信號(hào)與系統(tǒng)分析

前言

　　本書是2003年科學(xué)出版社出版的本科生教材《信號(hào)與系統(tǒng)分析》的第二版。雖然是為了滿足電氣工程類及其相關(guān)專業(yè)“信號(hào)與系統(tǒng)”主干課程的教學(xué)需要而編寫的，但是，正如Alan V.Oppentaeim等在他們編著的“Signals＆Systeros”的第二版前言所說，信號(hào)與系統(tǒng)“while sLmh courses are frequently foLmd in electrical engi-neering curricula，the ccmcept s and teehniqles that fornl the core of the subject areof fLindameiltal importance in all erlgineering disciplines”。的確，信號(hào)與系統(tǒng)的概念出現(xiàn)在各種領(lǐng)域中，范圍極為廣泛，與這些概念相關(guān)的思想和方法在科學(xué)技術(shù)的很多領(lǐng)域起著重要的作用。盡管在各個(gè)不同的領(lǐng)域中所出現(xiàn)的信號(hào)與系統(tǒng)的物理性質(zhì)可能完全不同，并且表現(xiàn)形式各異，但究其本質(zhì)而言，均具有兩個(gè)基本的共同點(diǎn)：第一，信號(hào)是變量（一個(gè)或多個(gè)變量）的函數(shù)，包含了某些不同性質(zhì)的現(xiàn)象的信息，只不過是領(lǐng)域不同，有不同的叫法而已。例如，可以不稱其為信息，而稱其為刺激、沖激、激勵(lì)或影響因素等；第二，系統(tǒng)總是對(duì)給定（輸入）的信號(hào)作出響應(yīng)而產(chǎn)生另外的（新的）信號(hào)輸出，或是產(chǎn)生某些所需的特性（結(jié)果）。例如，一個(gè)電路就是一個(gè)系統(tǒng)，電流或電壓信號(hào)是時(shí)間的函數(shù)，包含了電流或電壓的大小、頻率和相位等信息。對(duì)于同一個(gè)電路，在輸入不同的電流時(shí)，電路將產(chǎn)生不同的電壓輸出；對(duì)于不同的電路，在輸入相同的電流時(shí)，電路也將產(chǎn)生不同的電壓輸出。理論上這是系統(tǒng)輸入、系統(tǒng)函數(shù)、系統(tǒng)輸出三者的函數(shù)關(guān)系。又如一部汽車，也是一個(gè)系統(tǒng)。汽車發(fā)動(dòng)信號(hào)是時(shí)間的函數(shù)，包含了手剎的位置、擋位、燈光、轉(zhuǎn)向指示燈、溫度、油門等信息；駕駛員踩油門是給汽車一個(gè)輸入信號(hào)，汽車就會(huì)加速行駛，這是汽車對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)而產(chǎn)生的輸出。同一個(gè)司機(jī)所踩油門開啟的大小不同，對(duì)于同一部汽車，其行駛速度快慢不同；同一個(gè)司機(jī)所踩油門開啟的大小相同，對(duì)于不同的汽車，其行駛速度快慢也不相同。理論上這同樣也是系統(tǒng)輸入、系統(tǒng)函數(shù)、系統(tǒng)輸出三者的函數(shù)關(guān)系。所以，“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的一些基本概念和方法，對(duì)于所有工程類的專業(yè)來說都是很重要的?！　￡P(guān)于對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的處理和論述的基本宗旨和看法，第二版與第一版基本相同，保持了第一版的特點(diǎn)。但是第二版在內(nèi)容的組織和選取上有較大的變化，并有較多的增補(bǔ)，其中最大的變化是應(yīng)用了MATLAB工具，使信號(hào)與系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法得以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，并增加了新的解題方法。全書新增例題27個(gè)，強(qiáng)化在電氣工程中的應(yīng)用知識(shí)。對(duì)模擬濾波器的設(shè)計(jì)作了大幅度刪減，對(duì)第一版中的第1章和第2章的內(nèi)容也作了較大的調(diào)整，新增精選習(xí)題13個(gè)，從而使第二版教材在結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)容取舍等方面更具合理性、系統(tǒng)性和科學(xué)性，理論聯(lián)系實(shí)際，更好地滿足課程教學(xué)的需要。

