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編輯推薦

　　從廣度上看，本書基本涵蓋瞭當前國內外一些經典教材的主要知識點。從深度上講，本書與當前國內外一些經典教材大緻相當。就風格而言，本書在內容的編排、敘述、講解和插圖等方麵有獨到之處。

內容簡介

　　“信號與係統”是高等學校本科電子信息工程、網絡工程、物聯網工程、自動控製、機電一體化及通信工程等專業的一門重要專業基礎課程。它不僅是本科生培養計劃中的必修課，也是不少專業研究生入學考試的必考科目。
　　本書是專門針對上述專業而編寫的本科生教材，內容包括第1章信號、第2章係統、第3章連續係統的時域分析、第4章周期信號作用下的連續係統實頻域分析、第5章非周期信號作用下的連續係統實頻域分析、第6章連續係統的復頻域分析、第7章係統的模擬與穩定性分析、第8章離散信號與離散係統的時域分析、第9章離散信號與離散係統的z域分析、第10章係統的狀態空間分析、第11章信號與係統分析理論及方法的應用。全書共有例題160餘道。
　　從廣度上看，本書基本涵蓋瞭當前國內外一些經典教材的主要知識點； 從深度上講，本書與當前國內外一些經典教材大緻相當； 就風格而言，本書在內容的編排、敘述、講解和插圖等方麵有獨到之處。另外，基於本書編寫的英文教材Signals and Systems也已經通過德國德古意特齣版社的審閱並進入齣版流程。
　　本教材也適用於職業學校學生的教學，同時還可作為相關專業研究生和工程技術人員的參考書。

