信號(hào)與系統(tǒng)

前言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，信息技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)中的重要性日漸體現(xiàn)，應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓展?！靶盘?hào)與系統(tǒng)”課程已從電子信息工程類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課擴(kuò)展成電子信息、電子技術(shù)、自動(dòng)化、電氣工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光電科學(xué)、通信工程等眾多電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，甚至在很多非電專業(yè)領(lǐng)域如：信息與計(jì)算科學(xué)、地球物理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、動(dòng)力機(jī)械等專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)也涉及到這門課。“信號(hào)與系統(tǒng)”現(xiàn)已成為眾多學(xué)科研究生入學(xué)考試的一門重要課程，其授課內(nèi)容也從單一的電系統(tǒng)分析擴(kuò)展到許多非電系統(tǒng)分析；其應(yīng)用背景也從單一的通信系統(tǒng)擴(kuò)展到其他信息處理系統(tǒng)；其后續(xù)課程涉及多個(gè)領(lǐng)域，如數(shù)字信號(hào)處理、通信原理、通信電路、圖像處理、微波技術(shù)、時(shí)頻分析等。雖然各專業(yè)開設(shè)這門課的側(cè)重點(diǎn)有所不同，應(yīng)用背景也有差異，但本課程依然保留了兩種系統(tǒng)（連續(xù)和離散時(shí)間系統(tǒng)）、兩類方法（時(shí)域和頻域分析法）、三大變換（傅里葉變換、拉普拉斯變換和Z變換）的教學(xué)體系。　　本書是由從事“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)多年的教師針對(duì)學(xué)生認(rèn)知的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐編撰而成的。本書系統(tǒng)論述了信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念、基本理論和基本分析方法，重點(diǎn)講述信號(hào)與系統(tǒng)分析、處理的基本原理與方法。全書共分8章，第1章介紹信號(hào)和系統(tǒng)的基本知識(shí)；第2章講述連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析；第3章講述傅里葉變換分析；第4章講述拉普拉斯變換分析；第5章講述離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析；第6章講述離散信號(hào)與系統(tǒng)的Z變換域分析；第7章講述信號(hào)與系統(tǒng)理論的應(yīng)用；第8章講述線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析法?！　”緯鴥?nèi)容精煉，深入淺出，適當(dāng)弱化電路分析方面的內(nèi)容，側(cè)重對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)的分析，便于學(xué)生掌握本課程的核心內(nèi)容。采用理論分析與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的方法，將信號(hào)分析與系統(tǒng)分析有機(jī)地融為一體。既給出了基本原理的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，又通過大量的實(shí)例使學(xué)生對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)分析的一般方法有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，能夠?qū)?shù)學(xué)的推導(dǎo)過程與實(shí)際的信號(hào)、系統(tǒng)處理方法相結(jié)合，從而在提高讀者應(yīng)用技能的同時(shí)，為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本書總體結(jié)構(gòu)上采用先連續(xù)后離散的順序，通過對(duì)比兩者的異同，加深讀者對(duì)“連續(xù)”與“離散”概念及其特性的正確理解。針對(duì)本課程理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，為解決“解題難”問題，本書給出了大量的例題分析方法和解題技巧，用以開拓思路，進(jìn)一步加深對(duì)基本概念和基本理論的理解。在各章之后還給出小結(jié)，并附有類型各異、不同深度的典型習(xí)題，供讀者練習(xí)。針對(duì)本課程應(yīng)用性較強(qiáng)的特點(diǎn)，為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，在介紹重要原理與分析方法之后給出了一定的MATLAB仿真程序，并對(duì)重點(diǎn)語句的功能與作用給出了注釋，使學(xué)生不用專門學(xué)習(xí)NATLAB，就可很快編程上機(jī)練習(xí)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。　　“信號(hào)與系統(tǒng)”是一門開放性的基礎(chǔ)課，該課程涉及到一些數(shù)學(xué)和電類課程，如高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等，讀者宜先期學(xué)習(xí)上述知識(shí)。本書每一部分內(nèi)容都可根據(jù)專業(yè)需要深化和擴(kuò)展。如頻譜分析可擴(kuò)展到通信理論的內(nèi)容；傅里葉變換可擴(kuò)展到時(shí)頻分析的內(nèi)容；離散信號(hào)的Z變換域分析可擴(kuò)展到數(shù)字信號(hào)處理的內(nèi)容；復(fù)頻域分析可擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)綜合的內(nèi)容；狀態(tài)空間分析可擴(kuò)展到狀態(tài)控制的內(nèi)容等。為了適合不同學(xué)科的教學(xué)，全書難度選取適中，內(nèi)容覆蓋面較廣，既有利于授課教師靈活選材，也為讀者自學(xué)提供了較好的條件，任課教師可根據(jù)自己專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)時(shí)靈活授課。這里推薦兩套方案：講述第1～4、7章（適合48學(xué)時(shí)）；講述所有章節(jié)（適合64學(xué)時(shí)以上）。　　本書由華北水利水電學(xué)院王玲花任主編，孫美鳳任副主編。第1章、第8章8．1、8．2節(jié)由王玲花執(zhí)筆，第2章、第5章由孫美鳳執(zhí)筆，第6章、第3章3．9節(jié)、第8章8．5～8．7節(jié)由玉繼東執(zhí)筆，第4章及附錄與習(xí)題答案由徐俊紅執(zhí)筆，第3章3．1～3．8節(jié)由蔣禮執(zhí)筆，第3章3．10和3．11節(jié)、第7章由姚淑霞執(zhí)筆，第8章8．3、8．4節(jié)由徐燕執(zhí)筆。鄭州大學(xué)張瑞金教授對(duì)全書內(nèi)容進(jìn)行了認(rèn)真的審核，在此表示衷心的感謝。此外，本書還參閱了國內(nèi)外大量著作與文獻(xiàn)資料，在此表示衷心的感謝?！　∮捎诰幷咚接邢蓿瑫须y免有錯(cuò)誤和不當(dāng)之處，歡迎使用本書的廣大師生及其他讀者給予指正。

