内容的学术专著。我喜欢这种“内容为王”的书籍。 阅读过程也证实了我的想法。作者的语言风格非常简洁明了，没有丝毫的冗余。他直奔主题，用最直接的方式来阐述他的观点。我喜欢这种“不绕弯子”的写作方式，让我能够快速地抓住核心信息。 书中对每一个理论的推导，都非常严谨。作者会一步步地展示他是如何从基础的公理出发，最终得出结论的。这种“循序渐进”的逻辑链条，让我能够完全理解每一个步骤的合理性。即使是在面对一些我之前完全不了解的领域时，也能通过跟随他的推导过程，逐步建立起自己的理解。 我特别喜欢书中对于不同理论之间联系的探讨。作者会清晰地指出，某个理论是如何建立在另一个理论的基础之上的，或者某个理论是如何被用来解释另一个理论的。这种“融会贯通”的视角，让我对整个知识体系的理解更加深刻。 总而言之，这是一本值得反复研读的书。它可能不像一些畅销书那样充满趣味性和戏剧性，但它所包含的深刻思想和严谨逻辑，却能给我带来长久的启迪。我从中获得的，是扎实的知识和清晰的思维。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本厚重的书，我首先被它的排版吸引了。字体大小适中，行间距合理，即使长时间阅读也不会感到疲惫。而且，书中穿插的各种图表和公式，都经过精心设计，清晰易懂，极大地降低了阅读的门槛。我一直认为，好的科普读物，就应该做到既有深度，又能让大众读懂，而这本书无疑做到了这一点。 作者在讲解每一个主题时，都会从一个相对宏观的视角出发，然后逐渐深入到细节。他不会一上来就丢给你一堆专业术语，而是会先用通俗易懂的语言解释清楚这个主题的背景和意义，然后再逐步引入相关的概念和理论。这种“由浅入深”的讲解方式，让我觉得非常受用，尤其是在学习一些比较抽象的领域时，这种方式更是不可或缺。 我特别喜欢书中对一些历史发展过程的梳理。作者会详细介绍某个领域是如何一步步发展起来的，哪些重要的发现和人物在其中起到了关键作用。这种对历史的追溯，不仅能让我们更好地理解当前的知识体系，也能让我们感受到科学探索的魅力和不易。我常常会因为读到某个历史性的突破而感到热血沸腾。 书中还有一个让我印象深刻的地方，就是作者在解释一些复杂概念时，会引用大量的案例和类比。这些案例都非常贴近生活，而且作者会用一种非常生动活泼的方式来讲解，让人感觉不像是在阅读一本枯燥的技术书籍，而更像是在听一位经验丰富的老师在讲课。这种“接地气”的讲解方式，让学习过程变得轻松愉快。 总的来说，这本书是一部非常优秀的科普力作。它不仅在内容上广博而深刻，在讲解方式上也独具匠心。我从中不仅学到了很多新知识，更重要的是，它激发了我对科学的进一步探索热情。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计很吸引我，那种深邃的蓝色背景，配上简约却又充满科技感的字体，一眼就让人觉得这是一本关于前沿知识的读物。我本身对科学探索类的书籍就情有独钟，所以毫不犹豫地翻开了它。刚开始阅读，我就被作者那种严谨又不失幽默的语言风格所吸引。他并没有一开始就抛出大量晦涩难懂的概念，而是通过一些生动有趣的例子，比如日常生活中的各种声音，或者城市里的车流，来引出他想要探讨的主题。这种循序渐进的讲解方式，让我这个初学者也能很快跟上他的思路。 尤其令我印象深刻的是，作者在介绍一些基础概念时，并没有停留在理论层面，而是巧妙地将它们与实际应用相结合。他会举例说明，这些概念是如何帮助我们理解和解决现实世界中的问题的。比如，在讲到某个分析工具时，他会结合一个具体的工程案例，详细阐述这个工具是如何在这种情况下发挥作用的，以及它带来的实际效益。这种“知其然，更知其所以然”的讲解方式，让我觉得学习过程非常充实，不仅学到了知识，更学会了如何去运用这些知识。 书中一些章节的论述，让我对过去一些习以为常的现象有了全新的认识。作者的分析角度非常独特，他能从一个非常细微的点出发，层层剥茧，最终揭示出事物背后深刻的规律。我常常在读完一个章节后，会停下来反复回味，思考作者是如何将这些看似不相关的知识点串联起来的。他的逻辑思维非常缜密，论证过程滴水不漏，让人不得不佩服。 更值得称赞的是，作者在撰写这本书时，一定投入了大量的心血。他对每一个概念的解释都力求清晰准确，对每一个例子的选取都经过深思熟虑。即使是一些非常复杂的理论，在他笔下也变得易于理解。我特别喜欢他在书中所使用的图示，那些精美的插画和图表，恰到好处地补充了文字的描述，让抽象的概念变得具体形象，极大地提高了阅读效率。 总而言之，这是一本让我感到惊喜的书。它不仅在知识内容上给了我很大的启发，更在思维方式和学习方法上给我带来了深刻的影响。我强烈推荐给所有对探索未知、理解世界充满好奇的朋友们，相信你们也会和我一样，在这本书中收获满满。