应用型本科“十二五”规划教材·电子信息类：信号与系统分析实验指导书（MATLAB版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　《应用型本科“十二五”规划教材·电子信息类：信号与系统分析实验指导书（MATLAB版）》是与“信号与系统”课程的理论教材《信号与系统分析》（徐亚宁、李和编著，西安电子科技大学出版社，2012年）一书相配套的计算机仿真实验课程指导书。本书的实验内容与教材的理论同步，全面系统地介绍了应用MATLAB对信号与系统进行分析的具体方法，包括MATLAB程序入门和基础应用、连续时间信号的分析、连续时间系统的时域分析、连续时间系统的频域分析、连续时间系统的复频域分析、离散时间信号与系统的时域分析、离散时间系统的z域分析、连续信号的采样与恢复等内容，同时还附有理论教材中各章的部分上机练习参考程序。
　　《应用型本科“十二五”规划教材·电子信息类：信号与系统分析实验指导书（MATLAB版）》内容叙述清楚、深入浅出、言简意赅、实践性强，所有应用实例均通过MATLAB上机调试。
　　《应用型本科“十二五”规划教材·电子信息类：信号与系统分析实验指导书（MATLAB版）》可作为应用型本科院校的通信工程、电子信息工程、自动化、测控技术与仪器等专业学生的实验教材，也可供相关工程技术人员参考。

内页插图

目录

实验一 MATLAB程序设计入门和基础应用
一、实验目的
二、MATLAB软件介绍
三、MATLAB软件的基本操作
四、基本实验内容及程序示例
五、扩展实验内容
六、实验报告要求

