信号与线性系统分析/普通高等教育“十二五”创新型规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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内容简介

　　《信号与线性系统分析/普通高等教育“十二五”创新型规划教材》系统介绍信号与线性时不变系统的基本概念、基本原理和分析方法。全书共6章，内容主要包括：信号与系统概论、信号与线性时不变系统的时域分析、信号与系统的频域分析、连续信号与系统的复频域分析、Z变换与系统的复频域分析、系统的状态变量分析法。为了便于信号与系统的分析，书中还介绍了MATLAB仿真软件及典型应用实例。
　　《信号与线性系统分析/普通高等教育“十二五”创新型规划教材》将“连续时间信号与系统”和“离散时间信号与系统”融为一体，注重知识结构的对称性和统一性。内容按先输入-输出法后状态变量法，先时域法后频域法与变换域法，先信号分析后系统分析的顺序，同时充分利用连续、离散信号与系统的对偶或类比关系，并结合电子与通信系统中的一般问题，较全面地介绍信号与线性系统的基本分析方法，体现了课程内容的基础性要求和应用性的特点。
　　《信号与线性系统分析/普通高等教育“十二五”创新型规划教材》可作为高等院校信息与通信工程、自动化、计算机科学与技术等理工科专业的本科生教材，也可供相关专业科技人员阅读参考。

内页插图

目录

第1章 信号与系统概论
1.1 信号的基本概念
1.1.1 信号的定义与描述
1.1.2 信号的分类
1.2 常见的基本信号
1.2.1 直流信号
1.2.2 正弦信号
1.2.3 指数信号
1.2.4 抽样信号
1.2.5 奇异信号
1.3 信号的基本运算
1.3.1 信号的相加与相乘
1.3.2 连续信号的积分与微分
1.3.3 离散时间信号的差分和累加
1.3.4 信号的反褶、平移和压扩
1.4 系统的概念与特性
1.4.1 系统的定义
1.4.2 系统的描述
1.4.3 系统特性
1.5 线性时不变系统
1.5.1 线性时不变系统数学描述及其特性
1.5.2 系统的方框图和流图表示
1.6 信号与线性时不变系统分析方法概述
1.7 MATLAB实现信号运算与尺度变换
本章小结
习题

第2章 信号与线性时不变系统的时域分析
2.1 确定信号的时域分解
2.1.1 信号分解为直流分量和交流分量
2.1.2 信号分解为实部分量和虚部分量
2.1.3 信号分解为共轭对称和共轭反对称
2.1.4 信号分解成冲激函数之和
2.1.5 信号正交分解
2.2 信号的相关分析
2.2.1 信号的相关函数
2.2.2 相关函数的性质
2.3 线性时不变系统微分（差分）方程分析
2.3.1 微分（差分）方程的经典解法
2.3.2 微分（差分）方程的零输入零状态响应
2.4 线性时不变系统的冲激响应分析
2.4.1 连续线性时不变系统的单位冲激响应
2.4.2 离散线性时不变系统的单位脉冲响应
2.4.3 线性时不变系统的阶跃响应
2.5 线性时不变系统响应的卷积表示及卷积计算
2.5.1 离散时间LTI系统的卷积和表示
2.5.2 卷积和的计算
2.5.3 连续时间LTI系统的卷积积分表示
2.5.4 卷积积分的计算
2.5.5 卷积的性质
2.6 冲激响应描述LTI系统的性质
2.7 MATLAB实现信号与系统的时域分析
2.7.1 MATLAB实现信号的卷积和相关
2.7.2 MATLAB求LTI系统的零状态响应
本章小结
习题

第3章 信号与系统的频域分析
3.1 连续时间周期信号的傅里叶级数及其频谱
3.1.1 周期信号的傅里叶三角级数展开式
3.1.2 周期信号的傅里叶复指数函数展开式
3.1.3 连续周期信号的频谱和功率谱
3.1.4 吉伯斯(Gibbs)现象与有限项傅里叶级数
3.2 连续时间非周期信号频谱——傅里叶变换
3.2.1 从傅里叶级数到傅里叶变换
3.2.2 常见基本信号的频谱
3.3 连续时间傅里叶变换的性质
3.3.1 线性
3.3.2 （共轭）对称性
3.3.3 对偶性
3.3.4 尺度变换
……
第4章 连续信号与系统的复频域分析
第5章 Z变换与系统的复频域分析
第6章 系统的状态变量分析法

