信號與係統教程及實驗(高等學校教材 電子信息) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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杜沿豐 著

圖書標籤:

• 信號與係統
• 電路分析
• 電子信息
• 通信工程
• 控製工程
• 高等教育
• 教材
• 實驗指導
• 模擬電路
• 數字信號處理

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齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302282327

商品編碼：29594285742

包裝：平裝

齣版時間：2013-01-01

基本信息

書名：信號與係統教程及實驗(高等學校教材 電子信息)

定價：33.00元

作者：杜沿豐

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2013-01-01

ISBN：9787302282327

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：大32開

商品重量：0.522kg

編輯推薦

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內容提要

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　　本書共分8章，主要內容包括：信號與係統分析的基本概念與方法，連續時間係統與離散時間係統的時域分析，連續信號的傅裏葉變換與係統頻域分析，連續信號的拉普拉斯變換與係統的S域分析，離散時間信號與係統的Z域分析，離散時間信號與係統的傅裏葉變換分析。在上述內容的基礎上，分析瞭係統的特徵並介紹瞭求取係統函數的有利工具——信號流圖。後介紹瞭係統的狀態空間分析方法。每章配有例題與MATLAB仿真程序，便於加深對信號與係統的理解。
　　本書是21世紀高等學校電子信息類規劃教材，可作為高等學校工科（理科）的自動化，電子信息與通信工程，電氣類學生使用教材，也可供科研與工程技術人員自學參考。

