信號與係統/應用型本科“十二五”規劃教材·電子信息類 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　《信號與係統/應用型本科“十二五”規劃教材·電子信息類》按照高等工科院校“信號與係統”課程教學基本要求編寫而成。全書共7章，主要內容包括：信號與係統的基本概念；連續信號與係統的時域分析、頻域分析和復頻域分析；離散信號與係統的時域分析和z域分析；係統的狀態變量分析等。
　　每章均附有與內容密切配閤的習題，書末附有習題答案。
　　《信號與係統/應用型本科“十二五”規劃教材·電子信息類》可作為高等工科院校通信工程、電子信息工程、自動化、計算機科學與技術等專業“信號與係統”課程的教材，也可供本學科及其相近學科的工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

第1章 信號與係統的基本概念
1.1 緒言
1.2 信號的描述及其分類
1.2.1 信號的描述
1.2.2 信號的分類
1.3 信號的基本運算
1.3.1 信號的相加與相乘
1.3.2 信號的時移、反摺和尺度變換
1.3.3 信號的微分與積分
1.4 係統的描述及其分類
1.4.1 係統的概念
1.4.2 係統的數學模型
1.4.3 係統的分類
1.5 連續係統的時域模擬
1.5.1 基本運算器
1.5.2 連續係統的模擬框圖
1.6 綫性非時變係統分析方法概述
習題1

第2章 連續信號與係統的時域分析
2.1 衝激函數及其性質
2.1.1 階躍函數和衝激函數
2.1.2 衝激函數的性質
2.1.3 衝激偶及其性質
2.2 係統的衝激響應
2.3 信號的時域分解和捲積積分
2.3.1 信號的時域分解
2.3.2 時域捲積分析法
2.4 捲積的基本計算方法
2.4.1 捲積的函數式計算法
2.4.2 捲積的圖解法
2.5 捲積的性質
2.5.1 捲積的運算性質
2.5.2 與衝激函數或階躍函數的捲積
2.6 連續係統的時域分析
習題2

第3章 連續信號與係統的頻域分析
3.1 周期信號的描述
3.2 周期信號的傅裏葉級數分析
3.2.1 三角函數型傅裏葉級數
3.2.2 指數型傅裏葉級數
3.3 周期信號的頻譜和功率譜
3.3.1 周期信號的單邊頻譜和雙邊頻譜
3.3.2 周期信號的平均功率和功率譜
3.4 非周期信號的頻譜
3.4.1 從傅裏葉級數到傅裏葉變換
3.4.2 頻譜函數F(鯽)的物理意義及其特性
3.4.3 傅裏葉變換的存在性
3.5 典型信號的傅裏葉變換
3.6 傅裏葉變換的性質
3.7 周期信號的傅裏葉變換
3.8 能量譜密度與功率譜密度
3.8.1 能量譜密度
3.8.2 功率譜密度
3.9 連續係統的頻域分析
3.9.1 係統函數H(∞)的定義和傅裏葉變換分析法
3.9.2 係統函數H(∞)的求取
3.9.3 傅裏葉變換分析法舉例
3.10 信號的無失真傳輸和理想低通濾波器
3.10.1 無失真傳輸條件
3.10.2 理想低通濾波器
3.11 取樣定理
3.11.1 時域取樣
3.11.2 時域取樣定理
3.11.3 自然取樣和理想取樣
習題3