內(nèi)容概要

本書全面系統(tǒng)地論述了信號(hào)與系統(tǒng)分析的基本理論、分析方法及其主要應(yīng)用，并對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)作了簡(jiǎn)要的介紹。全書共7章，內(nèi)容包括信號(hào)與系統(tǒng)概述、LTI系統(tǒng)的時(shí)域分析、連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的Fourier分析、離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的Fourier分析、Laplace變換與LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的S域分析、Z變換與LTI離散時(shí)間系統(tǒng)的z域分析，以及連續(xù)時(shí)間與離散時(shí)間系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析。本書第二版增加了MATLAB分析方法。書中每章都有一定數(shù)量的例題、足夠數(shù)量的精選習(xí)題，供讀者作業(yè)和復(fù)習(xí)時(shí)選用。    本書可作為電氣工程類、自動(dòng)化類專業(yè)的本科生教材，也可供相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第二版前言第一版前言第1章  信號(hào)與系統(tǒng)概述  1.1  信號(hào)    1.1.1  信號(hào)的定義    1.1.2  信號(hào)的分類    1.1.3  信號(hào)的分解    1.1.4  信號(hào)分析與處理  1.2  連續(xù)時(shí)間信號(hào)    1.2.1  常見的連續(xù)時(shí)間信號(hào)    1.2.2  連續(xù)時(shí)間信號(hào)的基本運(yùn)算與波形變換    1.2.3  連續(xù)時(shí)間信號(hào)的MATLAB分析    1.2.4  用δ(t)表示連續(xù)時(shí)間信號(hào)  1.3  離散時(shí)間信號(hào)-序列    1.3.1  常見的離散時(shí)間信號(hào)    1.3.2  離散時(shí)間信號(hào)的基本運(yùn)算    1.3.3  序列的周期性和能量    1.3.4  用δ(n)表示離散時(shí)間信號(hào)  1.4  系統(tǒng)    1.4.1  系統(tǒng)的定義    1.4.2  系統(tǒng)的分類    1.4.3  系統(tǒng)的表示    1.4.4  系統(tǒng)間相互聯(lián)結(jié)  1.5  線性時(shí)不變系統(tǒng)    1.5.1  線性系統(tǒng)    1.5.2  時(shí)不變系統(tǒng)    1.5.3  因果系統(tǒng)    1.5.4  穩(wěn)定系統(tǒng)    1.5.5  可逆系統(tǒng)    1.5.6  系統(tǒng)分析方法  習(xí)題1第2章  LTI系統(tǒng)的時(shí)域分析  2.1  LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)：卷積積分    2.1.1  卷積積分    2.1.2  卷積積分的圖解計(jì)算    2.1.3  卷積積分的性質(zhì)  2.2  LTI離散時(shí)間系統(tǒng)：卷積和    2.2.1  卷積和    2.2.2  卷積和的計(jì)算    2.2.3  卷積和的運(yùn)算規(guī)律  2.3  LTI系統(tǒng)的性質(zhì)    2.3.1  系統(tǒng)的記憶性    2.3.2  系統(tǒng)的可逆性    2.3.3  系統(tǒng)的穩(wěn)定性    2.3.4  系統(tǒng)的因果性  2.4  LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及求解    2.4.1  LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型——線性常系數(shù)微分方程    2.4.2  微分算子與微分方程    2.4.3  求解線性常系數(shù)微分方程  2.5  LTI離散時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及求解    2.5.1  LTI離散時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型——線性常系數(shù)差分方程    2.5.2  經(jīng)典法求解常系數(shù)線性差分方程    2.5.3  遞推法求解常系數(shù)線性差分方程    2.5.4  零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)法求解常系數(shù)線性差分方程  2.6  微分方程在時(shí)間上的離散化  2.7  LTI系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖表示    2.7.1  LTI離散時(shí)間系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖表示    2.7.2  LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖表示  習(xí)題2第3章  連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的Fourier分析  3.1  周期信號(hào)的表示——連續(xù)時(shí)間Fourier級(jí)數(shù)    3.1.1  周期信號(hào)    3.1.2  周期信號(hào)的表示——連續(xù)時(shí)間Fourier級(jí)數(shù)    