內(nèi)容概要

　　《普通高等教育十一五規(guī)劃教材·信號(hào)與系統(tǒng)》系統(tǒng)講述了信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念與理論及其分析方法。全書共分8章，重點(diǎn)講述了線性時(shí)不變系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念及其時(shí)域分析法、傅里葉級(jí)數(shù)分解與傅里葉變換及頻域分析法、拉普拉斯變換及復(fù)頻域分析法、離散信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念及其時(shí)域與頻域分析方法，還介紹了信號(hào)與系統(tǒng)理論在信號(hào)處理和通信方面的基本應(yīng)用，最后介紹了連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)的狀態(tài)變量描述方法。每章都配有小結(jié)和豐富精煉的例題與習(xí)題，并給出典型的MATLAB仿真例題，書后附有部分習(xí)題參考答案。

書籍目錄

前言第1章 信號(hào)與系統(tǒng)的基本知識(shí)1.1 信號(hào)與系統(tǒng)的定義1.2 信號(hào)的分類與基本特性1.3 典型信號(hào)1.4 信號(hào)的基本運(yùn)算1.5 信號(hào)的分解1.6 系統(tǒng)的描述及其分類1.7 線性系統(tǒng)的基本特性及其模擬框圖1.8 信號(hào)與系統(tǒng)的分析方法1.9 MATLAB的有關(guān)知識(shí)本章小結(jié)習(xí)題第2章 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析2.1 微分方程的建立與求解2.2 零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)2.3 沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)2.4 卷積及其性質(zhì)2.5 卷積積分的圖解法2.6 LTI系統(tǒng)的算子符號(hào)表示與傳輸算子2.7 利用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)的時(shí)域分析本章小結(jié)習(xí)題第3章 傅里葉變換分析3.1 傅里葉變換的產(chǎn)生3.2 周期信號(hào)的傅里葉分析3.3 周期信號(hào)的對(duì)稱性3.4 常見周期信號(hào)的頻譜3.5 非周期性信號(hào)的頻譜3.6 傅里葉變換的性質(zhì)3.7 周期信號(hào)的傅里葉變換3.8 抽樣定理3.9 功率頻譜與能量頻譜3.1 0系統(tǒng)的頻域分析法3.1 1希爾伯特變換本章小結(jié)習(xí)題第4章 拉普拉斯變換分析4.1 拉普拉斯變換4.2 常見信號(hào)的拉普拉斯變換4.3 拉普拉斯變換的性質(zhì)4.4 拉普拉斯逆變換4.5 拉普拉斯變換與傅里葉變換的關(guān)系4.6 系統(tǒng)函數(shù)與頻率響應(yīng)特性4.7 系統(tǒng)的模擬本章小結(jié)習(xí)題第5章 離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析5.1 離散時(shí)間信號(hào)5.2 離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型5.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)的解法5.4 離散時(shí)間系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)5.5 離散卷積和本章小結(jié)習(xí)題第6章 離散信號(hào)與系統(tǒng)的z變換域分析6.1 Z變換6.2 Z反變換6.3 Z變換的性質(zhì)6.4 Z變換與拉氏變換的關(guān)系6.5 用Z變換求解差分方程6.6 離散系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性6.7 離散信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析6.8 離散系統(tǒng)的模擬與信號(hào)流圖本章小結(jié)習(xí)題第7章 信號(hào)與系統(tǒng)理論的應(yīng)用7.1 無失真?zhèn)鬏敻拍?.2 理想濾波器7.3 模擬濾波器7.4 數(shù)字濾波器7.5 調(diào)制與解調(diào)7.6 頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用本章小結(jié)習(xí)題第8章 線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析法8.1 狀態(tài)空間的基本概念8.2 建立狀態(tài)空間表達(dá)式的方法8.3 狀態(tài)空間表達(dá)式的解8.4 狀態(tài)的能控性和能觀性8.5 