信號(hào)與系統(tǒng)分析

前言

　　信號(hào)與系統(tǒng)分析是高等院校電子信息類專業(yè)本科生的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，其內(nèi)容是研究信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念和基本分析方法。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可初步認(rèn)識(shí)如何建立信號(hào)與系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、如何求解系統(tǒng)響應(yīng)，并對(duì)所得結(jié)果予以物理意義。　　本書根據(jù)高等院校電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)對(duì)該門課程的基本要求編寫，參考學(xué)時(shí)數(shù)為64學(xué)時(shí)。本書內(nèi)容精選、加強(qiáng)基礎(chǔ)、例題典型、重點(diǎn)突出；在文字論述上力求簡(jiǎn)潔明了、通俗易懂；在方法上力求使學(xué)生在學(xué)習(xí)信號(hào)與系統(tǒng)分析的基本理論和方法的同時(shí)，深入掌握MATLAB的使用，將大量繁雜數(shù)學(xué)運(yùn)算用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，并將課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)及課后練習(xí)用MATLAB進(jìn)行形象、直觀的計(jì)算機(jī)模擬與仿真實(shí)現(xiàn)，從而加深對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)基本原理、方法及應(yīng)用的理解，從基本理論過(guò)渡到實(shí)際應(yīng)用?！　”緯晒鹆蛛娮涌萍即髮W(xué)徐亞寧、桂林電子科技大學(xué)信息科學(xué)院李和擔(dān)任主編，廣西大學(xué)行健學(xué)院趙玲峰、廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院曹乃文、桂林理工大學(xué)博文管理學(xué)院雷亞平參加了部分章節(jié)的編寫，桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院唐璐舟、周斌參加了部分程序的編寫?！　∠抻诰幷咚?，書中還會(huì)存在疏漏和差錯(cuò)，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正！

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)論述了信號(hào)與系統(tǒng)分析的基本理論和方法，以及利用MATLAB進(jìn)行信號(hào)與系統(tǒng)分析的方法。全書共7章，內(nèi)容包括緒論、連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析、連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析、連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析、離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析、離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的z域分析、系統(tǒng)的信號(hào)流圖和模擬。    本書力求使學(xué)生在學(xué)習(xí)信號(hào)與系統(tǒng)分析的基本理論和方法的同時(shí)，深入掌握MATLAB的使用，將大量繁雜數(shù)學(xué)運(yùn)算用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，并將課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)及課后練習(xí)用MATLAB進(jìn)行形象、直觀的計(jì)算機(jī)模擬與仿真實(shí)現(xiàn)，從而加深對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)基本原理、方法及應(yīng)用的理解，從基本理論過(guò)渡到實(shí)際應(yīng)用。本書各章均附有相應(yīng)的上機(jī)練習(xí)題，供讀者在學(xué)習(xí)完各章內(nèi)容后進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐。    本書構(gòu)思新穎，實(shí)踐性強(qiáng)，內(nèi)容敘述清楚，深入淺出，所有應(yīng)用實(shí)例均通過(guò)MATLAB上機(jī)調(diào)試。    本書可作為普通高等學(xué)校電氣信息類及相關(guān)專業(yè)的教材，也可作為?？?、高職及函授教材和相關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  信號(hào)與系統(tǒng)  1.2  信號(hào)的描述與分類  1.3  系統(tǒng)的描述與分類  1.4  信號(hào)與系統(tǒng)分析方法概述  1.5  MATLAB基本知識(shí)    1.5.1  MATLAB簡(jiǎn)介    1.5.2  MATLAB快速入門  習(xí)題第2章  連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析  2.1  常用信號(hào)及信號(hào)的基本運(yùn)算    2.1.1  常用信號(hào)    2.1.2  信號(hào)的基本運(yùn)算    2.1.3  常用信號(hào)及其運(yùn)算的MATLAB實(shí)現(xiàn)  2.2  單位階躍信號(hào)和單位沖激信號(hào)    2.2.1  單位階躍信號(hào)    2.2.2  單位沖激信號(hào)    2.2.3  沖激信號(hào)的性質(zhì)    2.2.4  階躍信號(hào)和沖激信號(hào)的MATLAB表示  2.3  連續(xù)系統(tǒng)及其描述  2.4  