應用型本科高校係列教材·電氣信息類：信號與係統 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

《應用型本科高校係列教材·電氣信息類：信號與係統》主要講述確定性信號的時域與頻域分解，信號通過綫性時不變係統的時域和變換域分析，以及各個部分的MATLAB實踐等內容。全書共分為10章，主要內容包括：信號與係統概述、周期信號的分解、信號的時域分解、連續時間係統的時域分析、離散時間係統的時域分析、信號的頻域分解、連續時間係統的頻域分析、連續時間係統的復頻域分析、離散時間係統的z域分析、係統的狀態變量分析。每章都配有相應的例題與習題，並給齣典型的MATLAB仿真例題。
《應用型本科高校係列教材·電氣信息類：信號與係統》可作為應用型本科院校電氣信息類專業的教材，也可作為普通本科院校相關專業的教材。

內頁插圖

目錄

前言
第1章 信號與係統概述
1.1 信號的描述
1.2 係統的概述
1.3 信號與LTI係統分析方法概述
實驗1 信號的MATLAB錶示
習題1

第2章 周期信號的分解
2.1 信號的正交分解
2.2 周期信號的三角形式傅裏葉級數
2.3 周期信號的指數形式傅裏葉級數
2.4 周期信號的頻譜
實驗2 用MATLAB進行信號的正交變換
習題2

第3章 信號的時域分解
3.1 單位階躍信號
3.2 單位衝激信號
3.3 連續信號的時域分解
3.4 離散時間信號
3.5 離散時間信號的時域分解
3.6 捲積積分
實驗3 用MATLAB進行信號的時域分解
習題3

第4章 連續時間係統的時域分析
4.1 係統微分方程的建立
4.2 零輸入響應的求解
4.3 零狀態響應的求解
4.4 係統的全響應
4.5 衝激響應和階躍響應
4.6 捲積積分
4.7 捲積積分的性質
實驗4 用MATLAB進行連續係統的時域分析
習題4

第5章 離散時間係統的時域分析
5.1 係統差分方程的建立
5.2 零輸入響應和零狀態響應的求解1
5.3 單位序列響應和階躍響應
5.4 捲積和
實驗5 用MATLAB進行離散係統的時域分析
習題5

第6章 連續信號的頻域分解
6.1 傅裏葉變換
6.2 常用信號的傅裏葉變換
6.3 傅裏葉變換的性質
6.4 周期信號的傅裏葉變換
實驗6 用MATLAB進行信號的頻域分析
習題6

第7章 連續時間係統的頻域分析
7.1 係統的頻率響應
7.2 係統的無失真傳輸和濾波
7.3 取樣定理
實驗7 用MATLAB進行連續時間係統的頻域分析
習題7

第8章 連續時間係統的復頻域分析
8.1 拉普拉斯變換
8.2 拉普拉斯變換的性質
8.3 拉普拉斯逆變換
……
第9章 離散時間信號與係統的Z域分析
第10章 係統的狀態變量分析
參考文獻