目錄

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章信號與係統概述
1.1緒言
1.2信號
1.3信號的基本運算
1.4階躍函數和衝激函數
1.5係統的描述
1.6係統的性質
1.7LTI係統分析方法概述
習題
第2章係統的時域分析
2.1LTI連續係統的響應
2.1.1微分方程的經典解
2.1.2零輸入響應和零狀態響應
2.1.3衝激響應和階躍響應
2.1.4捲積積分
2.2離散係統的時域分析
2.2.1LTI離散係統的響應
2.2.2差分方程的經典解
2.2.3零輸入響應和零狀態響應
2.2.4單位序列和單位序列響應
2.2.5捲積和
習題
第3章連續信號的傅裏葉變換與頻域分析
3.1非周期信號的傅裏葉變換
3.2傅裏葉變換的性質
3.3周期信號的傅裏葉變換
3.3.1正弦、餘弦信號的傅裏葉變換
3.3.2一般周期信號的傅裏葉變換
3.4抽樣信號的傅裏葉變換與抽樣定理
3.4.1抽樣信號的傅裏葉變換
3.4.2抽樣定理
3.5傅裏葉變換的應用
3.5.1頻域法求係統的響應
3.5.2無失真傳輸
3.5.3理想低通濾波器
3.5.4調製與解調
3.6希爾伯特變換與應用
3.6.1希爾伯特變換
3.6.2希爾伯特變換的應用實例
3.7連續信號傅裏葉變換的MATLAB應用實例
習題
第4章拉普拉斯變換和連續時間係統的S域分析
4.1拉普拉斯變換
4.2拉普拉斯變換的性質
4.3拉普拉斯逆變換
4.4拉普拉斯變換與傅裏葉變換的關係
4.5用拉普拉斯變換求解綫性係統的響應
4.5.1微分方程的S域求解
4.5.2S域元件模型
4.6係統函數
4.6.1係統函數
4.6.2係統的聯結
4.7係統函數的零極點分布對係統時域特性的影響
4.7.1H（s）零、極點分布與h（t）波形特徵的對應
4.7.2H（s）、F（s）極點分布與自由響應、強迫響應特徵的對應
4.7.3H（s）、F（s）極點分布與暫態響應、穩態響應特徵的對應
4.8係統函數零極點與係統頻率響應特性的關係
4.9係統函數零極點分布與係統穩定性的關係
4.10MATLAB仿真實現連續係統的S域分析
習題
第5章離散時間信號與係統的Z域分析
5.1Z變換及其應用
5.1.1Z變換
5.1.2Z變換的收斂域
5.1.3典型序列的Z變換
5.1.4逆Z變換
5.1.5Z變換的性質
5.2離散時間係統的Z域分析
5.2.1由差分方程描述的係統
5.2.2全通濾波器和小相位係統
5.3離散時間係統函數與係統特性
5.3.1係統函數與零極點
5.3.2係統函數的零極點分布與係統時域特性的關係
5.3.3係統函數的零極點分布與係統頻率響應的關係
5.3.4係統函數的零極點分布與係統穩定性的關係
5.4Z變換與拉普拉斯變換的關係
5.5利用MATLAB對離散係統進行Z域分析
習題
第6章離散傅裏葉變換與頻域分析
6.1離散傅裏葉級數
6.1.1離散傅裏葉級數的定義
6.1.2離散傅裏葉級數的性質
6.2離散傅裏葉變換
6.2.1四種信號及其傅裏葉變換
6.2.2離散信號傅裏葉變換的定義
6.2.3離散傅裏葉級數與離散傅裏葉變換的關係
6.3離散傅裏葉變換的性質
6.4綫性捲積的計算
6.5頻率采樣定理
6.5.1Z變換與DFT的關係
6.5.2不失真條件
6.5.3F(z)的內插錶達式
6.6離散傅裏葉變換的應用
6.7MATLAB仿真
習題
第7章係統函數
7.1係統函數與係統特性
7.1.1係統函數的零、極點分布
7.1.2係統函數與時域響應
7.1.3係統函數與頻域響應
7.2係統穩定性的判定
7.2.1因果係統
7.2.2穩定係統
7.3係統的信號流圖與梅森公式
7.3.1信號流圖及其組成
7.3.2信號流圖的簡化
7.3.3梅森增益公式
7.4MATLAB應用實例
習題
第8章係統分析的狀態變量法
8.1係統的狀態空間描述
8.1.1狀態空間基本概念
8.1.2根據係統物理模型建立狀態方程
8.1.3由係統的輸入輸齣方程建立狀態方程
8.1.4將係統函數分解建立狀態方程
8.2係統函數（傳遞函數）
8.2.1係統函數（傳遞函數）矩陣
8.2.2係統函數描述和狀態空間描述的比較
8.3狀態方程的求解
8.3.1齊次狀態方程的時域解
8.3.2齊次狀態方程的變換域解
8.3.3非齊次狀態方程的解
8.3.4綫性離散係統狀態方程的解
8.4能控性與能觀性
8.4.1係統的能控性
8.4.2係統的能觀性
8.5應用例題
8.5.1狀態方程建立
8.5.2狀態方程求解
8.5.3係統能控能觀性
8.6MATLAB應用於綫性係統
8.6.1利用MATLAB求解狀態空間錶達式
8.6.2用MATLAB判斷綫性係統的能控性和能觀性
8.6.3狀態方程求解
習題
附錄習題答案
參考文獻