实验二 连续时间信号的分析
一、实验目的
二、实验原理
三、程序示例
四、基本实验内容
五、扩展实验内容
六、实验报告要求

实验三 连续时间系统的时域分析
一、实验目的
二、实验原理
三、程序示例
四、基本实验内容
五、扩展实验内容
六、实验报告要求

实验四 连续时间系统的频域分析
一、实验目的
二、实验原理
三、程序示例
四、基本实验内容
五、扩展实验内容
六、实验报告要求

实验五 连续时间系统的复频域分析
一、实验目的
二、实验原理
三、程序示例
四、基本实验内容
五、扩展实验内容
六、实验报告要求

实验六 离散时间信号与系统的时域分析
一、实验目的
二、实验原理
三、程序示例
四、基本实验内容
五、扩展实验内容
六、实验报告要求

实验七 离散时间系统的z域分析
一、实验目的
二、实验原理
三、程序示例
四、基本实验内容
五、扩展实验内容
六、实验报告要求

实验八 连续信号的采样与恢复
一、实验目的
二、实验原理
三、程序示例
四、基本实验内容
五、扩展实验内容
六、实验报告要求

附录A MATLAB主要命令函数表
附录B 教材中部分上机练习的参考程序
参考文献

前言/序言

应用型本科“十二五”规划教材·电子信息类：信号与系统分析实验指导书（MATLAB版） 内容简介 本书是应用型本科“十二五”规划教材电子信息类系列之一，专为电子信息工程、通信工程、自动化等相关专业本科生设计，旨在通过实践操作，深入理解和掌握信号与系统分析的核心理论与方法。本书充分利用MATLAB强大的数值计算和可视化能力，将理论知识与实验技能紧密结合，帮助学生构建扎实的信号与系统分析基础，为后续专业课程的学习和未来的工程实践奠定坚实的基础。 教材定位与特色 在当前高等教育改革的浪潮中，应用型本科教育更加注重培养学生的实践能力和创新精神。“十二五”规划对应用型本科教育提出了明确的要求，强调理论与实践的紧密结合，以适应社会经济发展对高素质应用型人才的需求。本书正是紧密围绕这一教育理念而编写，其核心特色在于： 1. 理论与实践的深度融合： 不同于传统的理论教材，本书将理论知识分解为一系列精心设计的实验项目。每个实验项目都紧扣理论概念，通过MATLAB的模拟仿真，让学生亲身经历信号的生成、变换、分析和系统响应的求解过程。这种“做中学，学中做”的学习模式，能够显著提升学生的理解深度和知识的迁移运用能力。 2. MATLAB的强大支持： MATLAB是当今科学计算和工程仿真领域最广泛使用的平台之一。本书充分发挥MATLAB在信号处理、系统建模、数据可视化等方面的优势，提供大量实用的M语言函数和脚本，使学生能够高效地完成复杂的计算和分析任务，并直观地观察实验结果。使用MATLAB，学生不仅能学习信号与系统的理论，更能掌握一种强大的工程工具。 3. 实验设计的系统性与完整性： 本书的实验内容涵盖了信号与系统分析的经典和核心主题，从基本的信号表示、傅里叶分析，到卷积、Z变换、系统稳定性分析等，力求做到体系完整。实验项目的设置由浅入深，循序渐进，从基础的信号产生和波形观察，到复杂的系统建模和响应分析，逐步引导学生掌握高级的分析技术。 4. 面向应用型本科的教学需求： 本书的编写高度契合应用型本科的培养目标。它不仅仅是知识的传授，更是能力的培养。通过解决实际工程中常见的信号与系统问题，如滤波、调制解调、系统辨识等，学生能够培养解决实际工程问题的能力，为毕业后直接从事技术研发、系统设计和维护等工作做好准备。 5. 清晰的实验指导与输出要求： 针对每个实验项目，本书都提供了清晰的操作步骤、详细的MATLAB代码示例、以及对实验结果的预期分析。同时，本书还明确了实验报告的撰写要求，引导学生进行规范的实验记录、数据分析和结果总结，训练学生的科学报告写作能力。 本书的章节安排与主要内容 本书主体内容围绕信号与系统分析的核心理论展开，共包含多个精心设计的实验模块。以下为本书主要章节及其涵盖的内容概述： 第一部分：基础信号与系统分析 实验一：基本信号的产生与表示 目标： 熟悉MATLAB基本操作，掌握单位冲激信号、单位阶跃信号、指数信号、正弦信号等基本信号的生成和可视化。 内容： 学习MATLAB的向量和矩阵运算，掌握`zeros()`, `ones()`, `linspace()`, `cos()`, `sin()`, `exp()`等函数的使用。通过绘制不同参数下的信号波形，理解信号的幅度、频率、相位、起始时间等参数对信号形态的影响。例如，生成并观察不同频率和幅度的正弦波，理解其周期性和幅度特性；生成离散时间信号，理解采样点和采样间隔的概念。 实验二：信号的运算与变换 目标： 掌握信号的基本运算，如加法、乘法、翻转、移位、伸缩等，并理解这些运算在信号处理中的物理意义。 内容： 通过MATLAB编程实现信号的翻转（如`x(-t)`或`x[-n]`），延时与预移（如`x(t-t0)`或`x[n-n0]`），时间伸缩（如`x(at)`或`x[an]`）。例如，比较信号`x(t)`与其移位版本`x(t-2)`的差异，观察信号翻转后的形态变化。学习如何利用MATLAB对连续时间信号进行离散化表示和处理。 实验三：卷积运算与系统响应 目标： 深入理解系统的瞬时响应（冲激响应）的概念，掌握线性时不变（LTI）系统卷积运算的原理和MATLAB实现方法，并分析系统的零状态响应。 内容： 讲解连续时间信号的卷积积分和离散时间信号的卷积和。在MATLAB中，通过数值积分或求和的方式实现卷积运算。