離散系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立8.6 線性定常離散系統(tǒng)的可控性和可觀測(cè)性8.7 采樣周期對(duì)離散化系統(tǒng)可控性和可觀測(cè)性的影響本章小結(jié)習(xí)題附錄附錄A 矢量與函數(shù)的運(yùn)算與分解比較附錄B 卷積表附錄C 常見信號(hào)的傅里葉變換附錄D 傅里葉變換的性質(zhì)附錄E 常見信號(hào)的單邊拉普拉斯變換附錄F 單邊拉普拉斯變換的性質(zhì)附錄G 常見信號(hào)的雙邊拉普拉斯變換附錄H 常用函數(shù)的Z變換部分習(xí)題答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章 信號(hào)與系統(tǒng)的基本知識(shí)　　1.1　信號(hào)與系統(tǒng)的定義　　1.1.1 信號(hào)的有關(guān)概念　　大自然中的鳥語花香，玉米的拔節(jié)聲，雨打樹葉的沙沙聲，歌聲，一封家書，電視廣播新聞，醫(yī)療與經(jīng)濟(jì)信息等等，人類為表達(dá)這些感受，以及人們之間的情感交流與生活、工作需求等，所使用的語言、文字、圖像、電磁波與數(shù)據(jù)等，被稱為媒體（Media），也稱為媒介，即人與人之間實(shí)現(xiàn)信息交流的中介，簡(jiǎn)單地說，就是信息的載體。而通過各種媒體表達(dá)的感覺、想法、意見與建議等被稱為消息（Message），在消息中包含有一定數(shù)量的信息（Information）?！　∷^信息，是指存在于客觀世界中的一種事物現(xiàn)象，特指消息中有意義的內(nèi)容。信息和消息密切相關(guān)。作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中普遍使用的一個(gè)概念，目前尚無統(tǒng)一的定義；作為日常用語，指音信、消息。客觀世界中充滿各種各樣的信息，如上下班的鈴聲，電信局拍發(fā)和接收的電報(bào)，書報(bào)雜志上刊登的文章，樂曲、五顏六色的圖畫，色香味俱全的食品等等，一般事物都會(huì)發(fā)出信息，由此顯示出事物之間的不同，從這一角度看，信息是表現(xiàn)事物特征的一種普遍形式。　　人類生活在信息的海洋中，并通過信息來認(rèn)識(shí)事物和改造世界。在人類的社會(huì)活動(dòng)過程中，人們?yōu)榱擞行У貍鞑ズ屠眯畔ⅲ?jīng)常需要將信息轉(zhuǎn)換為便于傳輸、記憶和處理的信號(hào)。所謂信號(hào)（signal），是“用來傳遞消息或命令的光、電波、聲音、動(dòng)作等”。也就是說，信號(hào)是運(yùn)載、傳遞信息的載體與工具，如我國古代用烽火與狼煙報(bào)警，嬰兒用啼哭表達(dá)饑餓或?qū)錈岬母杏X，飛機(jī)飛過空中時(shí)會(huì)在雷達(dá)熒光屏上出現(xiàn)一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的光點(diǎn)等，這些都是信號(hào)的例子。信號(hào)一般表現(xiàn)為隨時(shí)間變化的某種物理量。如飛機(jī)的飛行航向、速度、高度等隨時(shí)間都在變化。根據(jù)信號(hào)所表示物理量的不同特性，可對(duì)信號(hào)進(jìn)行具體的分類。如汽車的喇叭聲，船舶與火車的汽笛聲等，是聲信號(hào)；火把、交通紅綠燈、信號(hào)彈的亮光，光纖通信中的激光等，是光信號(hào)；廣播、電視及移動(dòng)電話從空中收到的電磁波，地震波，心電圖與腦電圖等，是電信號(hào)。此外，還有書本上的文字信號(hào)，照片上的圖像信號(hào)，計(jì)算機(jī)顯示器上的圖像與文字信號(hào)，交通警察的手勢(shì)信號(hào)，軍艦使用的旗語信號(hào)，室內(nèi)的濕度信號(hào)，水輪發(fā)電機(jī)組與汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)與振動(dòng)信號(hào)，水庫的水位與流量信號(hào)，鍋爐的溫度信號(hào)等。上述這些信號(hào)，雖然它們的物理意義與表現(xiàn)形式不同，但都是表示變化著的物理量，都包含有一定的意義。總之，信號(hào)就是載有一定信息的一種變化著的物理量。信號(hào)是信息的表現(xiàn)形式，信息則是信號(hào)的具體內(nèi)容。

編輯推薦

　　《普通高等教育十一五規(guī)劃教材·信號(hào)與系統(tǒng)》可作為電子工程、通信、自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)類、機(jī)電類等相關(guān)專業(yè)“信號(hào)與系統(tǒng)”的本科生教材，也可供從事信息獲取、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的研究生、教師和廣大科技工作者自學(xué)與參考，并可作為相關(guān)理工科專業(yè)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的研究生入學(xué)考試參考書。

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