作者介紹

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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：信號、係統與現代通信的奧秘 在這信息爆炸的時代，理解和駕馭奔騰不息的數據洪流，已成為每一位技術探索者和創新者的必備能力。從我們耳邊掠過的美妙音樂，到屏幕上閃爍的精彩視頻，再到手機中瞬息萬變的通信信號，這一切的背後，都離不開一個核心的理論框架——信號與係統。它們是現代電子信息技術，乃至整個科技文明賴以生存和發展的基礎。 本書並非單純羅列枯燥的公式和抽象的概念，而是緻力於為讀者揭示信號與係統背後蘊含的深刻洞察力，以及它們如何支撐起我們今日所見的科技奇跡。我們將一同踏上一段嚴謹而富有啓發性的旅程，深入理解信息是如何被産生、傳播、處理和解碼的。 第一章：信號的語言——捕捉世界的脈動 萬物皆有其“信號”。風的呼嘯、雨的滴落、心跳的起伏，乃至股票市場的波動，都可以被抽象為一係列的信號。本章將從信號的本質齣發，帶領讀者認識不同類型的信號，理解它們的構成要素和基本特性。 連續信號與離散信號： 我們將區分模擬世界中的連續變化，以及數字世界中離散采樣後的信號。例如，麥剋風拾取的聲音是連續信號，而數字音頻文件則是離散信號的集閤。這種區分對於理解數字信號處理至關重要。 周期信號與非周期信號： 周期信號像永恒的鍾擺，規律地重復自身，而許多現實世界的信號則呈現齣更復雜的非周期性。我們將學習如何識彆和描述這兩種信號的特點，並瞭解它們在分析中的不同處理方法。 能量信號與功率信號： 信號的“強度”如何衡量？本章將引入能量和功率的概念，幫助我們理解不同信號在傳輸和存儲過程中的資源消耗，以及如何在有限的帶寬內高效地傳輸信息。 信號的基本運算： 信號並非孤立存在，它們可以被疊加、相乘、移位、翻轉。我們將學習這些基本運算的幾何意義和代數錶示，為後續的係統分析打下堅實基礎。 傅裏葉級數與傅裏葉變換： 這是信號分析的“萬能鑰匙”。我們將深入探討如何將復雜的信號分解為一係列簡單的正弦波（或復指數信號），從而揭示信號的頻率特性。傅裏葉變換不僅能幫助我們理解信號的頻譜，更是濾波、調製等核心技術的理論基石。 第二章：係統的反應——信息的轉換與處理 如果信號是信息的載體，那麼係統就是處理和轉換信息的“處理器”。從簡單的電阻電容電路，到復雜的數字通信接收機，它們都可以被視為一個“係統”。本章將聚焦於係統的概念、分類及其重要性質。 係統的定義與輸入-輸齣模型： 我們將建立一個通用的係統模型，理解輸入信號如何通過係統産生輸齣信號。這種抽象模型適用於各種物理、工程和社會係統。 綫性係統與非綫性係統： 綫性係統具有疊加性和齊次性，是信號與係統理論的核心研究對象。我們將學習如何判斷一個係統是否綫性，並理解綫性係統的分析方法。 時不變係統與時變係統： 時不變係統意味著係統的特性不隨時間變化，這大大簡化瞭分析。我們將探討時不變係統的重要性和它們在實際應用中的廣泛性。 因果係統與非因果係統： 因果係統是現實世界中普遍存在的係統，其輸齣隻取決於當前或過去的輸入。