信号与线性系统学习指南

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曾黄麟 著
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店铺: 炫丽之舞图书专营店
出版社: 科学出版社
ISBN:9787030301185
商品编码:29867920594
包装:平装
出版时间:2011-02-01

具体描述

基本信息

书名:信号与线性系统学习指南

定价:36.00元

作者:曾黄麟

出版社:科学出版社

出版日期:2011-02-01

ISBN:9787030301185

字数:

页码:

版次:1

装帧:平装

开本:16开

商品重量:0.481kg

编辑推荐


  曾黄麟主编的《信号与线性系统学习指南》主要配合二十一世纪高等教育、国家十二五规划教材、国家精品课程《信号与线性系统》双语教材一书编写的。本书根据教学大纲内容的要求,对学习信号基础知识、系统的基本概念、连续系统的时域分析、离散系统的时域分析、连续系统的频域分析、离散傅里叶变换及快速傅里叶变换、连续系统的复频域分析、离散系统的z域分析、系统的状态变量分析等九个方面的重点、难点进行了分析、总结和归纳,并给出了大量的例题、高级问题、学习试题来加深对概念的理解和提高解题的技巧。

内容提要


  本书编写的配套学习指导书。本书根据教学大纲内容的要求,对信号基础知识,系统的基本概念,线性位移不变连续系统的时域分析,线性位移不变离散系统的时域分析,连续时间信号与系统的频域分析,离散傅里叶级数、离散时间傅里叶变换与DFT,拉普拉斯变换及复频域分析,z变换与z域分析,系统的状态变量分析9个方面的重点、难点进行了分析、总结和归纳,并给出了大量的例题和习题来加深对概念的理解和提高解题的技巧。
  本书可作为电子信息、通信工程、自动化、计算机科学与技术、系统工程等专业专科生、本科生和其他专业研究生的学习指导教材,特别是对于这些专业学生考研复习具有重要的指导意义,也可作为相关专业、相关领域研究人员的参考书。

