信号与系统学习与解题指导/高等学校“十二五”规划教材·电子与信息工程系列 [Guide to Learning and Problem Solving in Signals and Systems] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　《信号与系统学习与解题指导/高等学校“十二五”规划教材·电子与信息工程系列》是学习信号与系统课程的参考用书。全书共分8章：信号与系统分析的理论基础，连续时间系统的时域分析，连续时间信号与系统的频域分析，连续时间信号与系统的复频域分析，连续信号离散化及恢复，离散信号与系统的时域分析，离散信号与系统的z域分析，系统状态变量分析法。各章内容均包括概念与解题提要和例题分析与解答等两部分，对各例题均给出了详尽的分析与解答。
　　《信号与系统学习与解题指导/高等学校“十二五”规划教材·电子与信息工程系列》可供高等学校有关专业的学生和教师使用，也可作为本门课程的自学参考书。

内页插图

目录

第1章 信号与系统分析的理论基础
概念与解题提要
例题分析与解答

第2章 连续时间系统的时域分析
概念与解题提要
例题分析与解答

第3章 连续时间信号与系统的频域分析
概念与解题提要
例题分析与解答

第4章 连续时间信号与系统的复频域分析
概念与解题提要
例题分析与解答

第5章 连续信号离散化及恢复
概念与解题提要
例题分析与解答

第6章 离散信号与系统的时域分析
概念与解题提要
例题分析与解答

第7章 离散信号与系统的z域分析
概念与解题提要
例题分析与解答

第8章 系统状态变量分析法
概念与解题提要
例题分析与解答

哈尔滨工业大学硕士研究生入学考试试题
2010年试题
2010年试题分析
2011年试题
2011年试题分析
参考文献

前言/序言

信号与系统：理论精粹与应用实践 一、 概述 《信号与系统》是电子信息工程、通信工程、自动化、控制科学与工程等相关专业的核心基础课程。本领域的研究和发展，从根本上依赖于对信号的理解、处理以及系统对信号的响应机制的掌握。信号，作为信息传输和承载的载体，其形式多种多样，可以是声音、图像、电磁波，甚至是经济数据或生物电信号。而系统，则是一个能够对输入信号进行某种变换，并产生输出信号的实体或模型。理解信号与系统之间的相互作用，是构建现代通信网络、设计先进的信号处理算法、开发智能控制系统以及深入研究复杂动态过程的关键。 本教材旨在深入剖析信号与系统的基本概念、核心理论和分析方法，并着重于如何将这些理论知识应用于实际问题的解决。通过清晰的理论阐述、丰富的例证以及精心设计的习题，我们希望能够帮助读者建立起扎实的理论基础，培养解决实际工程问题的能力，为后续专业课程的学习和未来的职业发展打下坚实的地基。 二、 核心内容详解 （一） 信号的表示与分类 本部分将首先介绍信号的基本概念，包括信号的定义、物理意义以及在不同领域中的表现形式。我们将探讨信号的各种表示方法，例如时域表示（函数形式）、频域表示（傅里叶变换）以及复指数表示等，这些不同的表示方式为我们分析和处理信号提供了多角度的视角。 信号的分类是理解信号性质和选择合适分析工具的基础。我们将详细介绍以下几种重要的信号分类： 连续时间信号与离散时间信号： 区分信号的自变量是连续的还是离散的，这直接关系到我们选择分析工具（如连续傅里叶变换或离散傅里叶变换）以及后续的采样理论。 周期信号与非周期信号： 周期信号具有重复性，其频谱具有离散性（傅里叶级数），而非周期信号则需要用傅里叶变换来分析其连续频谱。 能量信号与功率信号： 根据信号的能量或功率是否有限，可以将信号分为能量信号和功率信号，这决定了我们使用何种度量来评估信号的强度，以及在不同应用场景下的适用性。 奇信号与偶信号： 这种对称性分类有助于简化信号的分析，特别是在傅里叶级数展开时，可以大大减少计算量。 奇异信号（如单位阶跃信号、单位冲激信号）： 这些信号虽然在数学上可能存在奇异性，但在信号与系统中扮演着至关重要的角色，它们是描述系统特性、推导卷积积分以及分析系统响应的基石。 （二） 系统的基本概念与分类 本节将引入“系统”这一核心概念，明确系统的输入、输出以及内部变换机制。我们将系统视为一个“黑箱”，研究其对不同信号的响应特性。 系统的分类同样是理解和设计系统的关键： 线性系统与非线性系统： 线性系统满足叠加原理和齐次性，是信号与系统理论中最基本也是最重要的系统类型，许多复杂的非线性系统都可以通过线性近似来处理。 