信号与系统实验教程 高平 9787811307771 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名：信号与系统实验教程

定价：30.00元

作者：高平

出版社：江苏大学出版社

出版日期：2014-09-01

ISBN：9787811307771

字数：

页码：232

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

---

内容提要

---

高平编写的《信号与系统实验教程》简要介绍了信号与系统实验必要的理论知识和基本原理，对信号与系统、数字信号处理中典型的分析和设计方法进行了说明，提供了信号与系统、数字信号处理的实验内容、步骤和要求，并针对每个实验涉及的理论知识，给出思考题。

目录

---

作者介绍

---

文摘

---

序言

---

信号与系统：探寻信息传递的奥秘与现代通信的基石 引言： 在浩瀚的科学技术领域，信号与系统无疑扮演着至关重要的角色。从人类最原始的语言交流，到现代社会赖以生存的通信网络、医疗诊断设备、自动化控制系统，再到我们日常生活中无处不在的影音娱乐，无一不深刻地反映着信号与系统的理论与实践。它们如同信息时代的血脉，承载着数据的流动，驱动着技术的革新。本书旨在深入浅出地剖析信号与系统的核心概念，揭示信息传递的本质规律，并引导读者掌握分析与设计各类系统的方法，为理解和构建复杂的现代工程技术奠定坚实的基础。 第一章：信号的本质与分类 本章将首先带领读者认识“信号”这一核心概念。什么是信号？它不仅仅是简单的电磁波或声音，更是信息的载体，是描述物理世界变化的数学模型。我们将探讨信号的多种表现形式，例如连续信号与离散信号，它们在时间维度上的差异，以及为何在数字时代，离散信号变得如此重要。 连续信号与离散信号： 深入理解信号在连续时间域和离散时间域上的区别。探讨连续信号如何被采样转化为离散信号，以及采样定理在数字信号处理中的关键作用。 周期信号与非周期信号： 分析信号在时间上是否具有重复性，以及这种周期性如何影响信号的分析方法。我们将介绍傅里叶级数等工具，用于分解周期信号。 能量信号与功率信号： 区分信号所携带的总能量与平均功率，这对于理解信号的传输和处理能力至关重要。 其他信号类型： 介绍脉冲信号、指数信号、正弦信号等常见信号，并分析它们的数学特性及其在实际应用中的意义。 第二章：系统的特性与描述 在理解了信号之后，本章将聚焦于“系统”。系统是对信号进行某种变换或处理的实体，它可以是物理设备，也可以是数学模型。我们将系统视为一个“黑箱”，接受输入信号，产生输出信号，并重点分析系统的各种基本特性。 线性系统： 探讨系统是否满足叠加原理和齐次性。线性系统具有良好的数学性质，是许多分析方法的基础。 时不变系统： 分析系统的特性是否随时间变化。时不变系统意味着系统的行为不会因为输入信号的时间偏移而改变。 因果系统： 考察系统的输出是否只依赖于当前的和过去的输入，而不依赖于未来的输入。这在实时系统设计中尤为重要。 稳定系统： 讨论系统在有界输入下是否能产生有界输出。稳定性是保证系统可靠运行的关键。 其他系统特性： 介绍记忆系统、无记忆系统、可逆系统等，并分析这些特性对系统设计和分析的影响。 第三章：时域分析：卷积与冲激响应 本章将深入探讨系统的时域分析方法，这是理解系统如何响应不同输入信号的基础。核心概念将是“卷积”，它描述了线性时不变系统输出信号与输入信号和系统冲激响应之间的关系。 冲激函数（狄拉克冲激）与单位阶跃函数： 介绍这两个重要的基本信号，以及它们在系统分析中的特殊作用。 卷积的概念与计算： 详细阐述卷积的数学定义，并提供多种计算方法，包括图解法和解析法，以加深理解。 冲激响应： 重点讲解冲激响应的作用，它是描述线性时不变系统特性的“指纹”。通过冲激响应，我们可以完全了解系统对任何输入的响应。 应用举例： 通过实际的例子，如RC电路、弹簧-质量-阻尼系统等，展示卷积在分析实际系统中的应用。 第四章：频域分析：傅里叶变换与傅里叶级数 虽然时域分析直观易懂，但对于复杂信号和系统，频域分析提供了更强大的工具。本章将引入傅里叶变换和傅里叶级数，使我们能够将信号从时间域转换到频率域，从而揭示信号的频谱特性。 傅里叶级数： 讲解如何将周期信号分解为一系列不同频率的正弦和余弦分量的叠加，从而分析其频谱。 傅里叶变换： 将傅里叶级数的概念推广到非周期信号，引入傅里叶变换，用于分析任意信号的频谱。 频谱的意义： 解释频谱图所传达的信息，例如信号的频率成分、能量分布以及噪声等。 帕斯瓦尔定理： 介绍该定理，它将信号的能量与其频谱联系起来，对于能量分析非常重要。 应用： 讨论傅里叶变换在信号滤波、调制解调、图像处理等领域的广泛应用。 第五章：拉普拉斯变换与Z变换 为了更方便地分析线性时不变系统，尤其是那些具有复杂微分方程或差分方程描述的系统，拉普拉斯变换和Z变换应运而生。