第4章 連續信號與係統的復頻域分析法
4.1 拉普拉斯變換
4.1.1 從傅裏葉變換到拉普拉斯變換
4.1.2 拉普拉斯變換的收斂域
4.2 典型信號的拉普拉斯變換
4.3 拉普拉斯變換的性質
4.4 拉普拉斯反變換
4.4.1 部分分式展開法
4.4.2 留數法
4.5 拉普拉斯變換與傅裏葉變換的關係
4.6 係統函數H(s)
4.6.1 係統函數H(s)的定義
4.6.2 係統函數H(s)的求取方法
4.6.3 係統框圖化簡
4.7 連續係統的復頻域分析
4.7.1 微分方程的復頻域解
4.7.2 電路的復頻域分析
4.8 由係統函數的零、極點分布分析係統特性
4.8.1 係統函數的零點與極點概念
4.8.2 由係統函數的零、極點分布確定係統的時域特性
4.8.3 由係統函數的零、極點分布確定係統的頻率響應特性
4.9 連續係統的穩定性
4.9.1 穩定係統的概念
4.9.2 連續係統的穩定準則
4.10 連續係統的信號流圖
4.10.1 連續係統的信號流圖錶示
4.10.2 梅森公式
習題4

第5章 離散信號與係統的時域分析
5.1 離散時間信號及基本運算
5.1.1 離散時間信號的描述
5.1.2 離散信號的一些基本運算
5.1.3 常見的離散信號
5.2 離散係統的數學模型和模擬
5.2.1 離散係統的數學模型——差分方程
5.2.2 離散係統的時域模擬
5.3 離散係統的零輸入響應
5.4 離散係統的零狀態響應
5.4.1 離散信號的時域分解與捲積和
5.4.2 捲積和的計算方法
5.4.3 利用捲積和求零狀態響應
習題5

第6章 離散信號與係統的z域分析
6.1 Z變換
6.1.1 Z變換的定義
6.1.2 Z變換的收斂域
6.1.3 典型離散信號的Z變換
6.2 Z變換的性質
6.3 Z反變換
6.4 Z變換與拉普拉斯變換的關係
6.5 離散係統的z域分析
6.6 係統函數H(z)與係統特性
6.6.1 係統函數H(z)的定義
6.6.2 由係統函數H(z)的極點分布確定係統的時域特性
6.6.3 離散係統穩定性判彆
6.7 離散係統的頻率響應特性
6.8 離散係統的z域模擬和信號流圖
6.8.1 離散係統的z域模擬
6.8.2 離散係統的信號流圖錶示
習題6

第7章 係統的狀態變量分析
7.1 狀態和狀態變量
7.2 連續係統狀態方程的建立
7.2.1 由電路圖建立狀態方程
7.2.2 由係統的輸入一輸齣方程建立狀態方程
7.2.3 由係統模擬框圖或信號流圖建立狀態方程
7.3 離散係統狀態方程的建立
7.4 連續係統狀態方程的復頻域解
7.5 離散係統狀態方程的z域解
習題7
部分習題答案
參考文獻

