基于MATLAB的信号与系统实验指导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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甘俊英，胡异丁 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302152514

商品编码：29709935142

包装：平装

出版时间：2007-08-01

基本信息

书名:基于MATLAB的信号与系统实验指导

：19.00元

售价：12.9元,便宜6.1元,折扣67

作者:甘俊英,胡异丁

出版社：清华大学出版社

出版日期：2007-08-01

ISBN：9787302152514

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.241kg

编辑推荐

内容提要

《基于MATLAB的信号与系统实验指导》是高等院校理工科关于信号与系统课程计算机仿真的实验教材。
　　全书共分为15章。章简要介绍了MATLAB的入门知识；第2章~5章分别围绕信号与系统课程的重点和难点，介绍了连续时间系统的时域、频域、复频域分析，离散时间系统的时域、z域分析以及系统的状态变量分析。《基于MATLAB的信号与系统实验指导》详细介绍了利用MATLAB进行信号与系统分析的基本方法和原理，并通过大量实例进行了说明。同时，第2章～5章还提供了编程练习题，供读者独立实践，进一步加深对信号与系统分析方法和原理的理解。
　　《基于MATLAB的信号与系统实验指导》针对性和操作性强，可作为电子信息工程、通信工程、信息工程、自动控制工程、生物医学工程、电气自动化、自动化和计算机等专业学生的实验教材，也可供相关领域的教师与工程技术人员参考。