前言/序言

《探索时间与空间的奥秘：信号、系统与它们的交互之美》 在这纷繁复杂的世界中，我们无时无刻不被各种各样的信息所包围。从清晨的第一缕阳光，到夜晚的星辰闪烁；从耳畔的低语呢喃，到交响乐的磅礴乐章；从最简单的触碰，到最复杂的脑电波活动——这一切，都以“信号”的形式存在，传递着意义，构成了我们认知世界的基础。而这些信号，并非孤立存在，它们在经历了特定的“系统”处理后，会发生转化，展现出更加丰富和深刻的内涵。 本书，《探索时间与空间的奥秘：信号、系统与它们的交互之美》，正是致力于揭示信号与系统之间那令人着迷的相互作用，以及这种交互如何深刻地塑造着我们所感知和理解的世界。我们并非仅仅聚焦于枯燥的数学公式和抽象的概念，而是力图引领读者，穿越时空的维度，理解信号的本质，洞察系统的运作，并在它们交织的网格中，发现支配自然界和社会运行的普适规律。 第一篇：信号的语言——信息的载体 想象一下，宇宙万物都在用一种特殊的语言进行着无声的对话。这种语言，便是信号。在本书的第一篇中，我们将深入浅出地探究信号的“语法”和“词汇”。 时域的描绘： 我们首先会从最直观的“时域”出发，描绘信号随时间变化的轨迹。无论是瞬息万变的脉冲，还是绵延不绝的正弦波，亦或是更加复杂、难以捉摸的非周期信号，我们将学习如何用精确的数学工具来捕捉它们的形态，理解它们瞬时的振幅、频率和相位等关键属性。我们将认识到，一个简单的声音波形，可以揭示说话者的情绪；一条股票价格曲线，可以反映市场的冷暖。 频域的解析： 信号的本质，往往隐藏在它所包含的“频率成分”之中。在第二章，我们将展开一场“傅里叶变换”的奇妙之旅。我们将学会如何将一个在时域中复杂的信号，分解成一系列简单谐波信号的叠加。这就像是将一首交响乐分解成各个乐器的单独音符，从而更清晰地理解其构成。通过频域的视角，我们将能揭示信号的“频谱”，洞察其内在的周期性，理解高频信号的尖锐与低频信号的平滑，从而在通信、音频处理、图像分析等领域找到突破口。 能量与功率的衡量： 信号不仅仅是形态的描绘，它还承载着能量。在第三章，我们将学习如何量化信号的能量和功率。这对于理解信号的传输效率、噪声的影响至关重要。例如，在无线通信中，信号功率的强弱直接决定了信号的覆盖范围和稳定性；在音频系统中，功率的分配则影响着声音的响度和失真。 周期性与非周期性： 信号可以像永恒的钟摆一样重复出现，也可以如流星般划过天际，转瞬即逝。我们将深入探讨周期信号的数学特性，理解其“基频”和“谐波”的概念，以及傅里叶级数如何巧妙地表达它们。同时，我们也将审视非周期信号，理解它们的“频谱密度”，以及如何利用傅里叶变换来分析它们。 信号的分类与特性： 信号的世界丰富多彩，它们有着各自独特的“性格”。我们将学习如何根据信号的性质，如连续性、离散性、确定性、随机性等对其进行分类，并理解不同类型信号在实际应用中的意义。例如，数字通信中的离散信号，与模拟电路中的连续信号，在处理方式上有着根本的区别。 第二篇：系统的脉搏——信号的塑造者 信号在传输和处理过程中，总是要经历各种各样的“系统”。系统就像是信息的加工厂，它们接收信号，经过内部的运算和转化，输出新的信号。本篇将深入剖析系统的本质，以及它们如何影响信号的特性。 系统的输入输出关系： 任何系统都有一对“输入”和“输出”。我们将学习如何用数学模型来描述这种关系，理解系统的“行为”。例如，一个简单的音量控制器，它的输入是原始音频信号，输出是经过放大或衰减后的音频信号；一个滤波器，它的输入是包含多种频率成分的信号，输出是经过选择性衰减或增强后特定频率成分的信号。 线性系统： 线性系统是系统理论中最基本也是最重要的概念之一。我们将重点研究线性系统的两大特性：齐次性（输入信号的幅度变化，输出信号的幅度也相应变化）和叠加性（多个输入信号的叠加，输出信号是各自输出的叠加）。理解线性系统，是理解更复杂系统的前提。在现实世界中，许多系统在一定条件下可以近似地视为线性系统。 时不变系统： 时不变系统是指系统的特性不随时间而改变。也就是说，无论何时输入相同的信号，系统的输出都将是相同的。我们将学习如何识别和分析时不变系统，理解它在系统行为预测中的重要性。 因果系统： 因果系统是这样一种系统，它的输出只取决于当前的输入和过去的历史输入，而不会受到未来输入的影响。这与我们对现实世界的认知是相符的——事件的发生总是先有原因，后有结果。我们将探讨因果系统在实际应用中的意义，尤其是在实时信号处理中。 卷积：时域的“DNA”： 卷积运算是连接输入信号和系统特性，从而得到输出信号的关键数学工具。