前言/序言

《現代信號處理原理與實踐》 內容簡介 在信息爆炸的時代，對信號的理解、處理和分析能力已成為各行各業不可或缺的核心技能。從通信網絡中的數據傳輸，到醫學影像的診斷輔助，再到金融市場的趨勢預測，乃至自動駕駛汽車的感知係統，無不依賴於精密的信號處理技術。《現代信號處理原理與實踐》正是這樣一本旨在係統闡述信號處理 foundational 理論，並結閤大量實際應用案例，幫助讀者掌握信號處理的深度知識和實踐技巧的著作。本書特彆適閤電子信息類、自動化、計算機科學、通信工程、生物醫學工程等相關專業的本科生、研究生，以及從事相關技術研發和工程實踐的專業人士閱讀。 本書共分為十一章，循序漸進地引導讀者深入理解信號處理的各個關鍵環節。 第一章：信號與係統基礎 本章將奠定堅實的理論基礎。我們將從最基本的概念齣發，清晰界定信號的種類（連續時間信號與離散時間信號，周期信號與非周期信號，能量信號與功率信號，偶信號與奇信號等）及其數學錶示方法。接著，我們深入探討係統的基本性質，如綫性、時不變性、因果性、穩定性等，並引入描述係統行為的關鍵工具——係統函數和捲積。通過對這些基本概念的透徹理解，讀者將能夠準確地描述和分析各類信號與係統的行為特徵，為後續章節的學習打下牢固的基礎。 第二章：傅裏葉變換及其應用 傅裏葉變換是信號處理領域中最具影響力的工具之一，它揭示瞭信號在頻域的特性。本章將詳細介紹傅裏葉級數和傅裏葉變換的理論，包括連續時間傅裏葉變換（CTFT）、離散時間傅裏葉變換（DTFT）、離散傅裏葉變換（DFT）及其性質。我們將重點講解傅裏葉變換在信號分析中的關鍵作用，例如頻譜分析、信號的濾波和調製解調等。同時，本書還將介紹快速傅裏葉變換（FFT）算法，這是一種極大地提高瞭DFT計算效率的核心算法，並簡要提及FFT在實際中的應用場景。 第三章：拉普拉斯變換與Z變換 拉普拉斯變換是分析連續時間綫性時不變（LTI）係統的強大數學工具，尤其擅長處理非周期信號和係統穩定性問題。本章將係統介紹拉普拉斯變換的定義、性質及其逆變換，並重點講解其在求解微分方程、分析係統零極點、判斷係統穩定性方麵的應用。對於離散時間係統，Z變換是與之相對應的有力工具。本章將詳細闡述Z變換的定義、性質、收斂域（ROC）的概念，以及其在分析離散時間係統、解決差分方程、設計數字濾波器等方麵的應用。拉普拉斯變換與Z變換的結閤，為理解和設計各類連續和離散係統提供瞭完備的理論框架。 第四章：隨機信號與功率譜密度 在許多實際應用場景中，信號並非確定性的，而是具有隨機性的。本章將引入隨機信號的概念，包括隨機變量、隨機過程、均值、自相關函數和互相關函數等關鍵統計特性。我們將深入探討平穩隨機過程的定義及其重要性。核心內容之一將是功率譜密度（PSD）的引入，它描述瞭隨機信號的功率在頻域上的分布，是分析隨機信號頻域特性的關鍵。本章還將介紹如何利用隨機信號的統計特性來設計最優濾波器，以達到在噪聲背景下提取有用信號的目的。 第五章：采樣定理與離散化 將連續時間信號轉化為離散時間信號是數字信號處理的基礎。本章將聚焦於采樣理論，詳細闡述奈奎斯特-香農采樣定理，解釋采樣頻率與信號帶寬之間的關係，以及如何避免混疊現象。我們將討論理想采樣、保持器采樣等不同采樣方式，並分析它們的特點和適用性。同時，本章還將介紹離散化過程中可能遇到的其他問題，如量化誤差，以及如何選擇閤適的采樣和量化參數來保證信號的有效錶示。 第六章：數字濾波器設計 數字濾波器是信號處理中用於選擇性地增強或抑製信號特定頻率分量的關鍵組件。本章將詳細介紹兩種主要的數字濾波器類型：無限衝激響應（IIR）濾波器和有限衝激響應（FIR）濾波器。對於IIR濾波器，我們將介紹巴特沃斯、切比雪夫、橢圓等經典逼近設計方法。對於FIR濾波器，我們將重點講解窗函數法和頻率采樣法等設計技術，並分析兩類濾波器的優缺點及其適用場景。本書將指導讀者如何根據性能要求（如通帶紋波、阻帶衰減、過渡帶寬度等）選擇閤適的設計方法，並給齣具體的設計流程。 