目录

作者介绍

文摘

序言

《数字信号处理——理论与实践》 内容简介： 本书旨在深入探讨数字信号处理（DSP）的理论基础与实际应用，为读者构建一个全面而系统的知识体系。我们将从最基本的离散时间信号和系统概念出发，逐步深入到傅里叶分析、Z变换、滤波器设计等核心理论，并结合实际工程中的常见问题，展现DSP强大的功能与无限的可能性。本书特别强调理论与实践的结合，通过丰富的算例和实验指导，帮助读者掌握DSP工具的使用，理解算法的原理，最终能够独立解决实际的信号处理问题。 第一篇 离散时间信号与系统 本篇将为读者打下坚实的理论基础，介绍数字信号处理所涉及的基本概念和数学工具。 第一章 离散时间信号 1.1 信号的定义与分类： 介绍信号的概念，及其在不同领域的表现形式，如音频、图像、通信信号等。我们将详细讨论信号的分类，包括连续时间信号与离散时间信号、能量信号与功率信号、周期信号与非周期信号、偶信号与奇信号等，并通过具体的数学表达和图形展示，帮助读者直观理解这些概念。 1.2 基本信号： 重点介绍几种在信号处理中具有基础性和代表性的信号，如单位冲激信号（Delta函数）、单位阶跃信号、指数信号、正弦信号和复指数信号。我们将深入分析它们的数学特性、采样点上的值、以及在不同应用场景下的意义。例如，单位冲激信号在卷积运算中的关键作用，复指数信号作为系统响应的基石，将为后续内容铺垫。 1.3 信号的运算： 讲解信号的时域运算，包括加法、乘法、尺度变换（时间伸缩与压缩）、时间反转和时间移位。这些运算是信号处理的基础，将贯穿整个理论体系。我们将通过实例演示，例如如何通过时间移位和尺度变换来生成复杂的信号波形。 1.4 信号的分解： 介绍信号分解的重要思想，特别是将任意信号分解为基本信号的组合。我们将重点介绍如何将信号分解为偶部和奇部，以及如何将周期信号分解为一系列非周期信号（为傅里叶级数做铺垫）。 1.5 离散时间系统的基本概念： 引入离散时间系统的定义，描述系统输入与输出之间的关系。我们将讨论系统的分类，如线性系统、时不变系统、因果系统、稳定系统等，并探讨判断系统性质的方法。例如，如何利用叠加性与齐次性判断系统的线性，如何利用时间移位性质判断系统的时不变性。 第二章 离散时间系统的时域分析 2.1 卷积： 详细讲解离散时间系统的核心运算——卷积。我们将从数学定义出发，阐述卷积的含义，即输出信号是输入信号与系统冲激响应的加权求和。通过不同的计算方法，如图解法、代数法，以及在程序中实现卷积，使读者熟练掌握卷积运算。 2.2 线性时不变（LTI）系统的单位冲激响应（Impulse Response）： 深入分析LTI系统的单位冲激响应（h[n]）的重要性。我们将解释h[n]如何完全表征一个LTI系统，以及如何利用h[n]计算系统的输出。 2.3 LTI系统的差分方程表示： 介绍如何用差分方程来描述LTI系统，这是系统分析和实现的重要方法。我们将讲解齐次解和特解的概念，并探讨如何求解差分方程以获得系统的零输入响应和零状态响应，从而全面描述系统的行为。 2.4 LTI系统的稳定性与因果性： 进一步深入研究LTI系统的稳定性（BIBO稳定性）和因果性。我们将给出判断系统稳定性和因果性的充要条件，并通过例子进行验证。这对于理解系统能否在实际应用中工作至关重要。 第二篇 傅里叶分析在信号处理中的应用 本篇将引入强大的傅里叶分析工具，展现如何从频域的角度理解和处理信号。 第三章 傅里叶级数 3.1 周期信号的三角函数形式傅里叶级数： 介绍周期信号的傅里叶级数展开，将其表示为一系列正弦和余弦函数的和。我们将推导傅里叶系数的计算公式，并重点分析各系数的物理意义，如直流分量、基频分量、谐波分量等。 3.2 周期信号的复指数形式傅里叶级数： 引入更简洁方便的复指数形式傅里叶级数，将周期信号表示为一系列复指数函数的和。我们将推导复指数傅里叶级数的系数计算公式，并演示其在信号分析中的优势。 3.3 傅里叶级数的性质： 讨论傅里叶级数的重要性质，如线性、时移、尺度变换、共轭对称性、偶对称性、奇对称性、卷积性质等。这些性质能够帮助我们更高效地分析和处理周期信号。 3.4 傅里叶级数的收敛性： 探讨傅里叶级数的收敛条件，以及不同条件下级数的收敛情况，确保我们使用的数学工具是严谨可靠的。 第四章 傅里叶变换 4.1 非周期信号的傅里叶变换： 将傅里叶级数的概念推广到非周期信号，引入傅里叶变换（FT）。我们将详细推导傅里叶变换的定义，并解释其物理意义：将时域信号分解为无穷多个不同频率的复指数信号的叠加，从而得到信号的频谱。 4.2 傅里叶变换的性质： 详细阐述傅里叶变换的重要性质，包括线性、时移、尺度变换、共轭对称性、偶对称性、奇对称性、微分性质、积分性质、卷积性质、调制性质（乘积性质）等。这些性质极大地简化了信号和系统的分析，是信号处理中的核心工具。 4.3 常用信号的傅里叶变换对： 列举并推导一系列常用信号的傅里叶变换，如矩形脉冲、指数信号、单位冲激信号、单位阶跃信号、正弦信号、复指数信号等。通过这些实例，读者将能更直观地理解不同信号的频谱特性。 4.4 傅里叶变换与卷积定理： 重点讲解傅里叶变换与卷积定理，即时域卷积等于频域乘积，频域卷积等于时域乘积。这将为我们后续研究LTI系统的频域分析打下基础。 4.5 帕斯瓦尔定理（能量守恒）： 介绍帕斯瓦尔定理，它揭示了信号的能量在时域和频域是相等的，即能量谱密度。 第五章 离散时间傅里叶变换（DTFT） 5.1 离散时间傅里叶变换的定义： 介绍离散时间傅里叶变换（DTFT）的概念，用于分析离散时间信号的频谱。我们将推导DTFT的定义，并分析其与连续时间傅里叶变换（CTFT）的关系。 