3.1.3  Fourier級(jí)數(shù)系數(shù)的確定  3.2  非周期信號(hào)的表示——連續(xù)時(shí)間Fourier變換    3.2.1  非周期信號(hào)    3.2.2  Fourier變換的導(dǎo)出  3.3  Gibbs(吉伯斯)效應(yīng)    3.3.1  Fourier級(jí)數(shù)的收斂.    3.3.2  Fourier變換的收斂    3.3.3  Gilbbs效應(yīng)  3.4  周期信號(hào)的Fourier變換    3.4.1  Fourier級(jí)數(shù)系數(shù)作為一個(gè)周期內(nèi)的Fourier變換的樣本    3.4.2  周期信號(hào)的Fourier變換  3.5  連續(xù)時(shí)間Fourier變換的性質(zhì)    3.5.1  線性    3.5.2  時(shí)移和頻移性質(zhì)    3.5.3  對(duì)偶性    3.5.4  共軛及共軛對(duì)稱性    3.5.5  時(shí)域微分和積分    3.5.6  尺度變換    3.5.7  頻域微分特性    3.5.8  時(shí)域和頻域卷積定理  3.6  LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的頻域分析    3.6.1  LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的頻域分析    3.6.2  系統(tǒng)的頻域響應(yīng)    3.6.3  電路系統(tǒng)的頻域分析  3.7  連續(xù)時(shí)間信號(hào)的采樣    3.7.1  采樣過程    3.7.2  采樣定理  3.8  無失真?zhèn)鬏斉c濾波    3.8.1  信號(hào)的無失真?zhèn)鬏?   3.8.2  信號(hào)的濾波  習(xí)題3第4章  離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的Fourier分析  4.1  離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)    4.1.1  系統(tǒng)的頻率響應(yīng)    4.1.2  系統(tǒng)頻率響應(yīng)的兩個(gè)特征  4.2  離散信號(hào)(序列)的Fourier變換    4.2.1  序列的Fourier變換    4.2.2  輸出序列與輸入序列Fourier變換間的關(guān)系    4.2.3  序列Fourier變換的對(duì)稱性  4.3  離散Fourier級(jí)數(shù)    4.3.1  離散Fourier級(jí)數(shù)    4.3.2  離散FourIer級(jí)數(shù)的性質(zhì)  4.4  離散Fourier變換    4.4.1  離散Fourier變換    4.4.2  離散Fourier·變換的性質(zhì)    4.4.3  用DFT計(jì)算線性卷積  4.5  快速Fourier變換    4.5.1  FFT的基本思想    4.5.2  按時(shí)間抽取的FFT算法    4.5.3  按頻率抽取的FFT算法    4.5.4  IFFFT計(jì)算方法    4.5.5  快速Fourier變換的應(yīng)用  習(xí)題4第5章  Laplace變換與LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的S域分析  5.1  Laplace變換    5.1.1  Laplace變換的定義    5.1.2  Laplace變換的收斂域  5.2  Laplace反變換    5.2.1  部分分式展開法    5.2.2  留數(shù)定理法    5.2.3  數(shù)值法  5.3  Laplace變換的性質(zhì)  5.4  用Laplace變換法分析電路    5.4.1  Laplace變換的優(yōu)點(diǎn)    5.4.2  電路及元件的Laplace變換  5.5  高速LapIace反變換    5.5.1  FILT的理論推導(dǎo)    5.5.2  Euler變換    5.5.3  FILT的計(jì)算程序  5.6  LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的S域分析    5.6.1  S域分析法    5.6.2  計(jì)算系統(tǒng)函數(shù)    5.6.3  系統(tǒng)函數(shù)零極點(diǎn)分布與LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域特性    5.6.4  系統(tǒng)函數(shù)零極點(diǎn)分布與LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)頻率特性    5.6.5  波特圖  5.7  模擬濾波器    5.7.1  模擬濾波器的原理    5.7.2  模擬濾波器的分類    5.7.3  模擬濾波器的設(shè)計(jì)  習(xí)題5第6章  Z變換與LTI離散時(shí)間系統(tǒng)的z域分析  6.1  Z變換    6.1.1  Z變換的定義    6.1.2  Z變換的收斂域    6.1.3  幾種常見的典型序列的Z變換及收斂域  6.2  Z反變換    6.2.1  Z反變換公式    6.2.2  留數(shù)定理法    6.2.3  冪級(jí)數(shù)法    6.2.4  部分分式展開法  6.3  Z變換的性質(zhì)  6.4  Laplace變換、Fourier變換與Z變換的關(guān)系    6.4.1  Z變換與Laplace變換的關(guān)系    6.4.2  Z變換與Fourier變換的關(guān)系    6.4.3  序列的Fourier變換與Laplace變換的關(guān)系  