设计简单的LTI系统，如RC电路或一阶/二阶差分方程系统，计算其瞬时响应`h(t)`或`h[n]`。然后，利用卷积运算计算系统对任意输入信号`x(t)`或`x[n]`的零状态响应`y(t)`或`y[n]`。对比理论计算与MATLAB仿真结果。 第二部分：傅里叶分析与应用 实验四：傅里叶级数与傅里叶变换 目标： 理解周期信号的傅里叶级数表示和非周期信号的傅里叶变换，掌握其频谱特性，并学会使用MATLAB进行傅里叶分析。 内容： 学习傅里叶级数的指数形式和三角形式。在MATLAB中，通过数值方法计算周期信号的傅里叶级数系数，并绘制幅谱和相谱。观察不同周期信号（如方波、锯齿波）的频谱特性，理解高次谐波的影响。学习傅里叶变换的定义，理解其在频域的意义。在MATLAB中，利用`fft()`函数（离散傅里叶变换）来近似计算连续信号的傅里叶变换，观察信号的频谱。 实验五：傅里叶变换的应用——滤波 目标： 理解滤波的基本概念，掌握低通、高通、带通、带阻滤波器的频率响应特性，并利用傅里叶变换实现信号的滤波。 内容： 介绍理想滤波器和实际滤波器的频率响应。在MATLAB中，设计不同类型的滤波器（例如，通过设置滤波器频率响应的幅值），然后将输入信号与其进行频域相乘（在MATLAB中通常是先进行FFT，相乘，再进行IFFT）。观察滤波后信号的波形和频谱，分析滤波效果。例如，对带有噪声的信号进行低通滤波，观察噪声被抑制的情况。 实验六：拉普拉斯变换与系统分析 目标： 掌握拉普拉斯变换在分析连续时间LTI系统中的作用，理解系统函数`H(s)`的意义，并分析系统的稳定性、因果性。 内容： 介绍拉普拉斯变换的基本性质和常见信号的拉普拉斯变换对。重点学习系统函数`H(s)`的概念。在MATLAB中，利用符号计算工具箱（Symbolic Math Toolbox）或数值方法，计算系统函数，分析其极点和零点位置，从而判断系统的稳定性。例如，对于给定的传递函数，计算其极点，并根据极点位置与s平面虚轴的关系来判断系统的稳定性。 第三部分：Z变换与离散时间系统分析 实验七：Z变换与离散时间系统分析 目标： 掌握Z变换在分析离散时间LTI系统中的作用，理解系统函数`H(z)`的意义，并分析系统的稳定性、因果性。 内容： 介绍Z变换的基本性质和常见序列的Z变换对。重点学习离散时间系统函数`H(z)`的概念，通常表示为差分方程的传递函数。在MATLAB中，利用符号计算工具箱或数值方法，计算系统函数，分析其单位圆上的极点和零点位置，从而判断系统的稳定性。例如，对于一个差分方程，求解其系统函数，并绘制单位圆上的零极点图。 实验八：离散时间系统分析与仿真 目标： 运用Z变换的理论，通过MATLAB实现对离散时间LTI系统的动态响应进行仿真，包括瞬时响应、阶跃响应等。 内容： 学习如何根据差分方程编写MATLAB代码，模拟系统的输出。使用`filter()`函数或自定义函数，输入不同的激励信号，观察系统的输出响应。分析不同系统参数对系统响应的影响，例如，改变差分方程的系数，观察系统的稳定性以及响应的快慢。 第四部分：进阶主题与应用 实验九：采样与恢复 目标： 理解采样定理，掌握采样和信号恢复的基本原理，并学习在MATLAB中进行仿真。 内容： 模拟对连续时间信号进行不同采样率的采样，观察采样后离散信号的波形。理解奈奎斯特定理，并演示欠采样时产生的混叠现象。学习如何通过插值（如零阶保持、线性插值）对采样后的信号进行一定程度的恢复，并分析恢复的精度。 实验十：调制与解调基础 目标： 理解幅度调制（AM）和频率调制（FM）的基本原理，并在MATLAB中进行仿真。 内容： 学习AM和FM信号的数学表达式。在MATLAB中，生成不同类型的调制信号，并观察其波形。模拟解调过程，并分析解调信号的质量。这部分内容为后续的通信原理课程打下基础。 实验十一：系统辨识简介（可选） 目标： 了解系统辨识的基本思想，即如何从输入输出数据中估计系统的模型参数。 内容： 介绍系统辨识的基本概念，例如，对于一个已知的系统模型（如一个差分方程），如何通过测量其输入和输出数据来估计其系数。在MATLAB中，可以简单演示一个基于最小二乘法的模型参数估计过程，使得仿真结果尽可能接近实际观测数据。 实验报告与评估 本书的每个实验都附有详细的实验要求，包括： 1. 实验目的： 明确每个实验需要掌握的理论知识和实验技能。 2. 实验原理： 简要回顾相关的理论概念。 3. 实验步骤： 清晰列出实验操作的具体流程。 4. MATLAB程序： 提供关键的MATLAB代码示例，并引导学生理解和修改。 5. 实验数据与分析： 要求学生记录实验数据，绘制图表，并对结果进行分析和解释。 6. 思考题： 提出一些拓展性的问题，引导学生深入思考。 最终，学生需要按照规范格式撰写实验报告，包含以上内容，并提交指导教师进行评估。实验报告的质量将是评估学生学习成果的重要依据。 适用对象 本书适用于全国各类应用型本科院校的电子信息工程、通信工程、自动化、电气工程及其相关专业的学生，是作为“信号与系统”或“信号与系统分析”课程配套实验教材的理想选择。同时，对于相关专业的专科生、研究生，以及从事信号处理、通信系统、自动控制等领域工作的工程师，本书也具有重要的参考价值。 结语 通过本书的实验学习，学生将能够深刻理解信号与系统的核心概念，熟练掌握MATLAB在信号与系统分析中的应用，培养解决实际工程问题的能力，为成为一名优秀的电子信息类工程师打下坚实的基础。本书的出版，旨在响应国家对应用型人才培养的需求，推动电子信息类专业教育的实践教学改革。