我们将深入理解卷积的意义，它描述了系统对输入信号在时间上的“记忆”和“累积”效应。通过卷积，我们可以清晰地看到系统如何“塑造”和“变形”输入信号，例如，声学系统的回声、相机的模糊效果，都可以用卷积来解释。 频率响应：频域的“指纹”： 系统的特性，也可以在频率域进行描述，这便是“频率响应”。我们将学习如何分析系统的频率响应，了解系统对不同频率信号的“偏好”。例如，低通滤波器会允许低频信号通过，而衰减高频信号；带通滤波器则只允许特定频段的信号通过。频率响应是设计各种滤波器、均衡器等信号处理设备的核心依据。 第三篇：从时域到频域的桥梁——傅里叶变换的深度探索 傅里叶变换是连接时域和频域的强大工具，它让我们能够从不同的角度审视信号和系统。本篇将对傅里叶变换进行更深入的剖析，并展示其在分析信号与系统中的关键作用。 连续时间傅里叶变换 (CTFT) 与傅里叶级数： 我们将回顾并深入理解连续时间傅里叶变换的数学原理，以及它如何将任意连续信号分解成无穷多个正弦和余弦分量的叠加。同时，我们将进一步探讨傅里叶级数，理解它如何精确地表示周期信号的频域特性。 离散时间傅里叶变换 (DTFT) 与离散傅里叶变换 (DFT)： 随着数字技术的飞速发展，离散时间信号在实际应用中占据了主导地位。我们将学习离散时间傅里叶变换 (DTFT)，它用于分析离散时间信号的频谱。而当信号在时间和幅度上都被离散化后，我们便需要使用离散傅里叶变换 (DFT)。我们将认识到，DFT 是实际计算频谱的基石，而快速傅里叶变换 (FFT) 算法的出现，更是极大地提高了计算效率，为数字信号处理的发展奠定了基础。 拉普拉斯变换：超越傅里叶的广度： 当信号包含指数增长或衰减的成分时，标准的傅里叶变换可能会失效。这时，拉普拉斯变换便显现出它的威力。拉普拉斯变换能够处理更广泛的信号类型，并且在分析系统稳定性、暂态响应等方面具有独特的优势。我们将学习如何利用拉普拉斯变换来分析系统的动态行为，理解“收敛域”的概念。 Z变换：离散系统的频率域分析： 类似于拉普拉斯变换处理连续时间系统，Z变换是分析离散时间系统的重要工具。它将离散时间信号和系统映射到复平面上的单位圆，从而方便地分析系统的频率响应、稳定性和相位特性。Z变换在数字滤波器设计、控制系统分析等领域有着广泛的应用。 第四篇：系统的应用与展望——从理论到实践 掌握了信号与系统的基本理论后，我们将一起探索它们在现实世界中的广泛应用，并对未来的发展进行展望。 通信系统的基础： 从早期的电报到如今的高速互联网和5G通信，信号与系统的原理无处不在。我们将看到，如何利用调制解调技术，将信息信号转化为适合传输的信号，又如何在接收端将其恢复。滤波器在抑制噪声、选择有用信号方面起着至关重要的作用。 信号处理在生活中的体现： 无论你是在听音乐、看电影，还是在使用手机进行语音通话，你都在与信号处理技术互动。回声消除、降噪技术、图像压缩、人脸识别，这些令人惊叹的功能，都离不开对信号与系统深刻的理解和巧妙的应用。 控制系统的智能： 自动驾驶汽车、智能家居、工业自动化，这些现代科技的基石是控制系统。我们将理解，如何利用系统模型来设计控制器，使系统能够稳定运行，并按照预期的目标工作。Z变换和拉普拉斯变换在分析控制系统的稳定性方面起着关键作用。 医学影像的奥秘： CT扫描、核磁共振 (MRI)，这些诊断疾病的强大工具，其背后都凝聚着信号与系统的智慧。通过对身体发出的微弱信号进行采集、处理和重构，医生得以洞察人体内部的结构和病灶。 人工智能与机器学习的基石： 深度学习模型，本质上可以被视为复杂的、非线性的信号处理系统。对大规模数据的理解和分析，离不开对信号特征的提取、转换和学习。信号与系统的理论，为理解和构建更强大的AI模型提供了基础框架。 未来的探索： 随着科技的不断进步，我们面临着更加复杂和海量的信号。本书的结尾，将带领读者展望信号与系统领域未来的发展方向，例如，在物联网、大数据、量子计算等新兴领域，信号与系统将扮演更加重要的角色，它们将继续驱动着人类社会的创新与进步。 结语 《探索时间与空间的奥秘：信号、系统与它们的交互之美》并非一本仅仅陈列公式的教科书，而是一次邀请读者进行思维探险的旅程。我们期望通过系统性的讲解，清晰的逻辑梳理，以及贴近现实的应用案例，帮助您掌握分析和理解信号与系统的方法，激发您对这一领域的兴趣，并为您在未来的学习和研究中打下坚实的基础。 理解信号与系统，就是理解世界运行的底层逻辑。让我们一起，用智慧的眼睛，去观察、去分析、去创造，去发现隐藏在信息洪流中的规律与美好。