前言/序言

信號的宇宙：從理論到實踐的奧秘探索 在這紛繁復雜的世界中，我們無時無刻不被各種各樣的信號所包圍。它們是信息的載體，是溝通的橋梁，更是理解世界運行規律的關鍵。從微小的電子脈衝到浩瀚的宇宙電波，信號以韆姿百態的形式存在，它們承載著聲音、圖像、數據，以及更深層次的物理規律。理解這些信號，解析它們的本質，掌握它們的變化規律，是現代科技發展和社會進步的基石。 本書並非探討“應用型本科高校係列教材·電氣信息類：信號與係統”這本書本身，而是旨在引領讀者深入探索“信號與係統”這一廣闊而迷人的領域。我們將一同揭示信號的奧秘，從其基本概念齣發，逐步深入到復雜的係統分析與設計，最終觸及信號處理在現代科技中的廣泛應用。這趟探索之旅，將激發您對電氣信息科學的興趣，培養您分析和解決問題的能力，為您的學術和職業發展奠定堅實的基礎。 第一章：信號的語言——理解與分類 信號，是物理世界信息傳遞的基本單位。在本章中，我們將首先建立對信號的直觀認識。我們會從最基礎的連續時間信號和離散時間信號入手，理解它們在數學模型和物理意義上的差異。例如，連續信號如同平滑流淌的河流，其數值在任何瞬間都有定義；而離散信號則像是按節拍跳動的鼓點，隻在特定時刻纔有數值。我們將學習如何用數學錶達式來描述這些信號，例如正弦波、指數信號、階躍信號、衝激信號等，並理解它們各自的特性。 進一步地，我們會區分周期信號與非周期信號，周期信號的規律性如同日升日落，周而復始；非周期信號則更具隨機性，需要更復雜的工具來分析。我們還會接觸到能量信號與功率信號的概念，這對於理解信號的能量分布和功率消耗至關重要。 為瞭更好地分析信號，我們還將引入信號的分類。這包括模擬信號與數字信號的區分，這是信息時代最核心的兩種信號形態。模擬信號是連續的、模擬物理量的，如同老式收音機的聲音；數字信號則是離散的、量化的，如同我們現在聽到的高清晰度音頻。我們還將瞭解奇信號與偶信號的特性，以及它們的分解方法，這為後續的傅裏葉分析奠定瞭基礎。 第二章：係統的黑箱——輸入、輸齣與變換 係統，是處理和改變信號的“黑箱”。在本章中，我們將聚焦於係統的概念，理解它是如何接收輸入信號並産生輸齣信號的。我們會從最簡單的角度來理解係統，將其視為一個能夠對輸入信號進行某種操作的實體。 我們首先會學習如何描述一個係統。綫性係統是信號處理中最重要的一類係統，我們將在本章中深入探討綫性係統的定義和性質，包括疊加性（齊次性）和時不變性。這些性質使得我們可以用更簡潔、更高效的方法來分析和預測係統的行為。 接下來，我們將介紹係統的分類。因果係統是現實世界中許多係統共有的特性，即係統的輸齣隻取決於當前和過去的輸入，而不受未來輸入的影響。這就像我們不能預知明天會發生什麼來影響今天的決定一樣。 此外，我們還將研究係統的頻率響應。這是理解係統如何處理不同頻率成分的信號的關鍵。一個係統可能對低頻信號“暢通無阻”，而對高頻信號則“嚴加阻攔”，或者反之。這種頻率選擇性是濾波器等許多重要應用的基石。 第三章：時域的脈搏——捲積與差分方程 時域分析是理解係統在時間維度上行為的核心方法。在本章中，我們將深入研究捲積運算，這是綫性時不變係統分析中最 fundamental 的工具之一。通過捲積，我們可以將任意輸入信號錶示成一係列基本信號（如衝激信號）的組閤，然後利用係統的衝激響應來計算係統的輸齣。我們將學習捲積的數學定義，並通過實例來理解其物理意義。 對於離散時間係統，我們還會學習差分方程。差分方程是描述離散時間係統動態行為的數學方程，它將當前的輸齣與過去的輸入和輸齣聯係起來。掌握差分方程的求解方法，可以幫助我們預測和控製離散係統的演變。 我們還將探討係統的穩定性。一個穩定的係統，其輸齣在輸入有界的情況下也是有界的，不會失控。穩定性是評價係統性能的重要指標。 第四章：頻域的和諧——傅裏葉變換的魔力 頻域分析是理解信號的頻率成分以及係統如何處理這些成分的強大工具。本章將聚焦於傅裏葉變換，這是連接時域和頻域的橋梁。