5.2 DTFT的性质： 总结DTFT的重要性质，这些性质与CTFT的性质非常相似，如线性、时移、尺度变换、共轭对称性、偶对称性、奇对称性、微分性质、积分性质、卷积性质、调制性质等。 5.3 离散傅里叶级数（DFS）： 介绍离散傅里叶级数（DFS），用于分析周期离散时间信号的频谱。我们将展示DFS与DTFT的关系，以及DFS在傅里叶级数分析中的应用。 5.4 DTFT与卷积定理： 再次强调DTFT与卷积定理在离散时间LTI系统分析中的作用。 第三篇 Z变换与系统函数 本篇将引入Z变换，它是分析离散时间LTI系统的强大工具，尤其适用于处理因果性和稳定性问题。 第六章 Z变换 6.1 Z变换的定义： 详细定义Z变换，并解释其与复指数信号的关系。我们将介绍单边Z变换和双边Z变换，并讨论收敛域（ROC）的概念，这是理解Z变换的关键。 6.2 Z变换的收敛域（ROC）： 深入分析Z变换的收敛域，解释ROC如何决定序列的唯一性，以及ROC与系统稳定性和因果性的关系。我们将讨论不同类型序列的ROC特性。 6.3 Z变换的性质： 介绍Z变换的重要性质，包括线性、时移、尺度变换、共轭对称性、偶对称性、奇对称性、微分性质、积分性质、卷积性质、调制性质、初值定理、终值定理等。这些性质极大地简化了Z变换的计算和分析。 6.4 常用序列的Z变换对： 列举并推导一系列常用序列的Z变换，如单位冲激序列、单位阶跃序列、指数序列、正弦序列、复指数序列、单位斜坡序列等。 6.5 逆Z变换： 介绍求解逆Z变换的方法，包括部分分式展开法、长除法和围线积分法，帮助读者从Z域表达式恢复到时域序列。 第七章 LTI系统的Z域分析 7.1 系统函数（Transfer Function）： 定义LTI系统的系统函数H(z)，它是输出的Z变换与输入的Z变换之比，即H(z) = Y(z)/X(z)。我们将解释系统函数如何完全表征LTI系统，并讨论其与冲激响应之间的关系。 7.2 LTI系统的零极点分析： 介绍系统函数的零点和极点。我们将深入分析零极点在Z平面上的位置与系统频率响应、稳定性、因果性之间的关系。例如，极点在单位圆上的位置与系统稳定性的直接关联。 7.3 LTI系统的稳定性、因果性与零极点的关系： 综合分析零极点的位置如何决定LTI系统的因果性（极点必须在单位圆内）和稳定性（所有极点都必须在单位圆内）。 7.4 利用Z变换求解差分方程： 演示如何利用Z变换求解LTI系统的差分方程，包括零输入响应和零状态响应的求解。这将展示Z变换在系统分析中的强大应用。 7.5 系统函数的频率响应： 讨论系统函数在单位圆上的取值，即频率响应。我们将解释频率响应如何描述系统对不同频率信号的放大或衰减作用。 第四篇 数字滤波器设计 本篇将聚焦于数字滤波器的设计，这是信号处理中最实际和广泛的应用之一。 第八章 数字滤波器基础 8.1 滤波器的作用与分类： 介绍滤波器的基本概念和目的，即选择性地允许或阻止某些频率成分通过。详细分类数字滤波器，包括无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器，并介绍它们各自的优缺点。 8.2 理想滤波器与实际滤波器： 描述理想滤波器的频率响应特性，并分析理想滤波器在实际中难以实现的原因。介绍实际滤波器需要满足的设计指标，如通带、阻带、过渡带、截止频率、衰减度等。 8.3 滤波器性能指标： 详细介绍评估滤波器性能的关键指标，如通带纹波、阻带衰减、过渡带宽度、相位响应、群延迟等，并解释这些指标的物理意义。 第九章 FIR滤波器设计 9.1 FIR滤波器的基本特性： 讨论FIR滤波器的线性相位特性，以及其在信号处理中的重要性，例如避免信号失真。 9.2 FIR滤波器设计方法： 介绍几种常见的FIR滤波器设计方法。 窗函数法： 讲解如何通过截断理想滤波器的冲激响应来设计FIR滤波器，并介绍常用的窗函数（如矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等）及其对滤波器性能的影响。 频率采样法： 介绍通过指定滤波器在特定频率点的幅度和相位来设计FIR滤波器的方法。 最优设计法（Remez-Parks算法）： 介绍一种能够获得最优FIR滤波器（在给定指标下，误差最小）的算法，强调其在实际设计中的优势。 9.3 FIR滤波器设计实例： 提供不同设计指标下的FIR滤波器设计实例，展示不同窗函数和设计方法的效果。 第十章 IIR滤波器设计 10.1 IIR滤波器的基本特性： 讨论IIR滤波器通常具有更陡峭的过渡带和更低的阶数，从而节省计算资源。 10.2 IIR滤波器设计方法： 介绍几种常用的IIR滤波器设计方法，通常是将模拟滤波器设计方法通过双线性变换等方法转换为数字滤波器。 巴特沃斯滤波器（Butterworth）： 介绍巴特沃斯滤波器的平坦通带特性，以及其设计方法。 切比雪夫滤波器I型（Chebyshev Type I）： 介绍切比雪夫I型滤波器的通带纹波特性，以及其设计方法。 切比雪夫滤波器II型（Chebyshev Type II）： 介绍切比雪夫II型滤波器的阻带特性，以及其设计方法。 椭圆滤波器（Elliptic）： 介绍椭圆滤波器在通带和阻带都存在纹波，但能在最小阶数下满足严格设计指标的特性。 10.3 模拟滤波器设计回顾： 简要回顾巴特沃斯、切比雪夫和椭圆等经典模拟滤波器的设计原理。 10.4 模拟到数字的变换（双线性变换）： 详细介绍双线性变换（Bilinear Transformation）方法，它是将模拟滤波器设计转化为数字滤波器设计最常用的方法，并分析其对频率响应的影响。 10.5 IIR滤波器设计实例： 提供不同设计指标下的IIR滤波器设计实例。 