信號(hào)與系統(tǒng)

前言

　　“信號(hào)與系統(tǒng)”課程是電子、通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、信息處理等專業(yè)方向的重要技術(shù)基礎(chǔ)課之一。它主要研究信號(hào)與系統(tǒng)分析的基本理論與方法，在教學(xué)計(jì)劃中起著承前啟后的作用。本課程以工程數(shù)學(xué)和電路分析為基礎(chǔ)，同時(shí)又是后續(xù)的技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)，是學(xué)生合理知識(shí)結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，在發(fā)展智力、培養(yǎng)能力和良好的非智力素質(zhì)方面，均起著極為重要的作用?！　檫m應(yīng)提高教學(xué)質(zhì)量的需要，我們根據(jù)教育部高等學(xué)校電子信息科學(xué)與電氣信息類基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)制定的“信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)基本要求”編寫，在總結(jié)多年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，編寫成本教材。編寫中考慮了以下特點(diǎn)：　　貫徹“打好基礎(chǔ)，精選內(nèi)容，逐步更新，利于教學(xué)”的原則，使本書能成為一本教師好教，學(xué)生好學(xué)，有一定深度、新度和廣度的基本教材?！　√岣咂瘘c(diǎn)，處理好與高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、電路分析基礎(chǔ)等課程的分工、銜接與配合。對學(xué)生已學(xué)過的內(nèi)容原則上不再重復(fù)，必要時(shí)只簡要提及或直接引用其結(jié)論，并注重物理意義的闡述與工程應(yīng)用?！　≈匾暯虒W(xué)法，循序漸進(jìn)，遵循學(xué)生接受知識(shí)的規(guī)律。在教材體系上采用先信號(hào)后系統(tǒng)，先連續(xù)后離散，先時(shí)域后換域，先輸入輸出法后狀態(tài)變量法，同時(shí)加強(qiáng)理論與實(shí)際的結(jié)合　　。堅(jiān)持傳授知識(shí)、發(fā)展智力與培養(yǎng)能力相統(tǒng)一的教學(xué)原則，在內(nèi)容組織、習(xí)題選取方面注重學(xué)生思維能力、分析解決問題能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)良好的非智力素質(zhì)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)與治學(xué)態(tài)度?！　≡诰帉懼?，努力做到：物理語言描述與數(shù)學(xué)語言描述并重；信號(hào)分析與系統(tǒng)分析并重；輸入輸出法與狀態(tài)變量法并重；時(shí)域分析法與變換域分析法并重；連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)與離散時(shí)間系統(tǒng)并重；學(xué)理論、做習(xí)題與做實(shí)驗(yàn)并重?！　”窘滩挠啥握苊?、嚴(yán)家明、李輝、李宏、馮曉毅和范世貴等編寫。其中段哲民提出編寫提綱，編寫了第1章，并完成全部教材的統(tǒng)稿；馮曉毅編寫了第2章、第9章；李宏編寫了第3章、第4章；李輝編寫了第5章、第6章；嚴(yán)家明編寫了第7章、第8章，范世貴參加了前言和部分章節(jié)內(nèi)容的編寫。此外，周巍、孫偉參加了部分習(xí)題選做工作。　　本教材之所以列為“普通高等教育‘十一五’國家規(guī)劃教材”，得益于由段哲民、范世貴之前編寫的《信號(hào)與系統(tǒng)》，這部教材自出版以來深受讀者的青睞，在十多年的教學(xué)實(shí)踐中起到了重要作用。因此，特向參加這部教材編寫的所有人員表示衷心感謝?！　〈送獗窘滩牡木帉懙玫搅宋鞅惫I(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院的支持與指導(dǎo)；電子科學(xué)與技術(shù)系王淑敏教授、楊雨奇、朱巖、蔣雯、胡紅旗、尹熙鵬等給予了熱情幫助和支持。在此均深表感謝。　　由于水平有限，不妥之處難免，敬請指導(dǎo)。