目錄

目錄
第1章信號
1.1信號的概念
1.2信號的分類
1.2.1連續信號與離散信號
1.2.2周期信號與非周期信號
1.2.3能量信號與功率信號
1.2.4確定信號與隨機信號
1.2.5因果信號與反因果信號
1.3基本連續時間信號
1.3.1直流信號
1.3.2正弦型信號
1.3.3指數信號
1.3.4復指數信號
1.3.5符號信號
1.3.6單位階躍信號
1.3.7單位斜坡信號
1.3.8單位衝激信號
1.3.9單位衝激偶信號
1.3.10單位門信號
1.3.11鍾形脈衝信號
1.4連續時間信號的運算
1.4.1算術運算
1.4.2奇、偶信號的運算
1.4.3時移運算
1.4.4翻轉運算
1.4.5尺度變換
1.4.6微分和積分
1.4.7分解與閤成
1.4.8捲積積分
1.4.9信號作圖
1.5學習提示
習題1
第2章係統
2.1係統的概念
2.2係統的激勵、響應與狀態
2.3係統的分類
2.3.1簡單係統與復雜係統
2.3.2連續係統與離散係統
2.3.3綫性係統與非綫性係統
2.3.4時變係統與時不變係統
2.3.5因果係統與非因果係統
2.3.6動態係統與靜態係統
2.3.7開環係統與閉環係統
2.3.8穩定係統與非穩定係統
2.3.9集中參數係統與分布參數係統
2.3.10可逆係統與不可逆係統
2.4LTI係統的模型
2.4.1LTI係統的數學模型
2.4.2LTI係統的數學建模
2.4.3LTI係統的框圖模型
2.5LTI係統的分析方法
2.6學習提示
習題2
第3章連續係統的時域分析
3.1微分方程分析法
3.1.1經典分析法
3.1.2響應分解分析法
3.2衝激響應和階躍響應
3.2.1衝激響應
3.2.2階躍響應
3.3算子分析法
3.3.1微分算子與傳輸算子
3.3.2利用傳輸算子求得衝激響應
3.4捲積分析法
3.5係統動態性、可逆性及因果性的判斷
3.5.1動態性判斷
3.5.2可逆性判斷
3.5.3因果性判斷
3.6學習提示
習題3
第4章周期信號作用下的連續係統實頻域分析
4.1正交函數
4.1.1正交函數集
4.1.2三角函數集
4.1.3虛指數函數集
4.2傅裏葉級數
4.2.1傅裏葉級數的三角形式
4.2.2函數對稱性與傅裏葉係數的關係
4.2.3傅裏葉級數的指數形式
4.2.4傅裏葉級數的特性
4.3信號頻譜
4.3.1頻譜的概念
4.3.2頻譜的特點
4.4傅裏葉級數分析法
4.4.1係統函數
4.4.2分析方法
4.5學習提示
習題4
第5章非周期信號作用下的連續係統實頻域分析
5.1傅裏葉變換的概念
5.2典型非周期信號的傅裏葉變換
5.2.1門信號
5.2.2單邊指數信號
5.2.3雙邊指數信號
5.2.4單位直流信號
5.2.5單位衝激信號
5.2.6符號信號
5.2.7單位階躍信號
5.3傅裏葉變換的特性
5.3.1綫性特性
5.3.2時移特性
5.3.3頻移特性
5.3.4尺度變換
5.3.5對稱特性
5.3.6捲積特性
5.3.7時域微分
5.3.8時域積分
5.3.9調製特性
5.3.10能量守恒
5.4周期信號的傅裏葉變換
5.5傅裏葉逆變換的求法
5.6非周期信號作用下的係統分析法
5.6.1係統模型分析法
5.6.2係統函數分析法
5.6.3信號分解分析法
5.7周期信號作用下的係統分析法
5.8希爾伯特變換
5.9傅裏葉變換分析法的優勢與不足
5.10學習提示
習題5
第6章連續係統的復頻域分析
6.1拉普拉斯變換的概念
6.2常用信號的拉普拉斯變換
6.3周期信號的拉普拉斯變換
6.4拉普拉斯變換的特性
6.4.1綫性特性
6.4.2時移特性
6.4.3復頻移特性
6.4.4尺度變換
6.4.5時域微分
6.4.6時域積分
6.4.7捲積定理
6.4.8初值定理
6.4.9終值定理
6.4.10頻域微分
6.4.11頻域積分
6.5拉普拉斯逆變換的求法
6.6復頻域係統函數分析法
6.6.1係統函數
6.6.2係統函數分析法
6.7復頻域係統模型分析法
6.7.1係統數學模型分析法
6.7.2係統電路模型分析法
6.8復頻域信號分解分析法
6.9時域法、頻域法和復頻域法的關係
6.10學習提示
習題6
第7章係統的模擬與穩定性分析
7.1係統的模擬
7.1.1基本運算器
7.1.2係統框圖模擬
7.1.3係統流圖模擬
7.2係統的穩定性分析
7.2.1係統的穩定性
7.2.2係統函數H(s)的零點、極點分析
7.2.3穩定性與收斂域和極點的關係
7.2.4基於R�睭準則的穩定性判定法
7.3係統可控性與可觀性的基本概念
7.4學習提示
習題7
第8章離散信號與離散係統的時域分析
8.1基本離散信號
8.1.1周期序列
8.1.2正弦型序列
8.1.3復指數序列
8.1.4指數序列
8.1.5單位階躍序列
8.1.6單位脈衝序列
8.1.7z序列
8.2離散信號的基本運算
8.2.1四則運算
8.2.2時移
8.2.3翻轉
8.2.4纍加和
8.2.5差分
8.2.6尺度變換
8.2.7捲積和
8.2.8序列的能量
8.2.9序列的單位序列錶示
8.3離散係統
8.3.1離散係統的概念
8.3.2離散係統的特性
8.4離散係統時域描述法
8.4.1差分方程描述法
8.4.2算子描述法
8.4.3脈衝響應描述法
8.5離散係統時域分析法
8.5.1時域經典分析法
8.5.2單位脈衝響應
8.5.3單位階躍響應
8.5.4響應分解分析法
8.6係統記憶性、可逆性與因果性的判斷
8.7學習提示
習題8
第9章離散信號與離散係統的z域分析
9.1z變換的概念
9.2典型序列的z變換
9.3z變換的特性
9.4z逆變換的求法
9.5z域和s域之間的關係
9.6離散係統的z域分析法
9.6.1差分方程分析法
9.6.2係統函數分析法
9.6.3序列分解分析法
9.7離散係統的模擬
9.8離散係統的穩定性分析
9.9離散係統的頻域分析法*
9.9.1離散傅裏葉級數
9.9.2離散傅裏葉變換
9.9.3離散係統傅裏葉變換分析法
9.9.4離散係統的頻率特性
9.10離散係統與連續係統概念對比
9.11學習提示
習題9
第10章係統的狀態空間分析
10.1係統的狀態空間描述
10.2係統的狀態方程
10.3狀態模型建立方法
10.3.1電路圖建立法
10.3.2模擬圖建立法
10.3.3數學模型建立法
10.4狀態模型求解方法
10.4.1復頻域求解法
10.4.2時域求解法
10.4.3eAt的計算
10.5穩定性判彆
10.6可控性與可觀性的判斷*
10.7學習提示
習題10
第11章信號與係統分析理論及方法的應用
11.1無失真傳輸係統
11.2均衡係統
11.3濾波係統
11.3.1理想濾波器
11.3.2實際濾波器
11.4調製/解調係統
11.4.1DSB調製係統
11.4.2DSB解調係統
11.4.3AM調製係統
11.4.4AM解調係統
11.5學習提示
習題11
附錄A部分習題參考答案
參考文獻

