信号处理基础/普通高等教育“十一五”规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　《信号处理基础/普通高等教育“十一五”规划教材》是针对电气工程及其自动化等非通信专业本科培养要求编写的，重点突出信号与系统的基础知识和基本方法，内容以讲述信号处理与系统的工程背景和物理意义为主，有少量必要的推导。
　　《信号处理基础/普通高等教育“十一五”规划教材》分为5章。第1章介绍了信号、系统的基本概念和典型信号；第2章介绍了单输入单输出系统的时域分析方法和卷积计算；第3章介绍了各类信号的傅里叶分析理论和采样定理；第4章介绍了离散傅里叶变换及其快速算法原理；第5章介绍了z变换和离散系统的z域分析方法和理论。
　　《信号处理基础/普通高等教育“十一五”规划教材》适合按36～48学时讲授，前期课程应该已经讲授完“微积分方程”和“拉普拉斯变换”以及“傅里叶积分”等内容。
　　《信号处理基础/普通高等教育“十一五”规划教材》可作为强电类信息专业学生的“信号与系统”课程的教材或学习参考书。

内页插图

目录

前言
绪论

第1章 信号与系统的基本概念
1．1 信号的定义
1．2 信号的分类
1．3 周期信号与非周期信号
1．4 能量有限信号与能量无限信号
1．5 常见的典型信号
1．5．1 连续信号
1．5．2 离散信号
1．6 信号的分解
1．6．1 信号的脉冲分解
1．6．2 信号的正交函数分解
1．7 系统
1．7．1 连续时间系统的描述
1．7．2 离散时间系统的描述
1．7．3 系统的基本运算单元
1．8 系统的分类
习题

第2章 单输入单输出系统的时域分析
2．1 概述
2．2 连续系统的时域分析
2．3 离散系统的时域分析
2．4 系统的单位冲激响应与单位样值响应
2．4．1 连续系统的单位冲激响应的求解
2．4．2 离散系统的单位样值响应的求解
2．5 卷积
2．5．1 卷积的计算
2．5．2 卷积的性质
习题

第3章 傅里叶变换
3．1 概述
3．2 信号的傅里叶变换
3．3 傅里叶变换的性质
3．4 卷积定理
3．5 周期信号的傅里叶变换
3．6 抽样信号的傅里叶变换与抽样定理
3．6．1 时域抽样
3．6．2 频域抽样
3．6．3 抽样定理
习题

第4章 离散系统分析和离散傅里叶变换
4．1 离散信号的傅里叶变换
4．2 周期序列的傅里叶级数（DFS）
4．3 离散傅里叶变换（DFT）
4．4 快速傅里叶变换
4．4．1 按时间抽取的FFT算法
4．4．2 按频率抽取的FFT算法
习题

第5章 z变换
5．1 概述
5．2 z变换的定义及其收敛域
5．3 序列z变换的基本特性
5．3．1 有限长序列
5．3．2 右边序列
5．3．3 左边序列
5．3．4 双边序列
5．4 z变换的性质
5．4．1 线性特性
5．4．2 时移特性
5．4．3 z域微分特性
5．4．4 z域尺度变换特性
5．4．5 时域卷积特性
5．4．6 初值定理
5．4．7 终值定理
5．5 典型序列的z变换
5．6 逆z变换
5．6．1 留数定理法
5．6．2 幂级数法
5．6．3 部分分式法
5．7 系统分析
5．8 系统频率响应与系统零极点的关系
习题
参考文献