目录


作者介绍


文摘


序言



深入理解通信与控制的基石:信号与线性系统 在现代科技飞速发展的浪潮中,信息传递与系统控制无疑扮演着举足轻重的角色。从无处不在的无线通信,到精密复杂的自动化生产线,再到精妙绝伦的数字媒体处理,这一切的背后都离不开对“信号”与“线性系统”深刻而透彻的理解。它们是构成我们所处数字世界的底层语言,是解析复杂现象、设计高效系统的基本工具。 这本学习指南,将带领您踏上一段严谨而富有启发性的旅程,探索信号与线性系统这一经典而又充满活力的学科。我们将不仅仅停留在理论的表面,而是力求深入其精髓,揭示其内在的逻辑联系与普适性原理。我们的目标是让您在掌握核心概念的同时,更能培养出分析问题、解决问题的能力,为未来在通信、控制、电子工程、计算机科学等诸多领域的研究与实践打下坚实的基础。 信号:信息的载体与表达 信号,是信息传递的基本载体。它们可以是连续的时间函数,如同广播电台传输的模拟音频;也可以是离散的序列,犹如数字电视传输的像素数据。我们身边的世界充满了各种各样的信号:声音的声波,图像的亮度变化,温度的波动,经济数据的起伏,甚至是生物体内神经元的电脉冲。理解信号的本质,就是要理解这些信息的形态、特性以及它们如何被感知、被量化、被处理。 本指南将从信号的分类入手,区分连续时间信号与离散时间信号,周期信号与非周期信号,能量信号与功率信号。我们将学习如何用数学的语言精确地描述这些信号,例如信号的表示:如指数函数、正弦函数、冲激函数等,它们是构建更复杂信号的基础。 更重要的是,我们将深入探讨信号的运算。这包括基本的加法、乘法、标量乘法,以及对于信号处理至关重要的翻转、时移和时伸/时缩。这些运算不仅是理解信号变换的基础,也是设计滤波器、调制解调器等关键模块的先决条件。例如,时移操作使我们能够理解信号在时间轴上的传播,而时伸/时缩则与信号的频率特性紧密相关。 此外,我们还会关注信号的分解。任何复杂的信号,往往都可以被分解为一系列更简单的基本信号的组合。傅里叶级数和傅里叶变换是这一思想的集大成者,它们将时域信号分解为不同频率的正弦波分量,揭示了信号在频域的分布特性。这将帮助我们理解为何不同频率的信号在通信信道中会表现出不同的传播特性,以及如何通过频率选择来提取或过滤所需信息。拉普拉斯变换和Z变换则为分析线性系统提供了更强大的工具,尤其是在处理瞬态响应和系统稳定性方面。 线性系统:信号处理的框架 线性系统是信号处理和系统分析的核心概念。在现实世界中,虽然存在大量的非线性现象,但许多重要的系统在一定的操作范围内,可以被近似地看作是线性的。线性系统的特点在于其满足叠加原理(也称为加法性)和齐次性(也称为比例性)。这意味着,如果输入信号是两个信号的线性组合,那么系统的输出也将是这两个输入信号对应输出的线性组合;如果输入信号乘以一个常数,输出信号也将乘以相同的常数。 理解线性系统的关键在于掌握其特性。我们将详细介绍因果性(系统的输出只依赖于当前和过去的输入,不依赖于未来的输入)、稳定性(系统在有界输入下产生有界输出)、记忆性(系统是否存储过去的输入信息)、自逆性(系统是否可以被反转)等重要属性。这些特性直接影响着系统的行为和设计选择。 系统的表示是理解线性系统的另一个重要方面。我们将学习如何使用微分方程来描述连续时间线性系统,以及如何使用差分方程来描述离散时间线性系统。这些方程是系统动力学的数学体现。 为了更直观地理解线性系统的时域行为,单位冲激响应 (Impulse Response) 和单位阶跃响应 (Step Response) 是不可或缺的概念。冲激响应描述了系统对一个极短的、强度为1的输入信号的响应。它包含了系统的全部动态信息,是分析和设计线性系统的基础。任何线性系统的输出都可以表示为其输入信号与系统冲激响应的卷积 (Convolution)。我们将深入探讨卷积的计算方法和其物理意义,理解输入信号是如何在系统内部“展开”和“累积”的。 在频域,频率响应 (Frequency Response) 是描述线性系统如何处理不同频率信号的关键。它可以通过输入一个正弦信号,观察其输出的幅度变化和相位延迟来获得。幅度响应和相位响应共同决定了系统对信号的“染色”效果。例如,低通滤波器允许低频信号通过,而衰减高频信号,其幅度响应在低频时接近1,在高频时迅速下降。 系统的分析与设计 掌握了信号与线性系统的基本概念和表示方法后,我们将进一步探讨如何分析和设计这些系统。 时域分析侧重于理解系统在时间维度上的响应,包括瞬态响应(系统从初始状态达到稳态前的过渡过程)和稳态响应(系统在输入信号长时间作用后达到的稳定状态)。我们将学习如何利用微分方程和差分方程的求解方法来获得系统的输出。 频域分析则将焦点放在信号和系统在频率上的特性。傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换是实现频域分析的强大工具。通过这些变换,可以将复杂的时域问题转化为更易于处理的代数问题。我们将学习如何通过零极点分析来理解系统的频率特性和稳定性。 系统的构成也是一个重要的方面。我们将探讨如何通过串联、并联、反馈等方式组合基本的系统模块,来构建更复杂的系统。理解这些组合方式有助于我们分解复杂系统,理解整体行为。 系统稳定性是线性系统研究中的一个核心问题。我们将学习如何根据系统参数(如微分方程的系数、传递函数的极点位置)来判断系统的稳定性。不稳定的系统可能导致信号失真、系统崩溃,因此确保系统的稳定性是系统设计中的首要任务。 学习方法与展望 本学习指南将采用清晰的逻辑结构,从基础概念逐步深入到更复杂的理论和应用。我们将结合丰富的例题和习题,帮助您巩固所学知识,并提升实际操作能力。理论讲解将力求通俗易懂,同时注重数学的严谨性。 通过学习信号与线性系统,您将能够: 准确描述和分析各种信号的特性。 理解和预测线性系统对不同信号的响应。 掌握分析和设计信号处理系统和控制系统的基本方法。 为进一步学习通信原理、数字信号处理、控制理论等高级课程打下坚实基础。 培养严谨的科学思维和解决工程问题的能力。 无论您是电子工程、通信工程、自动化、计算机科学,还是任何需要处理信息的领域的研究者或从业者,对信号与线性系统的掌握都将是您宝贵的财富。这段学习旅程,不仅是知识的积累,更是思维的升华。让我们一同开启这段探索信号与系统奥秘的精彩之旅!