它们能够将复杂的时域运算转化为代数运算，极大地简化了分析过程。 拉普拉斯变换： 引入复指数信号，以及拉普拉斯变换如何将信号映射到复平面。重点分析其收敛域（ROC）的概念，以及它如何决定系统的稳定性。 传递函数： 讲解如何利用拉普拉斯变换定义系统的传递函数，它是系统在复频域的“频率响应”的推广，能够完全表征系统的特性。 Z变换： 针对离散时间信号，引入Z变换。它与拉普拉斯变换在概念上是对应的，是分析离散时间系统（如数字滤波器）的核心工具。 离散时间系统分析： 讲解如何利用Z变换分析离散时间系统的稳定性、频率响应以及系统设计。 第六章：系统函数与频率响应 本章将进一步深化对系统在频域特性的理解。系统函数（传递函数）是描述系统行为的关键，而频率响应则直观地展示了系统对不同频率信号的放大或衰减程度。 系统函数的性质： 探讨系统函数的零点和极点如何决定系统的行为，以及它们在S平面（拉普拉斯变换）和Z平面（Z变换）上的位置对系统稳定性和响应特性的影响。 频率响应： 详细介绍频率响应的定义，以及如何从系统函数中获得。它揭示了系统对不同频率信号的增益和相位延迟。 滤波器设计： 介绍如何根据所需的频率响应特性来设计滤波器，如低通、高通、带通和带阻滤波器，它们是信号处理中不可或缺的组成部分。 幅度响应与相位响应： 分别分析系统对信号幅度和相位的改变，以及它们在通信和控制系统中的重要作用。 第七章：状态空间分析 在许多复杂的系统中，仅仅依靠输入-输出关系可能不足以完全描述系统的动态行为。状态空间分析提供了一种更全面、更强大的系统描述方法，尤其适用于多输入多输出（MIMO）系统。 状态变量： 介绍状态变量的概念，它们是描述系统内部状态所需的最小变量集合。 状态方程与输出方程： 讲解如何用一组一阶微分方程（连续系统）或差分方程（离散系统）来描述系统的状态变化，以及如何通过状态变量和输入来计算输出。 传递矩阵： 对于MIMO系统，介绍传递矩阵的概念，它是由各个输入-输出对的传递函数组成的。 系统能控性和可观测性： 分析系统的能控性（是否能通过输入控制系统达到任意状态）和可观测性（是否能通过输出推断出系统状态），这些特性对于系统设计和控制器设计至关重要。 应用： 探讨状态空间分析在现代控制理论、机器人学、航空航天等领域的应用。 第八章：随机信号与系统 现实世界中的许多信号并非完全确定的，而是带有随机性的。本章将引入随机信号的概念，并分析系统如何处理这些不确定信号。 随机变量与随机过程： 介绍随机变量和随机过程的基本概念，如概率密度函数、均值、方差等。 平稳过程： 分析具有统计特性不随时间变化的随机过程，以及它们在信号分析中的重要性。 功率谱密度： 讨论如何描述随机信号在不同频率上的能量分布，这对于理解噪声的特性和滤波器的设计非常关键。 随机信号通过线性系统： 分析当随机信号通过线性系统时，输出信号的统计特性如何变化。 应用： 探讨随机信号分析在噪声滤波、通信系统性能评估、可靠性工程等领域的应用。 第九章：采样理论与数字信号处理基础 在数字时代，信号的数字化处理是核心技术。本章将深入探讨采样理论，并介绍数字信号处理（DSP）的基础概念。 奈奎斯特定理： 详细阐述奈奎斯特定理，解释为何需要足够的采样率才能无失真地恢复原始信号。 采样过程中的失真： 分析欠采样和过采样可能带来的问题，如混叠。 数字滤波器： 介绍无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器，它们是数字信号处理中用于滤波、变换等操作的关键工具。 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）： 讲解DFT如何将离散时间信号变换到离散频率域，以及FFT如何高效地计算DFT，为数字信号的频谱分析提供了强大的支持。 应用： 涵盖数字音频、数字图像、通信系统中的各种数字信号处理技术。 第十章：现代应用展望 本章将带领读者将所学的信号与系统知识应用到现代科技的各个前沿领域，展现理论的强大生命力。 通信系统： 从蜂窝通信到卫星通信，信号与系统是信息传输的基石，涉及调制、解调、编码、解码等关键技术。 控制系统： 自动驾驶、工业自动化、航空航天控制等，无不依赖于对系统动态的精确建模和控制。 医学成像与诊断： CT、MRI、超声波等，都离不开信号的采集、处理和分析。 人工智能与机器学习： 信号的特征提取、模式识别等是AI算法训练和应用的重要环节。 其他领域： 探讨在金融、生物、环境监测等领域信号与系统技术的应用。 结语： 信号与系统是一门博大精深的学科，它不仅是理解现代工程技术的基础，更是驱动未来创新的引擎。通过对本书内容的深入学习与实践，读者将能够掌握分析复杂系统、设计高效算法、理解信息世界运行规律的强大能力，为在各个科技领域取得卓越成就奠定坚实的基础。