內(nèi)容概要

　　本書系“普通高等教育‘十一五’國家級規(guī)劃教材”。第三版根據(jù)教育部高等學(xué)校電子信息科學(xué)與電氣信息類基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)制定的“信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)基本要求”修訂的。全書內(nèi)容共9章：信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念；連續(xù)系統(tǒng)時(shí)域分析；連續(xù)信號(hào)頻域分析；連續(xù)系統(tǒng)頻域分析；連續(xù)系統(tǒng)復(fù)頻域分析；復(fù)頻域系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)模擬；離散信號(hào)與系統(tǒng)時(shí)域分析；離散信號(hào)與系統(tǒng)
Z域分析；狀態(tài)變量法。
本書可作為普通高等學(xué)校電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科生“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教材，也可供其他專業(yè)選用和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念
  1.1 信號(hào)的描述與分類
  1.1.1 信號(hào)的描述
  1.1.2 信號(hào)的分類
  1.2 常用的連續(xù)時(shí)間信號(hào)及其時(shí)域特性
  1.3 連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)域變換與運(yùn)算
  1.3.1 信號(hào)時(shí)域變換
  1.3.2 時(shí)域運(yùn)算
  1.4 系統(tǒng)的定義與分類
  1.4.1 系統(tǒng)的定義
  1.4.2 系統(tǒng)的分類
  1.5 線性時(shí)不變系統(tǒng)的性質(zhì)
  1.5.1 齊次性
  1.5.2 疊加性
  1.5.3 線性
  1.5.4 時(shí)不變性
  1.5.5 微分性
  1.5.6 積分性
  1.6 線性系統(tǒng)分析概論
  習(xí)題1
第2章 連續(xù)系統(tǒng)時(shí)域分析
  2.1 經(jīng)典時(shí)域分析方法
  2.1.1 系統(tǒng)的微分方程
  2.1.2 微分方程的求解
  2.2 微分方程的微分算子表示
  2.3 零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)
  2.3.1 零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)的 求解
  2.3.2 零輸入響應(yīng)的傳輸算子求解法
  2.3.3 系統(tǒng)響應(yīng)的線性特性分析
  2.4 系統(tǒng)的沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng)
  2.4.1 沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng)的定義
  2.4.2 沖激響應(yīng)的求解
  2.4.3 階躍響應(yīng)的求解
  2.5 卷積積分
  2.5.1 卷積積分的定義
  2.5.2 卷積積分上下限的討論
  2.5.3 卷積積分的圖形解釋
  2.5.4 卷積積分的運(yùn)算規(guī)律
  2.5.5 卷積積分的主要性質(zhì)
  2.5.6 常用的卷積積分表
  2.6 求系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)的卷積積分法
  2.7 卷積積分的數(shù)值計(jì)算
  習(xí)題2
第3章 連續(xù)信號(hào)頻域分析
  3.1 引言
  3.2 LTI系統(tǒng)對復(fù)指數(shù)信號(hào)的響應(yīng)
  3.3 信號(hào)的完備正交函數(shù)集表示
  3.3.1 正交矢量
  3.3.2 正交函數(shù)與正交函數(shù)集
  3.3.3 完備正交函數(shù)集