連續(xù)系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)    2.4.1  連續(xù)系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)求解    2.4.2  連續(xù)系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)的MATLAB實(shí)現(xiàn)  2.5  沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)    2.5.1  沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)的定義及計(jì)算    2.5.2  沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)的MATLAB實(shí)現(xiàn)  2.6  連續(xù)系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)——卷積積分    2.6.1  卷積積分    2.6.2  卷積積分的圖解法    2.6.3  卷積積分的MATLAB實(shí)現(xiàn)  2.7  連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域分析    2.7.1  連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域分析    2.7.2  利用MATLAB求解零狀態(tài)響應(yīng)  習(xí)題  上機(jī)練習(xí)第3章  連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析  3.1  周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)分析    3.1.1  三角函數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù)    3.1.2  指數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù)    3.1.3  周期信號(hào)頻譜的特點(diǎn)    3.1.4  周期信號(hào)頻譜分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)  3.2  非周期信號(hào)的傅里葉變換分析    3.2.1  從傅里葉級(jí)數(shù)到傅里葉變換    3.2.2  頻譜函數(shù)F(jω)的特性    3.2.3  典型非周期信號(hào)的傅里葉變換    3.2.4  非周期信號(hào)頻譜的MATLAB求解  3.3  傅里葉變換的性質(zhì)    3.3.1  線性特性    3.3.2  對(duì)稱特性    3.3.3  時(shí)移特性    3.3.4  頻移特性    3.3.5  時(shí)頻展縮特性    3.3.6  時(shí)域微分特性    3.3.7  頻域微分特性    3.3.8  時(shí)域積分特性    3.3.9  卷積特性(卷積定理)  3.4  連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析    3.4.1  系統(tǒng)頻域分析法    3.4.2  系統(tǒng)頻域分析法舉仇    3.4.3  連續(xù)信號(hào)頻域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)    3.4.4  用MATLAB計(jì)算連續(xù)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)  3.5  連續(xù)系統(tǒng)頻域分析應(yīng)用舉例    3.5.1  無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)    3.5.2  理想低通濾波器    3.5.3  調(diào)制與解調(diào)  3.6  抽樣及抽樣定理    3.6.1  信號(hào)的抽樣    3.6.2  時(shí)域抽樣定理  習(xí)題  上機(jī)練習(xí)第4章  連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析  4.1  拉普拉斯變換    4.1.1  單邊拉普拉斯變換    4.1.2  拉普拉斯變換的收斂域    4.1.3  常用信號(hào)的拉普拉斯變換  4.2  單邊拉普拉斯變換的性質(zhì)    4.2.1  線性特性    4.2.2  時(shí)移特性    4.2.3  復(fù)頻移(s域平移)特性    4.2.4  尺度變換(時(shí)-復(fù)頻展縮)特性    4.2.5  時(shí)域卷積定理    4.2.6  微分定理  4.3  拉普拉斯變換的MATLAB實(shí)現(xiàn)  4.4  部分分式展開及拉普拉斯逆變換的MATLAB實(shí)現(xiàn)  4.5  連續(xù)系統(tǒng)的復(fù)頻域分析    4.5.1  微分方程的拉普拉斯變換求解    4.5.2  電路網(wǎng)絡(luò)的復(fù)頻域模型分析法    4.5.3  系統(tǒng)函數(shù)(轉(zhuǎn)移函數(shù))    4.5.4  連續(xù)系統(tǒng)復(fù)頻域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)    4.5.5  利用MATLAB分析H(s)的零極點(diǎn)與系統(tǒng)特性  習(xí)題  上機(jī)練習(xí)第5章  離散信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析  5.1  離散信號(hào)    5.1.1  離散信號(hào)概述    5.1.2  典型的離散信號(hào)    5.1.3  典型離散信號(hào)的MATLAB表示  5.2  離散信號(hào)的基本運(yùn)算及MATLAB實(shí)現(xiàn)  5.3  離散系統(tǒng)及其描述  5.4  離散系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)    5.4.1  