普通高等教育電子信息類“十二五”規劃教材：信號與係統 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

《普通高等教育電子信息類“十二五”規劃教材：信號與係統》主要闡述瞭信號的時域分析和變換域分析，采用連續與離散並行、先時域後變換域的體係結構。本書論述清楚，概念明確，重點突齣，層次清晰，便於教學。
全書共包括信號與係統、連續信號與係統的時域分析、離散係統的時域分析、連續係統的頻域分析、連續係統的s域分析、z變換、係統函數7章。各個章節配有不同層次的習題，以供選用。
《普通高等教育電子信息類“十二五”規劃教材：信號與係統》可作為高等學校電子、通信、自動化類等各專業“信號與係統”課程的本科生教材，也可供有關科技工作者自學參考使用。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1.1 緒言
1.2 信號的分類
1.2.1 確定信號和隨機信號
1.2.2 連續信號和離散信號
1.2.3 周期信號和非周期信號
1.2.4 能量信號和功率信號
1.2.5 一維信號和多維信號
1.2.6 因果信號和反因果信號
1.3 信號的基本運算
1.3.1 信號的加、減、乘運算
1.3.2 信號的時間變換運算
1.4 階躍函數和衝激函數
1.4.1 階躍函數
1.4.2 衝激函數
1.4.3 序歹g（k）和e（k）
1.5 係統的性質及分類
1.5.1 綫性
1.5.2 時不變係統與時變係統
1.5.3 因果係統與非因果係統
1.6 係統的描述
1.6.1 連續係統
1.6.2 離散係統
本章小結
本章習題

第2章 連續信號與係統的時域分析
2.1 LTI連續係統的響應
2.1.1 微分方程的經典解
2.1.2 關於0-和0+初始值
2.1.3 零輸入響應和零狀態響應
2.2 衝激響應和階躍響應
2.2.1 衝激響應
2.2.2 階躍響應
2.3 捲積積分
2.3.1 信號的時域分解與捲積積分
2.3.2 捲積的圖解
2.4 捲積積分的性質
2.4.1 捲積代數
2.4.2 奇異函數的捲積特性
2.4.3 捲積的微積分性質
2.4.4 捲積的時移特性
本章小結
本章習題

第3章 離散係統的時域分析
3.1 離散時間基本信號
3.1.1 離散時間信號
3.1.2 離散時間基本信號
3.2 LTI離散係統的響應
3.2.1 差分與差分方程
3.2.2 差分方程
3.2.3 全解求解的一般步驟
3.2.4 零輸入響應和零狀態響應
3.3 單位序列和單位序列響應
3.3.1 單位序列響應
3.3.2 單位階躍響應
3.4 捲積和
3.4.1 捲積和的定義
3.4.2 捲積和的圖示
3.4.3 捲積和的性質
3.4.4 離散係統零狀態響應
本章小結
本章習題

第4章 連續係統的頻域分析
4.1 信號的正交分解
4.1.1 矢量的正交分解
4.1.2 信號的相關性
4.1.3 正交函數集
4.1.4 信號的正交分解
4.2 傅裏葉級數
4.2.1 傅裏葉級數的三角形式
4.2.2 奇函數、偶函數的傅裏葉係數
……
第5章 連續係統的s域分析
第6章 Z變換
第7章 係統函數
附錄
參考文獻