第七章：短時傅裏葉變換（STFT）與小波變換 對於非平穩信號，即信號的頻率內容隨時間變化的信號，傳統的傅裏葉變換會丟失時間信息。本章將引入短時傅裏葉變換（STFT），它通過在短時間窗內進行傅裏葉變換來同時獲得信號的時間和頻率信息，適用於分析信號在局部時間段內的頻譜變化。在此基礎上，本章還將介紹更先進的時頻分析工具——小波變換。小波變換能夠提供比STFT更好的時間和頻率分辨率，特彆適閤分析具有瞬態特徵或多尺度特性的信號。我們將介紹連續小波變換和離散小波變換，並探討其在信號去噪、特徵提取、圖像壓縮等方麵的應用。 第八章：自適應濾波 自適應濾波器是一種能夠根據輸入信號的統計特性自動調整其濾波器係數的濾波器。本章將深入介紹自適應濾波器的基本原理，重點講解最常用的兩個自適應算法：最小均方（LMS）算法及其變種（如歸一化LMS）和遞歸最小二乘（RLS）算法。我們將分析這些算法的收斂性、計算復雜度，並探討它們在實際中的各種應用，包括噪聲抵消、迴聲消除、均衡器設計、信道辨識等。通過本章的學習，讀者將能夠理解如何構建和實現能夠動態適應環境變化的信號處理係統。 第九章：多速率信號處理 在許多通信和信號處理係統中，信號的采樣率需要在不同的處理階段進行改變，這就涉及到多速率信號處理。本章將介紹多速率信號處理的基本概念，包括抽取（downsampling）和插值（upsampling），以及它們對信號頻譜的影響。我們將深入探討抽取器和插值器的設計，並介紹多速率信號處理在信號壓縮、信道復用、數據傳輸等方麵的應用。例如，多速率技術是高效實現數字通信係統中不同數據速率信號混閤和分離的關鍵。 第十章：現代通信係統中的信號處理 本章將聚焦於信號處理在現代通信係統中的具體應用，將前幾章介紹的理論知識與實際的通信場景相結閤。我們將討論數字調製解調技術（如ASK、FSK、PSK、QAM等）的原理及其信號處理實現。此外，還將涉及信道編碼與解碼、多址接入技術（如FDMA、TDMA、CDMA、OFDM）中的信號處理挑戰與解決方案。本書將通過分析這些通信係統中的信號處理流程，幫助讀者理解理論知識如何轉化為實際的通信功能。 第十一章：信號處理在其他領域的應用 除瞭通信領域，信號處理技術在眾多其他學科和行業中也發揮著至關重要的作用。本章將拓展視野，介紹信號處理在以下幾個典型領域的應用： 生物醫學工程： 如心電圖（ECG）和腦電圖（EEG）信號的分析與去噪，醫學影像（CT、MRI、超聲）的重建與增強，生物信號的特徵提取與診斷輔助。 圖像與視頻處理： 包括圖像濾波、邊緣檢測、特徵提取、圖像壓縮（如JPEG、MPEG）、視頻編碼與解碼等。 語音信號處理： 如語音識彆、語音閤成、語音增強、聲紋識彆等。 儀器儀錶與控製係統： 傳感器信號的處理與濾波，控製係統中的狀態估計與反饋，以及測量誤差的校正。 金融與經濟領域： 利用信號處理技術對時間序列數據進行分析，例如趨勢預測、異常檢測、波動性分析等。 通過對這些跨學科應用的介紹，本書旨在展示信號處理技術的廣泛性和強大能力，激發讀者將其應用於更廣泛的領域。 本書特色 理論與實踐緊密結閤： 在介紹核心理論的同時，每章都配有豐富的概念性解釋和圖示，並結閤實際應用案例，使讀者能夠更好地理解理論的實際意義。 數學工具全麵： 涵蓋瞭傅裏葉變換、拉普拉斯變換、Z變換、隨機過程等分析和處理信號與係統的必備數學工具。 算法原理深入淺齣： 對關鍵算法，如FFT、LMS、RLS等，進行詳細的原理闡述和推導，幫助讀者掌握其核心思想。 前沿技術介紹： 引入瞭時頻分析（STFT、小波變換）和自適應濾波等現代信號處理的重要技術。 應用領域廣泛： 通過多章的內容，展示瞭信號處理在通信、生物醫學、圖像、語音等多個領域的實際應用，為讀者提供廣闊的視野。 結構清晰，邏輯嚴謹： 全書內容組織閤理，從基礎概念到高級應用，層層遞進，易於讀者理解和掌握。 《現代信號處理原理與實踐》將為讀者提供一個堅實的理論基礎和豐富的實踐經驗，助力其在信息科學與工程領域取得更深入的成就。