前言/序言

　　作者讲授“信号与系统”和“数字信号处理”课程已有10多年的时间，多年以来一直有编写本书的冲动，然而限于作者的水平，真正做起来心里仍感觉诚惶诚恐。关于“信号与系统”的教材和专著已有许多，其中不乏优秀之作，它们都是我学习、研究和讲授信号处理理论的主要知识来源，也是在上课时极力向学生推荐的教材和参考书。然而，由于各个学校的培养计划和课程体系有所不同，讲课的内容和顺序也有所不同，每次上课，学生总是要求复印讲义给他们，甚至许多在读研究生也来要讲义，于是决定还是将讲义编写成教材出版。
　　本书是为强电类专业学生“信号与系统”课程编写的教材，之所以取书名为“信号处理基础”，而没有沿用通用的书名“信号与系统”，原因是本书并不完整地包含传统意义上的信号与系统的内容，如拉普拉斯变换、系统的状态空间分析等内容，但包含了部分通常在“数字信号处理”课程中讲授的内容，如快速傅里叶变换等。这样编排教材的目的是使学生通过本课程的学习，能够得到关于信号、系统以及处理理论的一些基本知识，为其以后的深入研究和应用奠定良好的基础。拉普拉斯变换、傅里叶变换、状态分析方法等这些基本数学方法是电气工程领域的科学基础，通常这些内容在“电路原理”、“信号与系统”和“自动控制原理”等课程中都会涉及，以往的教学中每门课程也都有讲授，但都不深入。近年来掀起的教学改革浪潮，大大地缩减了本科课堂教学学时，因此课程教学内容的相互衔接和相互支撑就变得极为重要了。本书是针对国内大多数高校电气工程专业的培养计划而编写的，将拉普拉斯变换重点放在“电路原理”课程中讲解，并在后面的课程适当地复习性讲授，傅里叶变换和z变换重点在“信号与系统”课程中讲解，而状态空间分析方法则主要在“自动控制原理”课程中讲授。经过几年来的教学实践表明，这样的课程衔接是合理的、有效的。
　　编写一本优秀的教材需要很高的学术水平和实践经验，需要花费很大的精力。由于作者的水平限制，要编写一本超越他人的教材是困难的。作者力图在内容论述上具有自己的特色，主要表现在以下几个方面；
　　（1）本书在内容上没有包含诸如拉普拉斯变换这样一些传统的“信号与系统”课程的内容，而包含了部分像快速傅里叶变换这样的“数字信号处理”课程的内容。
　　（2）本书力求简明扼要，篇幅短小，所有例题和讲述不涉及“电路原理”的电路分析理论，可独立于“电路原理”课程讲授。
　　（3）公式、定理的讲述避免烦琐的数学推导，力求从工程背景和物理意义解释其含义，需要了解这些推导的同学可以参考其他书籍自学。
　　本书的编写得到了张占龙、张淮清两位博士的帮助，他们对许多内容提出建议并做了修订工作，李培蓉硕士为本书习题的编撰做了大量工作，在此对他们表示深深的谢意。在本书出版之际，我要特别感谢所有使用本书的同学们，他们的支持才是编写本书的真正动力。