第五篇 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT） 本篇将深入探讨离散傅里叶变换（DFT），以及如何通过快速傅里叶变换（FFT）算法高效地计算DFT。 第十一章 离散傅里叶变换（DFT） 11.1 DFT的定义： 介绍离散傅里叶变换（DFT）的定义，它是对离散时间信号在有限区间内的采样值进行傅里叶分析。我们将解释DFT与DTFT之间的关系，以及DFT的周期性。 11.2 DFT的性质： 讨论DFT的重要性质，包括线性、时移、共轭对称性、周期性、卷积定理（循环卷积）、相关定理等。 11.3 DFT在频谱分析中的应用： 演示如何利用DFT来近似计算信号的频谱，以及如何理解DFT结果的含义，包括幅度和相位谱。 11.4 DFT的局限性： 分析DFT在实际应用中的局限性，如频谱泄漏（Spectral Leakage）和栅栏效应（Aliasing），并介绍应对这些问题的基本思路，如加窗和零填充。 第十二章 快速傅里叶变换（FFT） 12.1 FFT算法的原理： 介绍快速傅里叶变换（FFT）算法的核心思想，即“分治法”，通过将长序列的DFT分解为若干短序列的DFT来降低计算复杂度。 12.2 蝶形运算（Butterfly Operation）： 详细解释FFT算法中的基本计算单元——蝶形运算，这是实现FFT高效计算的关键。 12.3 典型FFT算法（Cooley-Tukey算法）： 介绍最著名的FFT算法——Cooley-Tukey算法，并演示其在不同序列长度下的实现方式（如按时间抽取的FFT，Decimation-in-Time, DIT；按频率抽取的FFT，Decimation-in-Frequency, DIF）。 12.4 FFT算法的计算复杂度： 分析FFT算法相比直接计算DFT在计算量上的巨大优势，将计算复杂度从O(N^2)降低到O(N log N)。 12.5 FFT在工程应用中的优势： 强调FFT在实际工程中的广泛应用，如谱分析、滤波器设计、通信系统、图像处理等，其高效性是这些应用得以实现的基础。 第六篇 信号处理的进阶主题与应用 本篇将介绍一些更高级的信号处理概念，并展望其在不同领域的实际应用。 第十三章 采样定理与混叠 13.1 采样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）： 详细阐述采样定理，即为了无失真地恢复连续时间信号，采样频率必须大于信号最高频率的两倍（Nyquist Rate）。 13.2 混叠（Aliasing）： 深入分析当采样频率低于Nyquist Rate时产生的混叠现象，解释混叠如何导致信号失真，以及其在时域和频域的表现。 13.3 抗混叠滤波器： 介绍在进行采样前使用低通滤波器（抗混叠滤波器）来去除高于奈奎斯特频率的成分，以避免混叠的方法。 13.4 采样过程中的实际考虑： 讨论在实际采样过程中需要注意的其他因素，如采样保持、量化误差等。 第十四章 功率谱密度与相关函数 14.1 功率谱密度（Power Spectral Density, PSD）： 定义功率谱密度，并解释它如何描述信号的功率在不同频率上的分布。我们将探讨Wiener-Khinchin定理，它揭示了功率谱密度与自相关函数之间的关系。 14.2 自相关函数（Autocorrelation Function）： 定义自相关函数，并解释它如何衡量信号与其自身在不同时间延迟下的相似度。我们将探讨自相关函数的性质。 14.3 互相关函数（Cross-correlation Function）： 定义互相关函数，并解释它如何衡量两个不同信号之间的相似度随时间延迟的变化。 14.4 功率谱密度与自相关函数的应用： 介绍PSD和自相关函数在信号分析中的应用，如噪声分析、信号检测、系统识别等。 第十五章 信号处理的实际应用 15.1 通信系统中的信号处理： 讨论数字信号处理在调制、解调、信道均衡、编码、解码等通信环节中的关键作用。 15.2 语音信号处理： 介绍语音信号的特点，以及信号处理在语音识别、语音合成、音频压缩、回声消除等方面的应用。 15.3 图像处理中的信号处理： 讲解图像作为二维信号，其处理方法与一维信号的异同，以及信号处理在图像增强、滤波、压缩、边缘检测、特征提取等方面的应用。 15.4 控制系统中的信号处理： 讨论信号处理在传感器信号滤波、控制器设计、系统辨识等方面的作用。 15.5 其他应用领域： 简要提及信号处理在生物医学工程、金融分析、地球物理学等其他领域的重要应用。 本书通过对以上内容的系统性讲解，力求让读者不仅掌握数字信号处理的核心理论，更能理解这些理论是如何转化为实际应用，并具备运用相关工具解决实际问题的能力。本书的编写风格力求严谨而不失生动，希望能成为读者在数字信号处理领域的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和设计风格着实让人眼前一亮，装帧精美，纸张的质感也相当不错，拿在手里有一种沉甸甸的专业感。内容布局上，作者显然是下了不少功夫，从章节的划分到图表的绘制，都体现出一种严谨又不失活泼的教学态度。特别是那些复杂的数学公式和电路图，印刷得非常清晰，即便是初次接触信号与系统的读者，也能轻松辨认其中的细节。不过，我个人认为在某些章节的案例选取上，如果能再增加一些贴近现代工程实际的例子，比如在数字滤波器的设计部分，引入一些时下流行的无线通信或者音频处理的实际应用场景，那这本书的吸引力将更上一层楼。总体来说，这本书在视觉呈现和基础构建上做得非常出色，为读者提供了一个高质量的学习载体。