前言/序言

信號與係統 麵嚮普通高等教育電子信息類“十二五”規劃教材 引言 在當今飛速發展的電子信息時代，對信號與係統的深入理解是電子信息類專業人纔培養的核心基礎。信號作為信息的載體，其産生、傳輸、處理與分析是構成一切電子信息係統的基石；而係統則是實現特定信號處理功能的載體。本教材《信號與係統》旨在為普通高等教育電子信息類專業的學生構建一個堅實而係統的知識框架，幫助他們掌握信號與係統的基本理論、分析方法和工程應用。 本教材的編寫遵循“十二五”國傢高等教育規劃教材的指導思想，注重理論的嚴謹性、內容的係統性、方法的通用性以及教學的有效性。我們力求在繼承經典信號與係統理論精髓的基礎上，融入近年來學科發展的新成果和新趨勢，強調理論與實踐相結閤，為學生未來的學習和科研打下堅實基礎。 教材內容概述 本教材共分為十五章，從基礎概念入手，逐步深入到更復雜的信號和係統分析方法，並最終引嚮實際應用。 第一部分：基礎理論與初步分析 第一章：信號與係統概述 本章首先定義瞭信號的內涵及其分類，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，偶信號與奇信號，能量信號與功率信號等。 接著，引入瞭係統的概念，解釋瞭係統的輸入-輸齣關係，並對係統的基本性質進行瞭分類，如綫性與非綫性，時不變與時變，因果性與非因果性，穩定性與非穩定性。 通過對這些基本概念的清晰界定，為後續章節的學習奠定基礎，使學生對信號與係統的研究對象有一個初步而全麵的認識。 同時，本章也介紹瞭信號和係統在各個工程領域中的廣泛應用，激發學生的學習興趣。 第二章：連續時間信號的分析 本章聚焦於連續時間信號的深入分析。我們從信號的分解入手，詳細介紹瞭指數信號、正弦信號、單位階躍信號、單位衝激信號以及它們之間的關係。 重點講解瞭信號的捲積運算，這是分析綫性時不變係統（LTI係統）的核心工具。通過對捲積的深入理解，學生能夠掌握係統對任意輸入信號的響應。 此外，還引入瞭信號的傅裏葉級數和傅裏葉變換，它們是分析周期和非周期信號頻譜特性的強大工具。學生將學習如何將信號分解為不同頻率的正弦分量，從而揭示信號的頻率內容。 本章還涉及瞭傅裏葉變換的一些重要性質，如綫性、時移、頻移、捲積性質等，為後續的係統分析提供瞭重要的數學工具。 第三章：連續時間係統的分析 本章將第二章介紹的信號分析方法應用於連續時間係統。 我們重點分析瞭綫性時不變（LTI）係統，並闡述瞭其核心特性——通過衝激響應來完全描述係統。 詳細講解瞭利用捲積來求解LTI係統的零輸入響應和零狀態響應，從而得到係統的全響應。 引入瞭微分方程的求解方法，作為描述和分析連續時間LTI係統的另一種重要途徑。 此外，本章還探討瞭LTI係統的頻率響應，即係統對不同頻率信號的放大和相移特性，這對於濾波器設計等應用至關重要。 第四章：拉普拉斯變換及其應用 拉普拉斯變換是傅裏葉變換的推廣，它能夠處理更廣泛的信號，特彆是那些非周期但可能包含指數增長成分的信號，並且可以方便地進行係統分析。 本章詳細介紹瞭單邊和雙邊拉普拉斯變換的定義、收斂域（ROC）的概念及其重要性。 推導並講解瞭拉普拉斯變換的各種性質，如綫性、時移、頻移、微分、積分、捲積等。 重點闡述瞭利用拉普拉斯變換來分析連續時間LTI係統，包括求解微分方程、分析係統函數、判斷係統穩定性以及求解零輸入和零狀態響應。 通過分析係統函數（傳遞函數），學生可以更直觀地理解係統的動態特性。 第五章：連續時間傅裏葉變換和傅裏葉級數在係統分析中的應用 本章將前幾章的理論知識進行整閤，重點關注連續時間傅裏葉變換和傅裏葉級數在係統分析中的具體應用。 我們通過大量實例，展示如何利用傅裏葉變換來分析係統的頻率特性，例如計算係統的幅度響應和相位響應。 講解瞭如何利用傅裏葉變換來求解LTI係統的輸齣信號，特彆是在傅裏葉域進行捲積運算，簡化瞭計算過程。 還討論瞭理想低通、高通、帶通濾波器等經典濾波器的頻率響應特性，並介紹瞭它們在信號處理中的作用。 第二部分：離散時間信號與係統 第六章：離散時間信號的分析 本章將信號分析的範圍擴展到離散時間信號。 我們定義瞭離散時間信號的分類，包括周期與非周期，能量與功率，偶與奇。 詳細介紹瞭離散時間信號的基本單元，如單位階躍序列、單位衝激序列，以及它們與連續時間對應物的關係。 講解瞭離散時間信號的捲積運算，這是分析離散時間LTI係統的核心。 引入瞭離散時間傅裏葉級數（DTFS）和離散時間傅裏葉變換（DTFT），它們用於分析周期和非周期離散時間信號的頻譜。 第七章：離散時間係統的分析 本章聚焦於離散時間係統的分析。 重點研究瞭離散時間綫性時不變（LTI）係統，並闡述瞭其通過脈衝響應（或稱為單位抽樣響應）來完全描述的特性。 詳細講解瞭利用捲積來求解離散時間LTI係統的零輸入響應和零狀態響應，從而得到係統的全響應。 引入瞭差分方程的求解方法，作為描述和分析離散時間LTI係統的另一種重要途徑。 此外，本章還探討瞭離散時間LTI係統的頻率響應，即係統對不同頻率離散信號的放大和相移特性。 第八章：Z變換及其應用 Z變換是拉普拉斯變換在離散時間係統中的對應物，是分析離散時間LTI係統的強大工具。 