《信号处理基础》 一、 基础理论与数学工具 信号处理的核心在于理解和操作各种形式的信号，而这一切都建立在坚实的数学基础之上。本书从最基本的信号概念入手，阐述了信号的分类（模拟信号与数字信号、周期信号与非周期信号、能量信号与功率信号等），以及对信号进行表征和分析的关键工具。 数学模型： 我们将深入探讨描述信号行为的数学模型，包括但不限于复指数函数、三角函数等，这些模型为后续的信号分析奠定了基础。 傅里叶分析： 傅里叶级数和傅里叶变换是信号处理领域最为重要的工具之一。本书将系统介绍它们的基本原理，包括连续时间傅里叶变换（CTFT）、离散时间傅里叶变换（DTFT）、离散傅里叶变换（DFT）及其性质。我们将通过丰富的实例，帮助读者理解信号的频谱特性，以及如何在时域和频域之间进行转换。 拉普拉斯变换与Z变换： 对于连续时间系统和离散时间系统，拉普拉斯变换和Z变换提供了强大的分析手段。本书将详细介绍这两种变换的定义、性质以及在系统分析中的应用，包括求解系统响应、稳定性分析等。 卷积： 卷积是描述线性时不变（LTI）系统输入输出关系的数学运算，也是信号处理中的核心概念。本书将从多个角度深入讲解卷积的含义、计算方法及其在系统分析中的应用。 二、 离散时间信号与系统 随着数字技术的发展，离散时间信号和系统的处理变得尤为重要。本书将重点介绍这一领域。 离散时间信号的表示： 学习如何表示和处理离散时间信号，包括序列的表示、运算（加、乘、移位等）以及基本离散时间信号（单位冲激序列、单位阶跃序列等）。 离散时间系统： 介绍离散时间系统的基本概念，如线性、时不变、因果性、稳定性等。重点分析离散时间线性时不变（LTI）系统，以及如何用差分方程和脉冲响应来描述和分析它们。 Z变换的应用： 深入探讨Z变换在离散时间系统分析中的应用，包括系统函数、频率响应、稳定性判断以及系统零极点分析。 有限脉冲响应（FIR）与无限脉冲响应（IIR）滤波器： 详细讲解FIR和IIR滤波器的设计原理、特点以及在信号滤波中的应用。我们将介绍不同设计方法，如窗函数法、频率采样法（FIR）和脉冲响应不变法、双线性变换法（IIR），并对比它们的优缺点。 三、 采样理论与数字信号处理 采样是将连续时间信号转换为离散时间信号的关键步骤，而数字信号处理则是在离散时间域对信号进行分析、处理和变换。 采样定理： 详细阐述奈奎斯特-香农采样定理，理解采样频率与信号带宽的关系，以及欠采样和过采样的影响。我们将探讨理想采样和实际采样过程中的频谱变化。 重构（插值）： 学习如何从离散时间信号中重构出原始的连续时间信号，介绍不同的插值方法及其效果。 数字滤波器设计： 在数字信号处理中，设计性能优良的数字滤波器是核心任务之一。本书将系统介绍FIR和IIR滤波器的设计方法，包括它们的基本原理、设计流程以及在实际应用中的考量。我们将重点关注滤波器的幅度响应和相位响应，以及如何根据具体需求设计出满足要求的滤波器。 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）： 详细介绍DFT的原理、性质以及它在离散信号分析中的应用。在此基础上，我们将重点讲解FFT算法，包括其基本思想、不同算法（如蝶形运算）以及如何大幅度提高DFT的计算效率，并阐述FFT在频谱分析、滤波等领域的广泛应用。 四、 信号处理的应用 信号处理技术渗透到现代科技的各个领域。本书将通过具体的应用案例，展现信号处理的强大能力。 通信系统： 探讨信号处理在通信系统中的作用，如调制解调、信道编码、噪声抑制、均衡等。 音频与图像处理： 介绍信号处理在音频信号（如语音识别、音频压缩、回声消除）和图像信号（如图像增强、边缘检测、图像压缩、去噪）处理中的应用。 生物医学信号处理： 讲解如何利用信号处理技术分析生物医学信号，例如心电图（ECG）、脑电图（EEG）等，用于疾病诊断和监测。 控制系统： 探讨信号处理在现代控制系统设计中的应用，如状态估计、滤波器设计等。 其他领域： 简要介绍信号处理在雷达、声纳、地震勘探、金融数据分析等领域的应用。 五、 深入与拓展 除了基础理论和经典应用，本书还将对一些更深入和前沿的信号处理技术进行介绍，为读者搭建进一步学习的桥梁。 随机信号分析： 引入随机信号的概念，介绍随机过程的统计特性，如均值、方差、自相关函数、功率谱密度等，以及它们在噪声分析和信号检测中的应用。 自适应信号处理： 介绍自适应滤波器及其工作原理，例如LMS（最小均方）算法，以及它们在噪声消除、均衡、预测等方面的应用。 多速率信号处理： 探讨信号的升采样和降采样技术，以及它们在不同采样率信号混合处理中的作用。 小波分析： 简要介绍小波变换的概念及其在时频分析中的优势，以及在信号去噪、特征提取等方面的应用。 通过对上述内容的系统学习，读者将能够掌握信号处理的基本原理和核心技术，理解各种信号处理算法的数学基础和实现方式，并能够将所学知识应用于解决实际工程问题，为进一步深入学习信号处理的各个分支领域打下坚实的基础。本书的编写力求理论严谨、深入浅出、实例丰富，旨在培养具有扎实理论功底和较强实践能力的高素质工程技术人才。