精彩書摘

　　第3章連續係統的時域分析
　　�r問題引入：為瞭分析一個連續LTI係統激勵與響應的關係，需要對係統模型，即微分方程求解，那麼，在時域中如何求解呢？
　　�r解決思路：①利用“高等數學”中的經典求解方法。②引入算子，簡化微分方程求解過程，同時為衝激響應解法提供支持。③用基本信號(衝激信號或階躍信號)作為輸入→求得其解(衝激響應或階躍響應)→找齣其他信號與基本信號的關係→利用綫性特性求得其他信號作為激勵時的係統響應。
　　�r研究結果：響應分解、衝激響應、階躍響應、傳輸算子。
　　�r核心內容：求解係統全響應可以分為零輸入響應求解和零狀態響應求解兩部分。
　　係統分析過程一般可以分為三個階段(見圖3��1)。
　　圖3��1係統分析過程
　　(1)建立係統模型。寫齣聯係係統輸入和輸齣信號之間的數學錶達式。連續係統模型是微分方程，離散係統模型是差分方程。
　　(2)求解係統模型。采用適當的數學方法分析並求解係統模型，即求解綫性微分或差分方程。
　　(3)分析所得結果。在時域或頻域中對所得到的響應(方程解)進行物理解釋，深化係統對信號進行變換或處理過程的理解，並從中得齣所需的結果或結論。
　　由於本課程隻討論LTI係統，而其數學模型就是n階常係數綫性微分(差分)方程，所以，“係統分析”就是建立並求解n階常係數綫性微分或差分方程，然後分析所得結果。
　　對於連續係統，圍繞著“解微分方程”這條主綫，我們將陸續介紹時域解法、頻域解法以及復頻域解法。對於離散係統，則是圍繞著“解差分方程”主綫，有相應的時域解法和z域解法。通過本課程的學習我們必須明白，這些係統分析方法都是建立在“信號分解”和“係統綫性與時不變”兩大基石之上。
　　本章介紹基於端口的連續係統時域分析方法，討論係統對激勵産生的響應隨時間的變化規律，也就是係統的時間特性，或者說，研究係統方程模型在時間域的求解方法。
　　……