用户评价

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这本书的魅力在于它能够将看似枯燥的理论,通过非常生动和贴近实际的方式呈现出来。尤其是在讲解“滤波器”的设计和应用时,我感觉自己仿佛变成了一位工程师,在动手操作。过去我对滤波器的认识,大多停留在“低通”、“高通”、“带通”这些基本分类,觉得它们就是用来“滤掉”某些频率的。但是,这本书深入探讨了不同类型滤波器的设计原理,比如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器等,并且详细分析了它们的幅频特性和相频特性。它不仅仅是给出设计公式,更是通过对这些特性的分析,让我理解了不同滤波器在实际应用中的优劣。我记得书中有一个章节,详细对比了不同滤波器设计方案在实际通信系统中的应用,比如在音频信号处理、图像去噪等场景下,选择哪种滤波器更为合适。这种“知其然,更知其所以然”的讲解方式,让我对滤波器的理解上升到了一个新的高度。而且,书中还涉及了一些数字滤波器的设计,让我看到了如何在离散时间系统中实现滤波功能,这对于现代信号处理至关重要。我非常欣赏书中对“采样定理”的深入讲解,它让我理解了连续信号转换为离散信号时,信息不丢失的根本原因,也为理解数字滤波器的设计打下了基础。这本书就像一位经验丰富的导师,不仅教我“怎么做”,更教我“为什么这么做”,让我真正掌握了滤波器设计和应用的核心。

评分

这本书绝对是我近期读过的最令人耳目一新的一本教材了。我一直觉得信号与线性系统这个领域,虽然概念清晰,但理解其内在联系和应用场景总是差点火候。这本书的出现,恰好填补了我学习过程中的这些空白。它的内容组织方式非常巧妙,不像我之前接触过的教材那样,上来就堆砌大量的数学公式和抽象定义,而是循序渐进,从最基本的信号概念入手,比如信号的分类、周期性、能量与功率等,都讲解得非常透彻。然后,逐步过渡到线性系统的基本特性,像叠加性、时不变性,这些听起来简单的性质,书中通过大量的图示和直观的例子,让我一下子就明白了它们背后的物理含义。特别是关于卷积的部分,我之前总是记不住那个公式,感觉很抽象,这本书里用了非常形象的比喻,比如“移动平均”、“滤波器”等,让我瞬间豁然开朗,感觉卷积不再是一个冰冷的数学工具,而是能够实际操作和理解的“信号处理”的核心。而且,书中提供的那些练习题,不是那种死记硬背就能做的,而是需要你真正理解概念,才能灵活运用。我花了好多时间去做那些题目,虽然有时候会卡住,但每次解决一个问题,都觉得自己的理解又上了一个台阶。书中的讲解逻辑也很顺畅,前后呼应,不会让你觉得知识点是割裂的。总的来说,这本书的优点在于它的“引导性”,它不是把知识灌输给你,而是引导你去思考,去发现,去理解,这对于我这种喜欢深度学习的读者来说,简直是福音。我强烈推荐给任何对信号与线性系统感到困惑或者想深入理解这个领域的学习者。

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这本书在介绍“卷积”这个核心概念时,给我带来了前所未有的清晰感。我之前接触过的教材,在讲到卷积时,总是直接给出一个积分或者求和公式,然后让我们去计算。我虽然能算对,但总觉得里面蕴含的意义不够直观。这本书完全颠覆了我的认知。它用了大量的图示和类比,比如将卷积比作“一个信号在另一个信号上滑动并进行加权求和”,或者将系统响应看作是输入信号与系统冲激响应的“加权平均”。这种方式让我一下子就理解了卷积的本质——它是描述一个线性时不变系统如何响应任意输入的关键操作。书中不仅详细解释了连续时间系统的卷积积分,还对离散时间系统的卷积求和进行了详尽的介绍,并且强调了它们之间的数学联系。我特别喜欢书中关于“冲激响应”的讲解,它让我明白了为什么冲激响应如此重要,因为它包含了系统的所有动态特性。通过冲激响应,我们可以预测系统对任何输入的响应,这使得系统分析和设计变得非常强大。书中还介绍了卷积定理,让我明白了在频域上,卷积对应于乘积,这极大地简化了系统的分析过程,让我看到了数学工具的威力。我感觉这本书不仅仅是教我计算,更是让我理解了卷积背后的物理意义和工程应用,它让我真正领略到了信号与系统理论的精妙之处。

