信號與線性系統(tǒng)（上冊）

前言

　　本書是1992年《信號與線性系統(tǒng)》第三版的修訂版本。新版本在內(nèi)容上仍然覆蓋了信號與系統(tǒng)課程教學(xué)基本要求的所有內(nèi)容，在體系結(jié)構(gòu)上保留了原書的特色。按照先連續(xù)系統(tǒng)后離散系統(tǒng)、先時域分析法后變換域分析法、先輸入輸出描述后狀態(tài)空間描述、先確定信號后隨機(jī)信號的順序，對信號與系統(tǒng)的分析方法進(jìn)行了全面的介紹，由淺入深，由簡單到復(fù)雜，將一些基本概念和基本分析方法逐步引出。同時，根據(jù)當(dāng)前信息和通信技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，結(jié)合高校教學(xué)改革的形勢和要求，綜合近十年來教學(xué)實踐中的經(jīng)驗和教學(xué)需要，對教材內(nèi)容進(jìn)行了修訂，以期能夠更好地為各個高校信號與系統(tǒng)課程的教學(xué)服務(wù)。　　與上一版相比，本書最大區(qū)別在于在第八章z變換之后增加了離散傅里葉變換和數(shù)字濾波器兩章的內(nèi)容，在以往的教學(xué)體系中這些內(nèi)容都是出現(xiàn)在專業(yè)課《數(shù)字信號處理》中的。增加這兩章的原因是多方面的。首先，這些內(nèi)容已經(jīng)與前面兩章的內(nèi)容構(gòu)成了一個完整的體系，引入這些內(nèi)容使離散時間信號與系統(tǒng)分析的內(nèi)容更加完善。其次，這也是工程應(yīng)用的需要。離散傅里葉變換作為一個重要的數(shù)學(xué)工具，在通信、自動控制和信息處理等各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，原書僅在第八章中用一個小節(jié)介紹這些方面的內(nèi)容顯然不能滿足讀者的需要，所以在本版中對離散傅里葉變換作了較詳細(xì)的介紹，包括其性質(zhì)、應(yīng)用、快速算法以及由此引出的循環(huán)卷積運(yùn)算等內(nèi)容，以滿足讀者對這些方面的要求。同時，隨著計算機(jī)技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，在很多場合連續(xù)信號處理的工作是由離散時間系統(tǒng)進(jìn)行的，數(shù)字濾波器在工程中的應(yīng)用越來越多，這就要求從事這方面工作的技術(shù)人員能夠深入了解數(shù)字濾波器的工作原理，能夠根據(jù)實際工作的要求設(shè)計出數(shù)字濾波器。所以在第十章中，我們重點介紹了數(shù)字濾波器處理連續(xù)信號的工作原理以及FIR、IIR濾波器的設(shè)計方法。在對IIR濾波器設(shè)計方法的介紹中，避開復(fù)雜的模擬濾波器的設(shè)計方法，重點討論了如何以已知的模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為原型設(shè)計出數(shù)字濾波器，而對于如何求出原型模擬濾波器未作詳細(xì)介紹，只是以例題的方式給出了一個比較容易計算和理解的巴特沃思濾波器設(shè)計的例子。在很多工程應(yīng)用中，利用巴特沃思濾波器設(shè)計出的數(shù)字濾波器基本上能夠滿足需要。而對于FIR濾波器，由于它容易實現(xiàn)線性相位、設(shè)計方法簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定性容易得到保證等種種優(yōu)點，是第十章介紹的重點。通過第十章的學(xué)習(xí)，讀者基本上可以設(shè)計出滿足工程應(yīng)用需要的數(shù)字濾波器。

內(nèi)容概要

　　《信號與線性系統(tǒng)（上）（第4版）》作者在第3版的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前信息和通信技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合高校教學(xué)改革的形勢和要求，綜合近十年來的教學(xué)實踐，對教材作出修訂。與上版相比，《信號與線性系統(tǒng)（上）（第4版）》保留了大部分原有內(nèi)容，最大的改動是增加了離散傅里葉變換和數(shù)字濾波器這兩章。上冊的具體內(nèi)容是：緒論、連續(xù)時間系統(tǒng)的時域分析、連續(xù)信號的正交分解、連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析、連續(xù)時間系統(tǒng)的復(fù)頻域分析、連續(xù)時間系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)?！　　缎盘柵c線性系統(tǒng)（上）（第4版）》可供普通高等學(xué)樣電氣信息類專業(yè)作為“信號與系統(tǒng)”課程的教材使用，也可供有關(guān)科技人員參考。