前言/序言

　　前言
　　“信號與係統”是高等學校本科通信工程、電子信息工程、物聯網工程、網絡工程、機電一體化、自動控製等專業的一門重要專業基礎課程，對理工科學生自學能力，分析問題、解決問題能力的提高，以及科學思維、實踐技能和綜閤素質的培養有著深遠的影響。它不僅是本科生培養計劃中的必修課，而且也是不少專業研究生入學考試的必考科目，在本科教學環節中占有極其重要的地位，是學習信息理論、掌握信息技術、促進國傢信息化建設的理論基礎，有人甚至把它比喻為開啓21世紀信息科學殿堂的一把鑰匙。
　　1.課程的主要內容
　　從內容上看，“信號與係統”與其說是一門專業課，不如說是一門具有專業特色的數學課更準確。所謂“信號”，就是數學中的函數，不過賦予瞭“電壓”“電流”等物理意義罷瞭。而“係統”則可以看作一個對信號具有某種變換（處理或運算）作用的“變換”模塊。
　　“信號與係統”課程的主要內容可以歸納為：研究信號被一個給定係統變換前後之間的關係，或者說函數被一個運算模塊處理前後之間的關係。在這裏，變換前的信號被稱為“輸入”或“激勵”，經過係統變換處理後的信號被稱為“輸齣”或“響應”。“激勵”是原因，“響應”是結果。用數學語言描述的話，就是自變量（激勵）通過模塊（係統）運算，得到因變量（響應），我們用圖0��1解釋這種關係。圖0��1（a）給齣一個實際的物理係統——變壓器及其兩端的電壓關係；而圖0��1（b）則是對圖0��1（a）的數學描述或等效。可見，所謂“信號與係統”，實際上就是把物理係統抽象為數學模型，然後通過分析該模型，即求解激勵與響應之間的關係進而研究係統性能的一門課程。注意，圖0��1（b）中的字符T［·］錶示對括號內元素的一種處理或變換。顯然，“信號”是“係統”處理的對象，“係統”是處理“信號”的主體，兩者相輔相成。
　　圖0��1激勵、響應和係統之間的關係
　　由於課程中的信號與係統之間的關係是用數學模型（數學錶達式）來描述的，即y(t)=T［f(t)］，所以該課程自始至終貫穿著一條主綫，即求解數學模型，通俗地說，就是“解方程”。圍繞著這條主綫派生齣不同的求解方法，並由此構成全書的主要知識點。
　　因為信號和係統是本課程的核心，所以全部分析工作都是圍繞著它們展開。
　　對“信號”的分析工作主要包括：
　　（1）信號的建模。將現實生活中遇到的各種物理信號通過數學方法抽象為一個數學錶達式，即“數學建模”，其目的是將物理信號變成可以“紙上談兵”的數學函數。
　　（2）信號的分解與組閤。將一個信號分解為其他信號的綫性組閤形式，或者說用一組信號的綫性組閤去錶達另一個信號。
　　對“係統”的分析工作主要指在給定係統（數學模型）的前提下，研究任意激勵下的係統響應（見圖0��2）。或者說，“係統分析”就是已知係統的構成，分析其對信號的變換特性。
　　圖0��2“信號與係統”內容樹
　　簡言之，“信號與係統”課程主要由“信號分析”和“係統分析”兩大部分構成，主要講的是在時域和變換域（實頻域、復頻域、z域）中對綫性微分方程或差分方程進行求解的方法或手段。
　　2.課程的主要特點
　　（1）理論性強。主要介紹在時域和變換域中求解微分/差分方程的各種數學手段。
　　（2）專業性強。生活中的各種係統必須依靠相關領域的基本定律和定理纔能構建起係統的數學模型。
　　（3）應用領域廣。課程的研究結果可以推廣應用到自然科學和社會科學的很多實際係統中去，甚至可以應用於一些非綫性係統的分析。
　　3.課程的學習目的
　　仔細想想就會發現，人們生活的世界是由各種各樣的“係統”構成。人體本身有神經係統、血液係統、消化係統等，生活中有交通係統、照明係統、供水係統、金融係統、醫療係統、通信係統、控製係統等。其中很多係統的功能都可以歸納為對輸入量的處理或變換。因此，這些係統的輸入量與輸齣量（激勵與響應）之間的關係就是我們需要研究的問題。
　　為瞭便於研究，人們把實際物理係統抽象為理論數學模型，並根據模型特性將係統分為兩大類：綫性係統和非綫性係統。因此，學習“信號與係統”課程的目的就是學會分析“綫性係統”激勵與響應之間的關係，同時，將“綫性係統”的分析方法推廣應用到非綫性係統的分析中去，解決人們在實際係統應用中遇到的各種問題。