我們將學習傅裏葉級數（用於錶示周期信號的頻域分解）和傅裏葉變換（用於錶示非周期信號的頻域分解）。 傅裏葉變換可以將一個復雜的信號分解成一係列不同頻率的正弦和餘弦信號的疊加。這就像是將一首交響樂分解成各個樂器的聲音一樣，讓我們能夠清晰地看到每個頻率成分的強度和相位。我們將理解傅裏葉變換的性質，例如綫性性、時移性、頻移性、捲積定理等，這些性質極大地簡化瞭信號和係統的分析。 此外，我們還將介紹傅裏葉變換在工程中的重要應用，例如頻譜分析、濾波、調製解調等。理解頻域特性，能夠幫助我們更深入地理解信號的本質，以及係統如何“塑造”信號。 第五章：離散世界的樂章——Z變換與離散傅裏葉變換 在數字信號處理時代，離散時間信號和係統占據著核心地位。本章將介紹Z變換，它是離散時間信號和係統分析的有力工具，堪比連續時間係統中的拉普拉斯變換。Z變換能夠將離散時間捲積轉化為代數運算，極大地簡化瞭離散係統的分析。 我們還將深入探討離散傅裏葉變換（DFT）。DFT 是對有限長離散時間信號進行頻譜分析的工具，它是傅裏葉變換在數字信號處理中的直接體現。我們將學習DFT的計算方法，以及其重要的性質。 第六章：隨機的波動——隨機信號與功率譜密度 現實世界中的許多信號，例如通信信號中的噪聲、生物信號等，都具有隨機性。本章將引入隨機信號的概念，並學習如何對其進行統計描述，例如均值、方差、自相關函數等。 我們還將介紹功率譜密度（PSD），它描述瞭隨機信號在不同頻率上的功率分布。PSD 是理解隨機信號特性的關鍵，在通信、雷達、聲學等領域有著廣泛的應用。 第七章：信號的淨化與重塑——濾波器設計 濾波器是信號處理中最常見的應用之一，其作用是從信號中提取所需成分，或者去除不需要的成分。本章將係統地介紹濾波器的基本概念和分類。 我們將區分模擬濾波器和數字濾波器。模擬濾波器通常由電阻、電容、電感等元件構成，而數字濾波器則是在數字計算機上通過算法實現的。 我們還將學習不同類型的濾波器，例如低通濾波器（允許低頻信號通過，阻止高頻信號）、高通濾波器（允許高頻信號通過，阻止低頻信號）、帶通濾波器（允許特定頻段的信號通過）和帶阻濾波器（阻止特定頻段的信號通過）。 本章的重點將放在濾波器設計方法上，包括巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器等經典設計方法，以及FIR（有限衝激響應）和IIR（無限衝激響應）濾波器的設計原理。 第八章：信息的傳遞與蛻變——采樣與量化 數字信號處理的基礎是模擬信號到數字信號的轉換，這個過程主要包括采樣和量化。本章將深入探討這兩個關鍵環節。 采樣是將連續時間信號轉換為離散時間信號的過程。我們將學習奈奎斯特采樣定理，它規定瞭采樣率必須大於信號最高頻率的兩倍，纔能保證信號的無失真恢復。我們還將探討欠采樣和過采樣等技術。 量化是將采樣後的連續值（或離散值）映射到有限個離散值的過程。量化誤差是數字信號處理中不可避免的損耗，我們將討論量化位數對信號保真度的影響。 第九章：信號在現代科技中的身影——應用實例 在本章中，我們將把前麵所學的理論知識與實際應用相結閤，展示信號與係統在各個領域的廣泛應用。 我們會探討通信係統，例如無綫通信、光縴通信，理解信號如何被調製、傳輸、接收和解調。 我們還將關注圖像處理，包括圖像的采集、增強、壓縮和復原，以及人臉識彆、物體檢測等技術。 音頻信號處理也是一個重要的應用領域，我們將瞭解語音識彆、音樂閤成、降噪等技術。 此外，我們還將提及信號與係統在控製係統、醫療儀器、雷達、地震勘探、經濟學建模等領域的應用。 結語 信號與係統，是理解現代科學技術和工程實踐的通用語言。通過對信號的深入分析和對係統的精妙設計，我們得以洞察世界的運行規律，並創造齣解決各種挑戰的先進技術。本書所涵蓋的內容，隻是這個廣闊領域的一瞥。希望這次探索之旅，能夠點燃您對信號與係統領域進一步學習的熱情，為您的未來發展提供堅實的理論基礎和實踐啓迪。