離散系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)求解    5.4.2  用MATLAB求解離散系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)  5.5  離散系統(tǒng)的單位樣值響應(yīng)    5.5.1  單位樣值響應(yīng)的定義及求解    5.5.2  用MATLAB求解離散系統(tǒng)的單位樣值響應(yīng)  5.6  離散系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)一一卷積和    5.6.1  卷積和的定義    5.6.2  卷積和的計(jì)算    5.6.3  卷積和及系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)的MATLAB實(shí)現(xiàn)  5.7  離散系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)域分析    5.7.1  離散系統(tǒng)的時(shí)域分析    5.7.2  離散系統(tǒng)時(shí)域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)  習(xí)題  上機(jī)練習(xí)第六章  離散信號(hào)與系統(tǒng)的Z域分析  6.1  離散信號(hào)的z變換    6.1.1  z變換的定義    6.1.2  常用離散信號(hào)的單邊z變換  6.2  z變換的基本性質(zhì)    6.2.1  線性    6.2.2  移位特性    6.2.3  尺度變換特性    6.2.4  時(shí)間翻轉(zhuǎn)特性    6.2.5  z域微分(時(shí)域線性加權(quán))    6.2.6  卷積定理  6.3  利用MATLAB計(jì)算z變換和逆z變換  6.4  離散系統(tǒng)的z域分析    6.4.1  差分方程的變換解    6.4.2  系統(tǒng)函數(shù)    6.4.3  離散系統(tǒng)因果性、穩(wěn)定性與H(z)的關(guān)系    6.4.4  離散系統(tǒng)z域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)    6.4.5  利用MATLAB分析H(z)的零極點(diǎn)與系統(tǒng)特性    6.4.6  利用MATLAB求解離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)  習(xí)題  上機(jī)練習(xí)第7章  系統(tǒng)的信號(hào)流圖及模擬  7.1  系統(tǒng)的信號(hào)流圖  7.2  系統(tǒng)的信號(hào)流圖模擬    7.2.1  直接形式(卡爾曼形式)    7.2.2  串聯(lián)形式(級(jí)聯(lián)形式)    7.2.3  并聯(lián)形式    習(xí)題附錄A  部分分式展式  A.1  F(s)的D(s)中都是單實(shí)根  A.2  F(s)的D(s)中有重根  A.3  F(s)的D(s)中有共軛復(fù)根附錄B  卷積積分表附錄C  常用周期信號(hào)的傅里葉系數(shù)表附錄D  常用信號(hào)的傅里葉變換及其頻譜圖附錄E  傅里葉變換的性質(zhì)附錄F  常用信號(hào)的拉普拉斯變換附錄G  單邊拉普拉斯變換的性質(zhì)附錄H  常用序列單、雙邊z變換對(duì)附錄I  單、雙邊z變換的性質(zhì)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　在人類認(rèn)識(shí)和改造自然界的過(guò)程中都離不開獲取自然界的信息。所謂信息，是指存在于客觀世界的一種事物形象。千萬(wàn)年來(lái)，人類用自己的感覺器官?gòu)目陀^世界獲取各種信息，如語(yǔ)言、文字、圖像、聲音、自然景物等?？梢哉f(shuō)，我們是生活在信息的海洋之中，因此獲取信息的活動(dòng)是人類最基本的活動(dòng)之一。　　信息和消息密切相關(guān)，所謂消息，是指用來(lái)表達(dá)信息的某種客觀對(duì)象，如電報(bào)中的電文、電話中的聲音、電視中的圖像等都是消息。通常我們把欲傳輸?shù)恼Z(yǔ)言、圖像、文字、數(shù)碼等統(tǒng)稱為信息?！　『芫靡詠?lái)，人類曾尋求各種方法來(lái)傳遞信息（消息）。從利用手勢(shì)、聲音、光這類非語(yǔ)言傳播發(fā)展到語(yǔ)言傳播，是人類信息傳播史上的第一次革命；文字的出現(xiàn)，印刷術(shù)、紙張的發(fā)明和推廣使用，是人類信息傳播史上的第二次革命；第三次信息傳播革命是與電磁波傳播媒介聯(lián)系在一起的，如電報(bào)、電話、無(wú)線電廣播、電視乃至通信衛(wèi)星等一系列現(xiàn)代電磁波傳播媒介的發(fā)現(xiàn)，這是人類信息傳播史上具有劃時(shí)代意義的革命。可見，消息的傳送一般不是直接的，而必須借助于一定形式的信號(hào)才便于傳輸和處理。所以，信號(hào)是指消息的表現(xiàn)形式，如電信號(hào)、光信號(hào)和聲音信號(hào)等。本課程著重研究電信號(hào)的分析、傳輸和處理。由于信號(hào)是帶有信息的某種物理量，這些物理量的變化包含著信息，因此更具體地將信號(hào)定義為帶有信息的隨時(shí)間變化的物理量?！　榱藢?shí)現(xiàn)某些特定的功能（如能量轉(zhuǎn)換或處理信息），人們把若干個(gè)部件有機(jī)地組合成一個(gè)整體，這樣的一個(gè)整體就是一個(gè)系統(tǒng)。所以，我們將系統(tǒng)定義為由若干相互作用和相互依賴的事物組合而成的具有特定功能的整體。如通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)等。系統(tǒng)的概念不僅適用于自然科學(xué)領(lǐng)域，還適用于社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域。圖1-1就是一個(gè)典型的通信系統(tǒng)示意圖?！　⌒盘?hào)、電路與系統(tǒng)之間有著十分密切的聯(lián)系。信號(hào)作為運(yùn)載信息的工具，而電路或系統(tǒng)則作為傳送信號(hào)或?qū)π盘?hào)進(jìn)行加工處理的組合。

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