6.5  LTI離散時(shí)間系統(tǒng)的Z域分析    6.5.1  利用Z變換解線性常系數(shù)差分方程    6.5.2  系統(tǒng)函數(shù)和差分方程的關(guān)系    6.5.3  系統(tǒng)函數(shù)極點(diǎn)分布對(duì)LTI離散時(shí)問系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響  6.6  頻域采樣    6.6.1  DFT和Z變換與Fourier變換的關(guān)系    6.6.2  頻域采樣  6.7  數(shù)字濾波器    6.7.1  數(shù)字濾波器的原理    6.7.2  FIR數(shù)字濾波器    6.7.3  IIR數(shù)字濾波器  習(xí)題6第7章  連續(xù)時(shí)間與離散時(shí)間系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析  7.1  狀態(tài)變量和狀態(tài)方程    7.1.1  系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)變量    7.1.2  狀態(tài)方程與輸出方程  7.2  狀態(tài)方程的建立    7.2.1  連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立    7.2.2  離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立  7.3  連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的解法    7.3.1  連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的時(shí)域解法    7.3.2  連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的s域解法  7.4  離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的解法    7.4.1  離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的時(shí)域解法    7.4.2  離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的Z變換解法  7.5  系統(tǒng)的穩(wěn)定性    7.5.1  連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的穩(wěn)定性    7.5.2  離散時(shí)間系統(tǒng)的穩(wěn)定性  7.6  系統(tǒng)的可控性和可觀測(cè)性    7.6.1  系統(tǒng)的可控性    7.6.2  系統(tǒng)的可觀測(cè)性  習(xí)題7附錄A  矩陣函數(shù)的計(jì)算附錄B  凱萊-哈密頓定理參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章 信號(hào)與系統(tǒng)概述　　1.1 信號(hào)　　信號(hào)與系統(tǒng)的概念出現(xiàn)在各種領(lǐng)域中，而與其概念相關(guān)的思想和方法在各種領(lǐng)域中起著重要的作用。盡管在不同領(lǐng)域中出現(xiàn)的信號(hào)與系統(tǒng)的物理性質(zhì)各異，但均具有兩個(gè)基本的共同點(diǎn)：其一，作為變量函數(shù)的信號(hào)包含了某些現(xiàn)象性質(zhì)的信息；其二，系統(tǒng)總是對(duì)給定的信號(hào)作出響應(yīng)而產(chǎn)生另外的信號(hào)輸出或產(chǎn)生某些所需的特性。本章討論信號(hào)與系統(tǒng)的定義、分類、表示，給出常見的連續(xù)時(shí)間與離散時(shí)間信號(hào)及其基本運(yùn)算方法，在此基礎(chǔ)上討論并分析線性時(shí)不變系統(tǒng)?！　?.1.1 信號(hào)的定義　　當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了信息時(shí)代，人們每時(shí)每刻都可以從各種媒體上獲得許多信息。這些信息日益深入地影響人們的日常生活和各種活動(dòng)。實(shí)際上，不僅僅是人類社會(huì)能接受信息，其他生物或非生物也能接受信息或受到信息的作用和影響，只不過是領(lǐng)域不同，有不同的叫法而已。例如，我們可以不稱其為信息，而稱其為刺激、沖激、激勵(lì)或影響因素等。那么，信息究竟是什么？信息是指人類社會(huì)和自然界中需要傳送、交換、存儲(chǔ)和提取的有一定意義的內(nèi)容。信號(hào)就是信息的載體，是信息的物理表現(xiàn)。信息是豐富多彩的。　　……

編輯推薦

　　·以并行方式建立了連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)和離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的分析方法　　·將連續(xù)和離散的基本概念和共性問題，以先連續(xù)后離散的方式糅合在一起　　·將MATLAB直接作為解題工具使用，理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合　　·配有足夠數(shù)量的例題，以培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力　　·配有《信號(hào)與系統(tǒng)分析學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解》及電子課件，電子課件可贈(zèng)送給　　任課教師

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