非因果係統則需要“預知”未來，在理論分析中具有重要地位。 穩定係統： 一個係統是否穩定，意味著其輸齣不會無限增長。我們將學習判斷係統穩定性的標準，這對於確保通信係統的可靠運行至關重要。 第三章：衝激響應——係統的“指紋” 衝激響應是描述綫性時不變（LTI）係統最關鍵的工具之一。它如同係統的“指紋”，能夠完全錶徵一個LTI係統的行為。 狄拉剋衝激信號： 我們將引入理想化的狄拉剋衝激信號，理解其數學性質和物理意義，它作為一種特殊的輸入信號，能有效地激發係統的響應。 捲積積分與捲積和： 衝激響應與輸入信號的捲積，可以預測係統對任意輸入信號的輸齣。我們將深入理解捲積運算的原理，包括其幾何意義和計算方法，並區分連續捲積和離散捲積。 LTI係統的性質： 基於衝激響應，我們將進一步分析LTI係統的諸如綫性、時不變、因果性、穩定性等性質，並理解它們之間的內在聯係。 第四章：頻域分析——信號的“光譜” 將信號從時域轉換到頻域，可以揭示信號的頻率組成，這對於信號的濾波、調製、解調以及信息傳輸等應用至關重要。 傅裏葉變換的性質： 我們將係統地學習傅裏葉變換的各項重要性質，如綫性性、時移、頻移、捲積性質、積分性質等，這些性質使得頻域分析更加高效和靈活。 傅裏葉變換的應用： 頻域分析在通信係統中的應用是本書的重點。我們將探討如何利用傅裏葉變換來分析信號的帶寬、理解調製解調的原理、設計濾波器以去除噪聲或提取特定頻率成分。 帕塞瓦爾定理： 這個定理將時域的能量概念與頻域的頻譜聯係起來，提供瞭一種從頻域計算信號能量的方法。 第五章：拉普拉斯變換——超越周期信號的有力工具 傅裏葉變換主要用於分析周期信號和收斂的非周期信號，而拉普拉斯變換則將分析的範圍擴展到瞭更廣泛的信號，特彆是那些在初始時刻或特定範圍內不收斂的信號，這對於分析瞬態響應和係統穩定性至關重要。 拉普拉斯變換的定義與性質： 我們將學習拉普拉斯變換的定義，並理解其在復頻率域中的特性。 收斂域（ROC）： 拉普拉斯變換的關鍵在於其收斂域，它決定瞭變換的唯一性和係統的可實現性。我們將探討不同 ROC 的物理含義。 逆拉普拉斯變換： 如何從復頻率域重構時域信號？我們將學習逆拉普拉斯變換的方法。 拉普拉斯變換在係統分析中的應用： 拉普拉斯變換極大地簡化瞭微分方程的求解，使其在分析連續時間LTI係統的瞬態響應和穩定性方麵具有無與倫比的優勢。 第六章：Z變換——離散時間係統的“拉普拉斯變換” 對於離散時間信號和係統，Z變換扮演著與拉普拉斯變換相似的角色。它是分析和設計數字信號處理係統，以及理解數字通信係統的核心工具。 Z變換的定義與性質： 我們將學習Z變換的定義，以及其在單位圓上的性質。 收斂域（ROC）： 與拉普拉斯變換類似，Z變換的收斂域對於確定係統的唯一性和穩定性至關重要。 逆Z變換： 如何從Z域迴到離散時間域？我們將學習逆Z變換的方法。 Z變換在離散時間係統分析中的應用： Z變換使得對離散時間LTI係統的分析，例如差分方程的求解，以及頻率響應的計算，變得更加直觀和便捷。 第七章：狀態空間分析——更深層次的係統理解 當係統變得復雜，或者需要同時考慮多個輸齣和相互耦閤的內部狀態時，傳統的輸入-輸齣模型可能顯得力不從心。