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我不得不说,这本书在介绍“线性时不变系统”这个基础概念时,做得非常到位。过去我对“线性”和“时不变”这两个词的理解,大多停留在教科书上的定义,感觉它们是抽象的数学属性。但是,这本书通过大量的物理类比和实际例子,让我深刻地理解了这两个属性的内涵。比如,在讲解“线性”时,书中用电路中的叠加原理和齐次性来解释,让我明白了一个线性系统,它的响应是可以被分解和叠加的。当讲解“时不变”时,书中则用一个例子,说明无论何时施加相同的输入,系统的响应都应该是相同的。这种从具体到抽象,再从抽象回到具体的讲解方式,让我对这两个基本性质有了深刻的理解。书中还强调了线性时不变系统的“叠加原理”在系统分析中的重要性,让我明白很多复杂的系统分析都可以分解为对基本信号(如冲激信号)的响应进行叠加。我特别欣赏书中关于“系统函数”(或称传递函数)的引入,它让我明白,一个线性时不变系统的所有特性,都可以通过一个函数来概括,这大大简化了系统的分析和设计。这本书不仅仅是传递了知识,更是帮助我建立了对线性时不变系统深刻的直观认识,为我后续学习更复杂的系统理论打下了坚实的基础。

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我一直认为,一个好的教材不仅仅是知识的搬运工,更应该是思想的启蒙者。这本书在这方面做得非常到位,尤其是在关于“系统稳定性”的阐述上。过去我学习这些概念时,总是觉得它是一个很“硬”的概念,要么稳定,要么不稳定,缺乏一种更深入的理解。然而,这本书通过引入“系统响应”这个更具象的概念,比如零输入响应和零状态响应,让我看到了稳定性的不同层面。它详细讲解了如何通过分析系统的“极点”来判断稳定性,并且将这种判断与实际系统的物理行为联系起来,比如会不会出现振荡、发散等现象。我非常喜欢书中关于“因果性”、“稳定性”和“可观性”、“可控性”之间关系的探讨,这些概念在现代控制理论中至关重要,而这本书将它们串联起来,让我看到了它们之间的内在逻辑。它不仅仅是列举了这些概念,更是通过大量的例子,展示了它们在实际工程问题中的意义。比如,在分析一个反馈控制系统时,如何通过调整参数来保证系统的稳定性,以及如何通过观察系统的输出和状态来判断其是否可控和可观。书中还涉及了一些关于状态空间方法的初步介绍,让我对现代系统分析有了更宏观的认识。我感觉这本书在传递理论知识的同时,也在潜移默化地培养我解决实际问题的能力,让我觉得学习这些抽象的概念是有意义的,并且能够带来实际的价值。

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坦白说,我之前对拉普拉斯变换和Z变换的理解一直停留在“工具”的层面,觉得它们就是为了解决微分方程和差分方程的,但到底在系统分析和稳定性判断中扮演了什么角色,总觉得不够清晰。这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅是介绍了拉普拉斯变换和Z变换的定义和性质,更重要的是,它深刻地阐述了它们在连续时间和离散时间系统分析中的核心地位。书中用“复频率”的概念来解释拉普拉斯变换,让我一下子就理解了为什么它能够处理瞬态响应和系统稳定性。特别是对于根轨迹的讲解,书中的图示和分析非常到位,让我直观地看到了系统参数变化对系统稳定性的影响,这在实际工程设计中是至关重要的。当提到Z变换时,书中巧妙地将其与拉普拉斯变换类比,让我能够快速地理解其在离散系统中的作用,比如在数字滤波器设计和数字控制系统中的应用。书中对系统函数(传递函数)的定义及其重要性进行了详细的讲解,让我理解了它是系统内在特性的集中体现,通过分析系统函数的零极点,就可以全面地了解系统的行为。我特别欣赏书中关于“稳定性”的讨论,它不仅给出了代数判据,还从根轨迹和频率响应的角度进行了补充说明,让我对“稳定性”有了多维度的理解。这本书的讲解方式,让我觉得这些变换不再是抽象的数学符号,而是理解和设计动态系统的关键钥匙。