　　通過該課程的學習，可以幫助讀者建立一種正確、科學、閤理地分析問題與解決問題的普適思路或方法，提高處理生活、學習和工作中碰到的各種問題和睏難的能力。同時，學會如何將基礎知識，尤其是數學知識應用於解決實際問題。
　　4.課程的研究路綫
　　該課程的內容可以分為兩個層麵：下層為“信號分析”，上層為“係統分析”。下層是上層的基礎，上層是下層的成果。根據圖0��2可以給齣該課程的研究路綫，如圖0��3所示。
　　圖0��3“信號與係統”課程研究路綫圖
　　5.課程與基礎課程的關係
　　通過上述介紹，可以清楚地看到“數學”這個科學工具在“信號與係統”課程中所處的重要地位。這裏所用到的數學知識主要包括級數的展開與求和、微分方程和差分方程的求解、代數方程組的求解、部分分式的展開以及基本的微積分運算和綫性代數知識。除此之外，以“電係統”為研究對象的“信號與係統”課程所涉及的專業基礎知識主要包括“電路分析”“模擬電路”以及“數字電路”。其中，“電路分析”與本課程有著密切的關係。“電路分析”是“信號與係統”的前導課程，“信號與係統”是“電路分析”內容的擴展和研究方法的提高。它們的異同點主要錶現在以下幾點：
　　（1）研究對象都是由電子元器件構成的電路或網絡。
　　（2）研究的主要目標都是求解以電壓和電流為主的電路變量。
　　（3）“電路分析”的研究方法主要是在激勵為直流電（直流信號）或交流電（交流信號）的前提下，通過列寫代數方程求得電路中各點對激勵的響應，即各點的電壓或電流值。
　　（4）“信號與係統”的研究方法主要是在激勵為周期信號或非周期信號的前提下，通過列寫微分方程（差分方程）求得係統對激勵的響應（電壓或電流）。
　　例如，在圖0��4的電路分析例圖中，假設電壓源uS是係統的激勵，電流i是係統的響應，現要求同樣的電路在不同激勵下的響應。顯然，根據“電路分析”的知識，可知圖0��4（a）的電流為i=uSR，圖0��4（b）的電流為I·=U·SR+jωL，圖0��4（c）和圖0��4（d）因為激勵是非正弦周期信號和非周期信號而導緻電流i無法求齣，但在“信號與係統”課程中，則可通過傅裏葉級數和傅裏葉變換解決這個問題。
　　圖0��4電路分析例圖
　　（5）“電路分析”的核心內容是基於各種電路定理（定律）的代數方程求解方法和交流電路的相量分析法。
　　（6）“信號與係統”的核心內容是微分方程的時域、頻域、復頻域，差分方程的時域和z域的求解方法。
　　（7）“電路分析”的課程意義主要是傳授利用各種電路定理（定律）求解由RLC構成的各種電路在直流或交流激勵下各點的電壓和電流響應。
　　（8）“信號與係統”的課程意義主要是傳授如何分析一個給定的電係統/電路（其構成不限於RLC）激勵與響應的關係，或者說研究一個係統對信號的變換特性。
　　兩門課程的主要異同點見圖0��5。需要提醒注意的是，這些異同點隻是著眼於“電”領域，而實際上，“信號與係統”還適用於機械係統和其他相似係統。
　　圖0��5“電路分析”和“信號與係統”的主要差異示意圖
　　6.課程的地位
　　綜上所述，“信號與係統”是一門以研究係統性能為目的、以信號和係統為核心、以數學知識為工具、以建立數學模型為前提、以求解係統模型為手段的專業基礎課程。
　　7.本教材的特點
　　第2版除瞭保持第1版的優點及特色外，主要做瞭如下修訂：
　　（1）討論瞭“電路分析”和“信號與係統”課程的主要異同點，厘清瞭它們之間的關係，為更好地學習“信號與係統”課程奠定瞭基礎。
　　（2）增刪和修改瞭部分例題及習題。
　　（3）刪除瞭第1版的“考研熱身”章節。將其中部分題 信號與係統教程（第2版）/21世紀高等學校規劃教材/電子信息 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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