本章詳細介紹瞭Z變換的定義、收斂域（ROC）的概念及其重要性。 推導並講解瞭Z變換的各種性質，如綫性、時移、尺度變換、差分、纍加、捲積等。 重點闡述瞭利用Z變換來分析離散時間LTI係統，包括求解差分方程、分析係統函數（傳遞函數）、判斷係統穩定性以及求解零輸入和零狀態響應。 第九章：離散時間傅裏葉變換和傅裏葉級數在係統分析中的應用 本章整閤離散時間信號與係統分析的知識，重點關注離散時間傅裏葉變換（DTFT）和離散時間傅裏葉級數（DTFS）在係統分析中的實際應用。 通過大量實例，展示如何利用DTFT來分析離散時間係統的頻率特性，如計算係統的幅度響應和相位響應。 講解瞭如何利用DTFT來求解離散時間LTI係統的輸齣信號，尤其是在DTFT域進行捲積運算，簡化計算。 討論瞭離散時間濾波器，如FIR和IIR濾波器，以及它們在信號處理中的作用。 第三部分：高級主題與綜閤應用 第十章：捲積和相關 本章對捲積運算進行更深入的探討，它不僅是LTI係統分析的基礎，也在許多其他信號處理領域有著重要應用。 詳細分析瞭連續時間信號和離散時間信號的捲積性質，以及它們的計算方法。 引入瞭相關（Correlation）的概念，並闡述瞭它與捲積的聯係和區彆。 討論瞭捲積和相關在匹配濾波、信號檢測、模式識彆等方麵的應用。 第十一章：係統函數和框圖錶示 本章專注於係統函數的進一步分析，它是一個抽象但極其重要的概念，能夠完整地描述LTI係統的特性。 詳細講解瞭如何從微分方程和差分方程中提取係統函數。 介紹瞭零、極點概念及其與係統穩定性和頻率響應的關係。 引入瞭係統框圖錶示法，包括串聯、並聯和反饋連接，以及如何利用這些結構來分析復雜係統的整體行為。 討論瞭係統函數在係統設計和分析中的重要作用。 第十二章：傅裏葉變換傢族：DFS、DFT和FFT 本章將討論更實用的傅裏葉變換形式，特彆是在數字信號處理（DSP）中廣泛應用的離散傅裏葉變換（DFT）。 介紹瞭離散傅裏葉級數（DFS），它是對周期離散信號進行頻譜分析的工具。 詳細講解瞭離散傅裏葉變換（DFT）的定義、性質以及與DTFT的關係。 著重介紹瞭快速傅裏葉變換（FFT）算法，它大大提高瞭DFT的計算效率，使得傅裏葉分析在實際應用中成為可能。 討論瞭FFT在頻譜分析、濾波、調製解調等數字信號處理中的應用。 第十三章：采樣理論 采樣是將連續時間信號轉換為離散時間信號的關鍵步驟，是數字信號處理的基礎。 本章詳細闡述瞭采樣定理（Nyquist-Shannon采樣定理），解釋瞭奈奎斯特率的概念及其重要性。 深入分析瞭欠采樣和過采樣可能帶來的問題，如混疊（Aliasing）現象，並給齣瞭避免混疊的措施。 講解瞭理想采樣、自然采樣、平頂采樣等不同采樣方式的特點。 討論瞭采樣理論在模擬信號數字化過程中的核心作用。 第十四章：綫性調頻（LFM）信號與綫性調頻（LFM）係統 本章引入瞭綫性調頻（LFM）信號，它是一種在雷達、通信等領域廣泛應用的信號。 詳細介紹瞭LFM信號的産生、特性以及其在時域和頻域的錶現。 講解瞭LFM係統（例如匹配濾波器）如何對LFM信號進行處理，實現信號的壓縮和檢測。 討論瞭LFM信號與LFM係統在實際應用中的原理和優勢。 第十五章：信號與係統在通信和控製係統中的應用 本章是對前麵所學知識的綜閤應用，展示信號與係統理論在實際工程領域中的重要性。 通信係統應用： 講解瞭如何運用信號與係統理論分析和設計各種通信係統，包括信號的調製與解調（AM, FM, PSK, QAM等）、信道模型、噪聲對信號的影響以及抗噪聲技術。通過分析通信鏈路中的信號傳輸和處理過程，理解信息如何在不同環節中被編碼、傳輸和解碼。 控製係統應用： 闡述瞭如何利用信號與係統理論來分析和設計反饋控製係統。講解瞭傳遞函數、閉環係統穩定性分析（如奈奎斯特判據、根軌跡法）、係統響應（瞬態響應和穩態響應）等概念。通過分析控製係統的輸入-輸齣關係，理解如何通過調整係統參數來達到期望的控製目標。 本章強調瞭信號與係統作為連接基礎理論與工程實踐的橋梁作用。 總結 本教材《信號與係統》力求以清晰的邏輯、嚴謹的數學推導和豐富的實例，引導學生掌握信號與係統的基本概念、分析方法和工程應用。通過學習本書，學生將能夠： 1. 理解信號與係統的基本概念和性質： 能夠區分不同類型的信號，理解係統的基本特性，並能分析綫性時不變係統的特點。 2. 掌握信號的時域和頻域分析方法： 熟練運用傅裏葉級數、傅裏葉變換、拉普拉斯變換、Z變換等工具對信號進行分析，揭示其內在規律。 3. 能夠分析和設計綫性時不變係統： 掌握利用捲積、係統函數、微分方程/差分方程等方法來分析LTI係統的響應，並能評估係統的穩定性。 4. 理解采樣理論的核心原理： 掌握連續信號到離散信號轉換的關鍵，理解混疊等現象並學會避免。 5. 認識信號與係統在通信和控製等領域的應用： 為進一步學習專業課程奠定堅實基礎，為解決實際工程問題提供理論支撐。 我們希望本書能夠成為電子信息類專業學生學習信號與係統的良師益友，幫助他們深入理解現代電子信息技術的基石，並為他們在未來的學習和職業生涯中取得成功提供有力的支持。