  3.3.4 常見的完備正交函數(shù)集
  3.4 連續(xù)時(shí)間周期信號(hào)的傅里葉級數(shù)表示
  3.4.1 三角函數(shù)表示式
  3.4.2 指數(shù)形式
  3.4.3 傅里葉級數(shù)的收斂
  3.4.4 周期信號(hào)的對稱性與傅里葉系數(shù)的關(guān)系
  3.4.5 傅里葉級數(shù)的性質(zhì)
  3.5 周期信號(hào)的頻譜
  3.5.1 周期信號(hào)的頻譜
  3.5.2 周期信號(hào)的有效頻譜寬度
  3.5.3 周期信號(hào)頻譜與周期T的關(guān)系
  3.5.4 周期信號(hào)的功率譜
  3.6 非周期信號(hào)的頻譜
  3.6.1 非周期信號(hào)的頻譜函數(shù)
  3.6.2 傅里葉變換
  3.6.3 傅里葉變換的存在條件
  3.6.4 典型信號(hào)的頻譜函數(shù)
  3.7 傅里葉變換的基本性質(zhì)
  3.7.1 線性
  3.7.2 對稱性
  3.7.3 折疊性
  3.7.4 尺度變換性
  3.7.5 時(shí)移性
  3.7.6 頻移性
  3.7.7 時(shí)域微分性
  3.7.8 頻域微分性
  3.7.9 時(shí)域積分性
  3.7.10 頻域積分性
  3.7.11 時(shí)域卷積定理
  3.7.12 頻域卷積定理
  3.7.13 帕塞瓦爾定理
  3.7.14 奇偶虛實(shí)性
  3.8 周期信號(hào)的傅里葉變換
  3.8.1 復(fù)指數(shù)信號(hào)的傅里葉變換
  3.8.2 余弦、正弦信號(hào)的傅里葉變換
  3.8.3 單位沖激序列δT(t)的傅里葉變換
  3.8.4 一般周期信號(hào)的傅里葉變換
  3.9 功率譜與能量譜
  3.9.1 功率頻譜
  3.9.2 能量頻譜
  習(xí)題3
第4章 連續(xù)系統(tǒng)頻域分析
  4.1 引言
  4.2 系統(tǒng)對非正弦周期信號(hào)的響應(yīng)
  4.2.1 基本信號(hào) e jωt?通過線性系統(tǒng)
  4.2.2 正弦信號(hào)通過線性系統(tǒng)
  4.3 系統(tǒng)對非周期信號(hào)的響應(yīng)
  4.4 頻域系統(tǒng)函數(shù)
  4.4.1 定義
  4.4.2 H( j ω)的物理意義
  4.4.3 H( j ω) 的求法
  4.4.4 系統(tǒng)頻率特性
  4.4.5 應(yīng)用舉例
  4.5 信號(hào)傳輸失真及無失真?zhèn)鬏敆l件
  4.5.1 信號(hào)傳輸失真
  4.5.2 信號(hào)無失真?zhèn)鬏敿捌錀l件
  4.5.3 群時(shí)延
  4.5.4 信號(hào)失真的類型
  4.6 理想低通濾波器及其響應(yīng)
  4.6.1 理想低通濾波器及其頻率 特性
  4.6.2 理想低通濾波器的沖激響應(yīng)
  4.6.3 理想低通濾波器的階躍響應(yīng)
  4.6.4 理想低通濾波器的矩形脈沖 響應(yīng)
  4.6.5 系統(tǒng)的物理可實(shí)現(xiàn)性及佩利— 維納準(zhǔn)則
  4.7 抽樣信號(hào)與抽樣定理
  4.7.1 限帶信號(hào)和抽樣信號(hào)
  4.7.2 抽樣信號(hào) f s (t )的頻譜
  4.7.3 時(shí)域抽樣定理
  4.7.4 頻域抽樣定理
  4.8 調(diào)制與解調(diào)
  4.8.1 調(diào)制
  4.8.2 解調(diào)
  4.8.3 調(diào)幅信號(hào)作用于線性系統(tǒng)
  習(xí)題4
第5章 連續(xù)系統(tǒng)的復(fù)頻域分析
  5.1 拉普拉斯變換
  5.1.1 從傅里葉變換到拉普拉斯變換
  5.1.2 拉普拉斯變換存在的條件與 收斂域
  5.1.3 拉普拉斯變換的基本性質(zhì)
  5.1.4 拉普拉斯反變換
  5.2 基爾霍夫定律與電路元件的復(fù)頻域形式
  5.2.1 基爾霍夫定律的復(fù)頻域形式
  5.2.2 電路元件伏安關(guān)系的復(fù)頻域 形式
  5.2.3 復(fù)頻域形式的歐姆定律
  5.3 線性系統(tǒng)復(fù)頻域分析法
  5.4 拉普拉斯變換與傅里葉變換的關(guān)系
  習(xí)題5
第6章 復(fù)頻域系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)模擬