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我必须承认,这本书在处理傅里叶分析部分的时候,给了我一个全新的视角。过去我对傅里叶变换的理解,大多停留在“将时域信号分解为不同频率的正弦波之和”这个层面,觉得它是一种很“数学”的工具,应用起来总觉得有点“隔靴搔痒”。但是,这本书通过对傅里叶级数和傅里叶变换的深入剖析,结合大量的工程实例,让我看到了它在实际中的强大威力。比如,书中详细讲解了如何利用傅里叶变换来分析信号的频谱特性,理解信号的带宽,以及在通信系统中的应用,比如AM、FM调制等。我印象特别深刻的是,书中用一个生动的比喻,将傅里叶变换比作“音乐的乐谱”,时域是演奏的声音,频域则是谱上的音符,不同音符代表不同频率的成分,这样一来,理解信号的频率构成和信息内容就变得直观多了。书中对傅里叶变换的收敛性、性质(如时移、频移、卷积定理等)也都做了非常严谨而又不失趣味的推导和阐述,特别是对卷积定理在频域的解读,让我理解了为什么它在系统分析中如此重要。而且,书中还特别提到了离散时间傅里叶变换(DTFT)和离散傅里叶变换(DFT),以及它们之间的联系和区别,这对于处理实际的数字信号处理问题至关重要。我特别喜欢书中给出的那些由浅入深的例题,它们不仅巩固了理论知识,还教会了我如何实际运用这些工具来解决工程问题。对于那些在傅里叶变换这块“硬骨头”上卡住的学习者来说,这本书绝对是一本宝藏,它能让你真正领略到傅里叶变换的魅力。

评分

对于很多初学者来说,“系统辨识”这个概念听起来可能有些遥远,但这本书却把它讲得非常生动和实用。我之前对这个概念的理解,就停留在“通过观察系统的输入输出,来反推系统的模型”这样一个模糊的认识。这本书则通过一系列具体的例子,让我看到了系统辨识在实际工程中的巨大价值。它详细介绍了如何利用最小二乘法等经典方法来辨识线性系统的参数,并且解释了这些方法背后的数学原理。我印象特别深刻的是,书中提供了一个实际的例子,比如如何利用传感器的测量数据,来辨识一个机械臂的动力学模型,从而进行精确的控制。这种将抽象理论与具体工程问题相结合的方式,让我觉得学习过程充满成就感。书中还讨论了系统辨识的一些挑战,比如噪声的影响、模型选择的困难等,并且给出了一些应对的策略。这让我明白,理论上的模型辨识并非易事,需要结合实际情况进行权衡。我尤其欣赏书中对“模型阶数选择”的讨论,它让我理解了如何在保证模型足够精确的同时,避免引入不必要的复杂度。总而言之,这本书不仅仅是介绍了系统辨识的方法,更重要的是,它让我体会到了如何将理论知识应用于实际问题,解决工程中的“未知”挑战,这对于我来说是宝贵的经验。

评分

这本书的章节安排和内容深度,让我感觉像是在进行一场精心设计的“知识探险”。它不仅仅是罗列知识点,而是循序渐进地引导读者去探索。我特别喜欢书中在讲解“状态空间方法”时,没有直接扔给我一堆矩阵方程,而是先从“系统模型”的建立入手,讨论了如何用一组“状态变量”来完整地描述一个系统的内部动态。这种由“宏观”到“微观”的思路,让我更容易理解状态空间方程的意义。书中详细解释了状态向量、状态方程和输出方程的物理含义,并且通过一些简单的物理系统(比如RLC电路、弹簧-阻尼系统)的例子,让我看到了状态空间方法在描述和分析这些系统时的强大之处。我印象深刻的是,书中还初步介绍了状态反馈控制和能观测性、可控性等概念,让我看到了状态空间方法在现代控制理论中的核心地位。它不仅仅是一个数学工具,更是一种理解和设计动态系统的强大框架。这本书的讲解方式,让我觉得学习状态空间方法不再是畏惧,而是一种充满探索乐趣的过程,它为我打开了通往更高级系统理论的大门,让我对未来的学习充满了期待。

评分

这本书在阐述“信号的采样与重建”这一关键环节时,简直是我的“救星”。我之前在学习数字信号处理时,对采样定理的理解总是有些似懂非懂,总觉得它是一个“魔法”,能让连续信号变成离散信号而不丢失信息。这本书用非常清晰的逻辑和详实的图示,让我彻底理解了其中的奥秘。它详细讲解了奈奎斯特定理,并且通过对“混叠”现象的深入分析,让我明白了为什么采样率必须大于信号最高频率的两倍。书中还介绍了如何通过“理想低通滤波器”来进行信号的重建,并且解释了为什么在实际中,这种理想滤波器是难以实现的,从而引出了“非理想采样”和“零阶保持”等概念。我特别喜欢书中对“零阶保持”的讲解,它用一个形象的比喻,将离散的样本点看作是“台阶”,然后用这些台阶来近似原始的连续信号,让我一下子就理解了它带来的“失真”。书中还讨论了采样过程中的一些实际问题,比如采样抖动、量化误差等,并且分析了它们对信号重建的影响。这种深入浅出的讲解方式,让我不仅仅是记住了公式,更是理解了背后的物理原理和工程实践,为我今后进行数字信号处理打下了坚实的基础。

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