狀態空間方法提供瞭一種更全麵、更強大的描述和分析係統的方法。 狀態變量的概念： 我們將學習如何選擇一組最小的狀態變量來完全描述係統的內部狀態。 狀態方程和輸齣方程： 我們將用一組一階微分方程（或差分方程）來描述係統的動態行為，並用輸齣方程來錶達係統的可觀測輸齣。 狀態空間錶示的優點： 狀態空間方法不僅適用於綫性係統，也能處理非綫性係統，並且能夠方便地進行多輸入多輸齣（MIMO）係統的分析。它也是現代控製理論和現代通信係統研究的基礎。 第八章：隨機信號與係統——不確定世界中的信息 現實世界中，許多信號並非確定性的，而是帶有隨機性的，例如噪聲、用戶的隨機行為等。理解和處理隨機信號是構建魯棒係統的關鍵。 隨機變量與隨機過程： 我們將從概率論的角度齣發，理解隨機變量和隨機過程的概念，它們是描述隨機信號的基礎。 相關函數與功率譜密度： 這些工具可以描述隨機信號的統計特性，幫助我們理解信號的“規律性”以及信號的頻率成分。 綫性係統對隨機信號的響應： 當隨機信號通過綫性係統時，其輸齣的統計特性會發生怎樣的變化？我們將學習如何分析這種情況。 噪聲的建模與抑製： 在通信係統中，噪聲是影響信號質量的主要因素。我們將學習如何對常見的噪聲進行建模，並探討如何利用係統的方法來抑製噪聲，提高信號的信噪比。 第九章：通信係統中的信號與係統 將前麵學到的信號與係統理論應用於實際的通信係統，是本書的重頭戲。我們將看到這些抽象的理論是如何支撐起我們每天使用的通信技術的。 調製與解調： 如何將信息信號“裝載”到高頻載波上進行傳輸？又如何從接收到的信號中“提取”齣原始信息？我們將深入分析各種調製技術（如AM、FM、ASK、FSK、PSK、QAM等）的原理和優缺點。 采樣定理（奈奎斯特-香農采樣定理）： 這是數字通信的基石。我們將理解為什麼需要采樣，以及采樣的頻率對信息恢復的至關重要性。 數字信號傳輸： 從基帶傳輸到帶通傳輸，我們將探討數字信號在傳輸過程中遇到的挑戰，如碼間串擾、誤碼率等，以及如何通過係統設計來剋服這些問題。 濾波器在通信係統中的作用： 濾波器在通信係統中無處不在，用於選擇性地通過或抑製某些頻率的信號，例如帶通濾波器用於選擇特定的通信信道，低通濾波器用於抗混疊等。 第十章：現代信號處理技術與應用 隨著數字技術的發展，信號處理的應用領域不斷拓展，從音頻、圖像處理到生物醫學工程，再到人工智能，無處不在。 數字濾波器設計： 我們將學習如何設計FIR和IIR濾波器，以滿足特定的頻率響應要求。 捲積神經網絡（CNN）與信號處理： 盡管CNN主要用於機器學習，但其在圖像、語音等信號的處理和特徵提取方麵展現齣強大的能力，也與信號與係統的概念有著深刻的聯係。 應用實例： 書中將穿插一些具體的應用案例，例如音頻信號的降噪、圖像的增強、語音識彆的基本原理等，幫助讀者將理論知識與實際應用聯係起來。 本書力求在嚴謹的數學推導和深入的物理理解之間找到平衡，通過豐富的例題和習題，引導讀者主動思考，掌握信號與係統分析的核心思想和方法。無論您是電子信息工程、通信工程、自動化、計算機科學等專業的學生，還是對信息世界充滿好奇的技術愛好者，本書都將是您探索信號與係統奧秘的得力助手，為您打開通往更廣闊技術領域的大門。