评分☆☆☆☆☆

从教学法和语言风格的角度来看，这本书的叙述方式非常平易近人，没有传统教材那种高高在上的学术腔调。作者像一位经验丰富的导师，循循善诱地引导读者一步步探索信号与系统的奥秘。他的笔触细腻，善于用生活化的语言去解释复杂的物理现象，比如将卷积操作比作某种“信息混合”的过程，这种类比非常有效。不过，如果能增加一些章节小结或者“常见误区”提示，针对学习过程中学生最容易混淆的概念进行集中辨析和强调，或许能帮助初学者更高效地避开陷阱，巩固知识点。总体而言，阅读体验是流畅且愉快的。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏这本书在实验设计环节所体现出的匠心独艺。它不是简单地罗列几个课本上的例题让读者照着敲代码，而是构建了一系列具有挑战性、能够引导学生独立思考的综合性实验。例如，在分析系统的时域响应时，它会要求读者不仅要计算理论值，还要对比不同采样率对数字重建的影响，这种多层次的要求，有效地培养了实验的严谨性和批判性思维。这种教学设计理念，成功地将知识的“输入”转化为技能的“输出”。如果能加入一个关于实验报告撰写规范和结果分析的专门章节，指导学生如何撰写一份符合工程标准的文档，那这本书的实用价值将得到进一步的提升。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度把握得恰到好处，既没有陷入过于抽象的数学推导泥潭，也没有流于表面化的概念介绍。它像是为那些渴望扎实掌握信号系统基础，但又对纯理论书籍感到畏惧的学习者量身定做的。作者在阐述傅里叶分析、拉普拉斯变换等核心概念时，总是能巧妙地结合MATLAB的仿真工具进行直观演示，这种“理论+实践”的串联方式，极大地帮助理解那些原本晦涩难懂的数学工具是如何在工程中发挥作用的。唯一让我略感遗憾的是，虽然仿真代码很详尽，但对于某些高级算法的原理阐述，例如自适应滤波器的收敛性分析，似乎可以再深入探讨一些，让那些有志于从事更深层次研究的读者也能从中获得启发。

评分☆☆☆☆☆

这本书的配套资源，特别是那些与MATLAB代码紧密结合的部分，是其价值的集中体现。作者提供的代码片段往往是模块化且注释清晰的，这为读者在学习过程中进行二次开发和个性化修改提供了极大的便利。我尝试着修改了几个示例程序的参数，发现系统的输出结果能即时、准确地反映出参数变动带来的影响，这种即时反馈机制是自学过程中最宝贵的财富。美中不足的是，对于那些使用最新版MATLAB的用户来说，偶尔会遇到一些较旧函数调用的兼容性问题，如果能提供一个官方的在线勘误或更新说明，定期维护代码的先进性，那就堪称完美了。这本书无疑是信号与系统学习工具箱中不可或缺的一员。