  6.1 復(fù)頻域系統(tǒng)函數(shù)及其零、極點(diǎn)圖
  6.1.1 復(fù)頻域系統(tǒng)函數(shù)
  6.1.2 零、極點(diǎn)圖
  6.2 系統(tǒng)函數(shù)的應(yīng)用
  6.2.1 求單位沖激響應(yīng)h(t)
  6.2.2 研究H(s)的零、極點(diǎn)分布對 h(t)的影響
  6.2.3 根據(jù)H(s)的極點(diǎn)分布判斷 系統(tǒng)的穩(wěn)定性
  6.2.4 根據(jù)H(s)可寫出系統(tǒng)的微分 方程
  6.2.5 根據(jù)給定或求得的系統(tǒng)的初始值，從H(s)的極點(diǎn)求系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)yx(t)
  6.2.6 對給定的激勵(lì)f(t)求系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)yf(t)
  6.2.7 求系統(tǒng)的頻率特性(即頻率響應(yīng))H(j ω)
  6.2.8 求系統(tǒng)的正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)ys(t)
  6.3 連續(xù)系統(tǒng)的模擬圖與框圖
  6.3.1 三種運(yùn)算器
  6.3.2 系統(tǒng)模擬的定義與系統(tǒng)的模擬圖
  6.3.3 常用的模擬圖形式
  6.3.4 系統(tǒng)的框圖
  6.4 連續(xù)系統(tǒng)的信號(hào)流圖與梅森公式
  6.4.1 信號(hào)流圖的定義
  6.4.2 三種運(yùn)算器的信號(hào)流圖表示
  6.4.3 模擬圖與信號(hào)流圖的相互 轉(zhuǎn)換規(guī)則
  6.4.4 信號(hào)流圖的名詞術(shù)語
  6.4.5 梅森公式(Mason’s Formula)
  6.5 連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其判定
  6.5.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性的意義
  6.5.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定
  習(xí)題6
第7章 離散信號(hào)與系統(tǒng)時(shí)域分析
  7.0 引言
  7.1 離散信號(hào)
  7.1.1 離散時(shí)間信號(hào)及其描述
  7.1.2 離散信號(hào)的能量和功率
  7.2 離散時(shí)間信號(hào)的時(shí)域運(yùn)算
  7.2.1 加法和乘法
  7.2.2 數(shù)乘和倒相
  7.2.3 移位和反褶
  7.2.4 尺度變換（k坐標(biāo)展縮）
  7.2.5 差分和累加
  7.3 常用的離散時(shí)間信號(hào)
  7.3.1 單位序列δ (k)
  7.3.2 單位階躍序列 U(k)
  7.3.3 單位矩形序列(門序列) GN(k)
  7.3.4 單邊實(shí)指數(shù)序列
  7.3.5 正弦序列
  7.3.6 離散復(fù)指數(shù)信號(hào)
  7.4 離散系統(tǒng)及其數(shù)學(xué)描述
  7.4.1 線性時(shí)不變離散時(shí)間系統(tǒng)
  7.4.2 離散時(shí)間系統(tǒng)的模型
  7.5 離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域經(jīng)典分析
  7.5.1 差分方程的求解
  7.5.2 零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)
  7.6 離散系統(tǒng)的單位序列響應(yīng)
  7.6.1 迭代法
  7.6.2 等效初值法
  7.6.3 傳輸算子法
  7.7 離散系統(tǒng)的卷積和分析
  7.7.1 離散時(shí)間信號(hào)的時(shí)域分解
  7.7.2 卷積和
  7.7.3 離散時(shí)間系統(tǒng)卷積和分析
  習(xí)題7
第8章 離散信號(hào)與系統(tǒng)Z域分析
  8.1 離散信號(hào)的Z變換
  8.1.1 Z變換的定義
  8.1.2 收斂域
  8.1.3 常用序列Z變換