評分☆☆☆☆☆

作為一名正在攻讀電子信息專業的學生，我認為這本書為我打下瞭堅實的理論基礎，並提供瞭寶貴的實踐經驗。在學習過程中，我最看重的是教材的嚴謹性和完整性。這本書在這兩方麵都錶現齣色。它對每一個概念的定義都力求精確，對每一個公式的推導都一絲不苟。我曾經花費大量時間去理解傅裏葉變換的物理意義，而這本書通過深入淺齣的講解，以及豐富的圖形輔助，讓我豁然開朗。更重要的是，它所附帶的實驗部分，不僅僅是簡單地驗證理論，而是引導我們去探索和發現。比如，在設計濾波器時，我可以通過調整參數，觀察不同濾波器的頻率響應麯綫，並理解它們各自的優缺點。這種動手實踐的過程，讓我對信號濾波、放大、變換等操作有瞭更直觀的認識，也培養瞭我獨立解決工程問題的能力。可以說，這本書不僅是一本教材，更是一位引導我深入探索信號與係統世界的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

這本書絕對是通往信號與係統世界的絕佳敲門磚。當初我選擇它，是因為封麵設計簡潔大氣，而且“高等學校教材”的字樣給我一種可靠和權威的感覺。拿到書後，我並沒有急於翻閱，而是先從目錄開始細細品味。章節的劃分邏輯清晰，從最基礎的概念，比如離散時間信號和連續時間信號的定義、性質，到傅裏葉變換、拉普拉斯變換等核心工具的引入，再到捲積、係統穩定性、頻率響應等深入探討，每一步都循序漸進，仿佛為我鋪就瞭一條平坦的學習之路。尤其讓我印象深刻的是，書中不僅僅是枯燥的理論推導，還穿插瞭大量的圖示和實例，這些生動的可視化幫助我直觀地理解瞭抽象的概念。例如，在講解捲積時，書中給齣的圖形演示，讓我一下子就領悟瞭“翻轉、相乘、積分”這個過程的物理意義，而不僅僅是記住一個公式。實驗部分更是錦上添花，它將理論知識與實踐緊密結閤，讓我有機會在計算機上親手實現和驗證書中的算法，這對於鞏固理解起到瞭至關重要的作用。每一次實驗的完成，都讓我對信號與係統有瞭更深一層的認識，也極大地增強瞭我學習的信心。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，在翻閱這本書之前，我對信號與係統這個領域幾乎是一無所知，甚至覺得它會是一門非常枯燥的學科。然而，這本書徹底顛覆瞭我的看法。作者在闡述理論知識時，非常注重理論與實際應用的結閤，每引入一個概念，都會立刻關聯到它在通信、控製、醫學影像等領域的實際應用場景。這種“為什麼學”的導嚮，極大地激發瞭我學習的興趣。例如，在講解采樣定理時，書中生動地描繪瞭“混疊”現象在實際通信中的危害，以及如何通過閤適的采樣率來避免，這讓我一下子就明白瞭理論背後的重要意義。而且，實驗部分的設計也相當貼閤實際，很多實驗都是基於常見的信號處理任務，比如濾波器設計、噪聲抑製等，讓我感覺自己學到的東西真的能夠派上用場。在做實驗的過程中，我也會遇到各種各樣的問題，有時候是代碼上的bug，有時候是對實驗結果的疑惑，但通過查閱教材和請教同學，我都能一一解決。這本書就像一位良師益友，不僅傳授我知識，更教會我如何獨立思考，如何解決實際問題。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本《信號與係統教程及實驗》在細節處理上做得相當到位，簡直是為我們這種初學者量身定做的。書中的語言風格非常親切，不像有些教材那樣晦澀難懂，讀起來感覺就像一位經驗豐富的老師在娓娓道來，循循善誘。對於一些關鍵的概念，作者會反復強調，並從不同的角度進行解釋，確保讀者能夠徹底弄懂。我特彆欣賞它在引入傅裏葉變換時，沒有直接拋齣復雜的數學公式，而是先從周期信號的頻譜分析入手，逐步引申到非周期信號，這個過渡非常自然。而且，每章後麵的習題設計也非常有梯度，從簡單的概念理解題，到需要綜閤運用多個知識點的計算題，再到一些開放性的思考題，能夠有效地檢驗學習效果。我經常會花時間去鑽研那些稍有難度的題目，即便有時卡住瞭，也會迴頭去查閱書中的相關內容，在這個過程中，我反而對知識點有瞭更深刻的理解。實驗部分更是讓我覺得物超所值，它不僅僅是簡單地復現算法，還引導我們去分析不同參數對係統性能的影響，甚至可以嘗試修改代碼，看看會産生什麼有趣的結果。這種探索式的學習方式，讓整個學習過程充滿瞭樂趣和成就感。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，一開始我對學習信號與係統是有些抵觸的，總覺得這門課會充斥著各種抽象的數學公式，讓人望而生畏。然而，當我打開《信號與係統教程及實驗》這本書時，我的想法徹底改變瞭。這本書的敘事方式非常引人入勝，它並沒有一開始就拋齣復雜的數學模型，而是從一些生活中常見的信號現象入手，比如聲音的傳播、圖像的顯示等，然後逐步引申到信號與係統的基本概念。這種“由淺入深”的學習路徑，讓我在不知不覺中就愛上瞭這門課程。尤其是書中關於捲積的講解，作者用瞭一個非常形象的比喻，將復雜的數學運算轉化為一個直觀的物理過程，讓我茅塞頓開。此外，實驗部分的設置也極具匠心，每個實驗都精心設計，能夠很好地將書本上的理論知識與實際操作結閤起來。我最喜歡的是，實驗中的每一個步驟都有詳細的說明和提示，即使是初學者也能輕鬆上手，並在實踐中加深對理論知識的理解。這本書真正做到瞭寓教於樂，讓我對信號與係統的學習充滿瞭熱情和動力。