書籍目錄

第一章 緒論1.1 引言1.2 信號的概念1.3 信號的簡單處理1.4 系統(tǒng)的概念1.5 線性時不變系統(tǒng)的分析1.6 非電系統(tǒng)的分析習(xí)題第二章 連續(xù)時間系統(tǒng)的時域分析2.1 引言2.2 系統(tǒng)方程的算子表示法2.3 系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)2.4 奇異函數(shù)2.5 信號的脈沖分解2.6 階躍響應(yīng)和沖激響應(yīng)2.7 疊加積分2.8 卷和及其性質(zhì)2.9 線性系統(tǒng)響應(yīng)的時域求解附錄從分配函數(shù)觀點看沖激函數(shù)習(xí)題第三章 連續(xù)信號的正交分解3.1 引言3.2 正交函數(shù)集與信號分解3.3 信號表示為傅里葉級數(shù)3.4 周期信號的頻道3.5 傅里葉變換與非周期信號的頻譜3.6 常用信號的傅里葉變換3.7 周期信號的傅里葉變換3.8 傅里葉變換的基本性質(zhì)3.9 帕塞瓦爾定理與能量頻譜3.1 0沃爾什函數(shù)習(xí)題第四章 連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析4.1 引言4.2 信號通過系統(tǒng)的頻域分析方法4.3 理想低通濾波器的沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng)4.4 佩利一維納準(zhǔn)則4.5 調(diào)制與解調(diào)4.6 頻分復(fù)用與時分復(fù)用4.7 希爾伯特變換4.8 信號通過線性系統(tǒng)不產(chǎn)生失真的條件習(xí)題第五章 連續(xù)時間系統(tǒng)的復(fù)頻域分析5.1 引言5.2 拉普拉斯變換5.3 拉普拉斯變換的收斂區(qū)5.4 常用函數(shù)的拉普拉斯變換5.5 拉普拉斯反變換5.6 拉普拉斯變換的基本性質(zhì)5.7 線性系統(tǒng)的拉普拉斯變換分析法5.8 階躍信號作用于RLC串聯(lián)電路的響應(yīng)5.9 雙邊拉普拉斯變換5.1 0線性系統(tǒng)的模擬5.1 1信號流圖習(xí)題第六章 連續(xù)時間系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)6.1 引言6.2 系統(tǒng)函數(shù)的表示法6.3 系統(tǒng)函數(shù)極點和零點的分布與系統(tǒng)時域特性的關(guān)系6.4 系統(tǒng)函數(shù)極點和零點的分布與系統(tǒng)頻率特性的關(guān)系6.5 波特圖6.6 系統(tǒng)的穩(wěn)定性6.7 反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性6.8 根軌跡部分習(xí)題參考答案索引

章節(jié)摘錄

　　然后，把這些信號送入電視發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)能夠產(chǎn)生一種反映上述信號變化的便于傳播的高頻電信號。最后，由天線將這高頻電信號轉(zhuǎn)換為電磁波發(fā)射出去，在空間傳播。電視接收者用接收天線截獲了電磁波的一小部分能量，把它轉(zhuǎn)變成為高頻電信號送入電視接收機(jī)。接收機(jī)的作用正好和發(fā)射機(jī)相反，它能從送入的高頻電信號中恢復(fù)出原來的圖像信號與伴音信號，并把這兩種信號分別送到顯像管和喇叭，使接收者能看到傳輸?shù)漠嬅?，還聽到配有的伴音。這個過程，可以用一個簡明的方框圖表示，如圖1-1所示。這個圖表示了一般通信系統(tǒng)的組成，其中轉(zhuǎn)換器（transducer）指的是把消息轉(zhuǎn)換為電信號或者反過來把電信號還原成消息的裝置，如攝像管和顯像管、話筒和喇叭之類。因為這些裝置同時完成了從一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量的工作，所以也常稱之為換能器。信道（channel）指的是信號傳輸?shù)耐ǖ?，在有線電話中它是一對導(dǎo)線；在利用電磁波傳播的無線電通信系統(tǒng)中，它可以是電磁波傳播的空間、衛(wèi)星通信中的人造衛(wèi)星，也可以是波導(dǎo)或同軸電纜；在近來發(fā)展的光通信中，則是光導(dǎo)纖維。如果理解得更加廣泛發(fā)射機(jī)和接收機(jī)也可以看成是信號通道的一部分，因此有時也稱它們?yōu)樾诺罊C(jī)。所以一個通信系統(tǒng)的工作，主要是包括消息到信號的轉(zhuǎn)換、信號的處理和信號的傳輸，有時還要對信號進(jìn)行監(jiān)測?！　∨c信號傳輸技術(shù)同時發(fā)展起來的還有信號處理技術(shù)。信號處理的研究領(lǐng)域較少涉及信號的傳輸，而更多的是考慮信號收到以后的解釋。這些信號可能是通信中所傳輸?shù)男盘?，也可能是包含有信息的某些?shù)據(jù)，諸如生物學(xué)中的信號（例如腦電、心電數(shù)據(jù)）、計算機(jī)打印的科學(xué)實驗數(shù)據(jù)、商業(yè)數(shù)據(jù)、氣象資料等。這里的基本問題是分析收到的信號或數(shù)據(jù)，從中提取出有用的信息。特別是在存在有使信號含糊不清的噪聲或干擾的情況下，提取所需要的確切信息。信號處理技術(shù)包含有濾波、變換、增強(qiáng)、壓縮、估值與識別等內(nèi)容。自上世紀(jì)80年代以來，隨著高速數(shù)字計算機(jī)的發(fā)展及大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步，信號處理的理論與方法都有了很大的發(fā)展，并取得了廣泛的運(yùn)用。如多媒體通信、影碟機(jī)、高清晰電視、數(shù)碼相機(jī)以及機(jī)械振動分析、機(jī)械故障診斷、心電、腦電分析等等?！　⌒盘杺鬏斉c信號處理是兩個獨(dú)立的學(xué)科，但兩者又是密切有關(guān)的學(xué)科，在發(fā)展中相互影響相互促進(jìn)。如處理帶有不確定性的隨機(jī)信號的技術(shù)，就密切依賴于研究信息傳輸所發(fā)展起來的理論，而信號處理技術(shù)的運(yùn)用又大大提高了信號傳輸?shù)馁|(zhì)量。擴(kuò)展了通信的距離。

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