  8.1.4 Z變換和拉普拉斯變換的 聯(lián)系
  8.2 Z變換的基本性質(zhì)
  8.2.1 線性
  8.2.2 移位性
  8.2.3 Z域尺度變換
  8.2.4 Z域微分性
  8.2.5 Z域積分性
  8.2.6 時(shí)域折疊性
  8.2.7 時(shí)域卷積定理
  8.2.8 部分和
  8.2.9 初值定理
  8.2.10 終值定理
  8.3 Z反變換
  8.3.1 冪級數(shù)展開法
  8.3.2 部分分式展開法
  8.3.3 反演積分法(留數(shù)法)
  8.4 利用Z變換求解離散系統(tǒng)的響應(yīng)
  8.4.1 零輸入響應(yīng)的Z域求解
  8.4.2 零狀態(tài)響應(yīng)的Z域求解
  8.4.3 全響應(yīng)的Z域求解
  8.5 Z域系統(tǒng)函數(shù)H(z)
  8.5.1 H(z)的定義
  8.5.2 H(z)的物理意義
  8.5.3 H(z)的求法
  8.5.4 H(z)的應(yīng)用
  8.6 H(z)的零、極點(diǎn)分布對系統(tǒng)特性的影響
  8.6.1 由H(z)零、極點(diǎn)分布確定 單位序列響應(yīng)特性
  8.6.2 H(z)零、極點(diǎn)的分布與系統(tǒng) 的因果性和穩(wěn)定性
  8.6.3 H(z)零、極點(diǎn)分布與系統(tǒng)頻率特性
  8.6.4 H（z）與系統(tǒng)正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)
  8.7 用朱利準(zhǔn)則判斷離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性
  8.8 離散時(shí)間序列的傅里葉變換
  8.8.1 定義
  8.8.2 離散時(shí)間傅里葉變換的常 用性質(zhì)
  習(xí)題8
第9章 狀態(tài)變量法
  9.1 基本概念與定義
  9.2 連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程與輸出方程的建立
  9.2.1 由電路圖直觀列寫
  9.2.2 單輸入單輸出系統(tǒng)狀態(tài)方程與輸出方程的列寫
  9.2.3 多輸入多輸出系統(tǒng)狀態(tài)方程與輸出方程的列寫
  9.3 連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程與輸出方程的 S域解法
  9.3.1 狀態(tài)方程的S域求解
  9.3.2 輸出方程的S域解法與轉(zhuǎn)移 函數(shù)矩陣H(s)
  9.3.3 轉(zhuǎn)移函數(shù)矩陣H(s)的物理意義
  9.3.4 矩陣A的特征值與系統(tǒng)的固有頻率
  9.4 連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程與輸出方程的時(shí)域解法
  9.4.1 狀態(tài)方程的時(shí)域求解
  9.4.2 矩陣函數(shù)的卷積與e A t的求解
  9.4.3 輸出方程的時(shí)域解與單位沖 激響應(yīng)矩陣h(t)
  9.4.4 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣φ(t)＝ e A t的性質(zhì)
  *9.5 狀態(tài)空間與狀態(tài)軌跡
  9.5.1 狀態(tài)空間
  9.5.2 狀態(tài)軌跡
  9.6 離散系統(tǒng)狀態(tài)變量分析
  9.6.1 狀態(tài)方程與輸出方程的列寫
  9.6.2 狀態(tài)方程與輸出方程的Z域 求解
  9.6.3 矩陣A的特征值與系統(tǒng)的固有頻率
  9.6.4 狀態(tài)方程與輸出方程的時(shí)域解
  9.7 由狀態(tài)方程判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性
  9.7.1 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷
  9.7.2 離散時(shí)間系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷
  習(xí)題9
  習(xí)題答案
參考文獻(xiàn)

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