时不变系统与时变系统： 时不变系统意味着系统的特性不随时间改变，这使得我们可以利用卷积定理等工具来分析系统的输出。时变系统则更为复杂，分析方法也更具挑战性。 因果系统与非因果系统： 因果系统是指系统的输出只取决于当前及过去的输入，这在物理世界中的实时系统设计中至关重要。非因果系统在一些离线处理或预测场景中可能出现。 稳定系统与不稳定系统： 稳定系统是指对于有界的输入，其输出也是有界的。系统的稳定性是判断系统能否正常工作的基本要求。 记忆系统与无记忆系统： 记忆系统能够根据过去的输入来决定当前的输出，而无记忆系统则只与当前输入有关。 因果系统与非因果系统： 因果系统是指系统的输出只取决于当前及过去的输入，这在物理世界中的实时系统设计中至关重要。非因果系统在一些离线处理或预测场景中可能出现。 （三） 信号的变换与分析 本部分将深入介绍对信号进行分析和处理的强大工具： 傅里叶级数： 用于表示和分析周期信号的频谱特性，揭示信号由不同频率的正弦波叠加而成。我们将详细讲解指数形式傅里叶级数和三角形式傅里叶级数，以及它们之间的联系。 傅里叶变换： 用于表示和分析非周期信号的频谱特性，将时域信号映射到频域，揭示信号的频率成分以及各频率成分的相对强度。我们将详细介绍傅里叶变换的定义、性质以及在信号分析中的应用。 拉普拉斯变换： 作为傅里叶变换的推广，拉普拉斯变换引入了复频率s，能够处理更广泛的信号，包括指数增长的信号，并且在系统分析中具有更强的优势，特别是在求解微分方程和分析系统稳定性方面。我们将介绍单边拉普拉斯变换和双边拉普拉斯变换，以及它们的收敛域概念。 Z变换： 针对离散时间信号的分析工具，是拉普拉斯变换在离散时间系统中的对应。Z变换能够方便地将差分方程转换为代数方程，是分析和设计离散时间系统（如数字滤波器）的核心工具。我们将介绍Z变换的定义、性质以及收敛域。 （四） 系统的时域分析 卷积： 卷积是描述线性时不变系统输入-输出关系的数学运算。通过输入信号与系统冲激响应的卷积，可以得到系统的输出信号。我们将详细讲解卷积的定义、计算方法（图解法、解析法）以及其在时域分析中的重要性。 冲激响应： 冲激响应是描述线性时不变系统特性的最基本信号，它完全表征了一个系统的行为。掌握如何通过冲激响应分析系统的输出是本章的关键。 （五） 系统的频域分析 频率响应： 描述了线性时不变系统对不同频率正弦信号的幅度和相位的响应。频率响应是系统进行频谱整形、滤波等功能的基础。 奈奎斯特-香农采样定理： 探讨了连续时间信号离散化（采样）时，为了不丢失原始信号信息，采样频率必须满足的条件。这是数字信号处理的核心基础。 （六） 状态空间分析 对于更复杂的系统，特别是在控制理论中，状态空间方法提供了一种更为统一和强大的分析框架。我们将介绍系统的状态向量、状态方程和输出方程，以及如何利用矩阵运算来描述和分析系统的动态行为。状态空间方法能够处理多输入多输出（MIMO）系统，并且在系统设计和优化中具有重要应用。 三、 学习方法与解题指导 本教材不仅提供丰富的理论知识，更注重培养读者的实际解题能力。为此，我们提供以下学习建议： 1. 循序渐进，打牢基础： 信号与系统是一个层层递进的学科，务必理解每个概念的定义和性质，尤其要重视周期信号、非周期信号、线性系统、时不变系统等基本概念。 2. 图文并茂，加深理解： 信号与系统的许多概念都可以通过图形来直观地理解，例如时域波形、频谱图、系统框图等。鼓励读者多绘制图形，将抽象的概念形象化。 3. 勤于练习，熟能生巧： 理论知识的掌握最终体现在解题能力上。教材中的例题和习题是理解和巩固知识的重要途径。建议读者独立完成所有例题，并尝试解答习题，遇到困难时再参考解答。 4. 掌握工具，灵活运用： 熟练掌握傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等数学工具，理解它们之间的联系与区别，并能在不同场景下灵活运用。 5. 联系实际，学以致用： 鼓励读者思考所学知识在实际工程中的应用，例如通信系统中的调制解调、音频处理中的均衡器、图像处理中的滤波器等，这将极大地激发学习兴趣。 四、 目标读者 本教材适用于以下读者： 电子信息工程、通信工程、自动化、控制科学与工程、计算机科学与技术等专业的本科生。 研究生入学考试（如通信工程、电子工程、自动化等专业）的备考者。 从事相关领域工作的工程师及研究人员，希望巩固和更新理论知识。 对信号与系统基础理论感兴趣的自学者。 通过本教材的学习，读者将能够深刻理解信号与系统的基本原理，掌握分析和处理信号与系统的常用方法，为在信息时代浪潮中取得成功奠定坚实的理论基础和实践能力。