信號(hào)與線性系統(tǒng)

前言

　　“信號(hào)與系統(tǒng)”作為專業(yè)基礎(chǔ)課程在國內(nèi)高校問世以來，已走過近30年的歷程。這個(gè)歷程正是我國科技大變革的時(shí)期。經(jīng)濟(jì)建設(shè)的號(hào)角吹響祖國的大江南北，科技創(chuàng)新的激流里，千帆競(jìng)發(fā)，百柯爭(zhēng)流。信息科學(xué)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，信息事業(yè)的面貌日新月異。隨著信息科學(xué)與技術(shù)尤其是電子信息科技、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念、基本原理和分析方法已被廣泛引入到各個(gè)學(xué)科，信號(hào)與系統(tǒng)已經(jīng)成為信息科學(xué)、電氣工程、電子學(xué)與技術(shù)、通信工程、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)及生物醫(yī)學(xué)工程等有關(guān)專業(yè)中的一門重要而不可缺少的基礎(chǔ)理論課程，已經(jīng)成為信息科技領(lǐng)域的科技工作者和相關(guān)專業(yè)學(xué)生所必須具備的知識(shí)?！靶盘?hào)與系統(tǒng)”已被眾多學(xué)校作為主干課程開設(shè)，很多學(xué)校還把它確定為考研課程。在近30年的歷程中，“信號(hào)與系統(tǒng)”本身也在不斷發(fā)展。在各方努力下，其體系已更加完善、其理論和方法更為成熟、其內(nèi)容也更加充實(shí)，并且還在不斷豐富和更新。　　為適應(yīng)當(dāng)前高等教育事業(yè)和信息科學(xué)的發(fā)展，體現(xiàn)教材建設(shè)方面的百花齊放，作者在近年來講授“信號(hào)與系統(tǒng)”的講稿基礎(chǔ)上編寫本書，定名為《信號(hào)與線性系統(tǒng)》。本書可供高校上述專業(yè)的本科學(xué)生及相關(guān)專業(yè)的科技人員使用或參考?！　”M管“信號(hào)與系統(tǒng)”所涉及的學(xué)科及知識(shí)面廣泛，各相關(guān)學(xué)科及本學(xué)科領(lǐng)域的理論和實(shí)踐發(fā)展迅速，但就大學(xué)本科課程而言，“信號(hào)與系統(tǒng)”的基本內(nèi)容相對(duì)穩(wěn)定，其范圍大體確定。為盡量避免不同課程之間內(nèi)容重疊，編寫時(shí)既注意適當(dāng)增加部分新內(nèi)容，也注意到與數(shù)字信號(hào)處理、高頻電路、電子技術(shù)、電路分析等課程的聯(lián)系與區(qū)別?！　∪珪卜?章?？紤]到學(xué)科發(fā)展的歷史原因，本書在內(nèi)容安排上采用先連續(xù)后離散，連續(xù)與離散并重；在連續(xù)部分和離散部分中，則采用先時(shí)域后變換域的順序介紹。同時(shí)考慮到連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)和離散信號(hào)與系統(tǒng)的有機(jī)聯(lián)系，以及傳遞函數(shù)在系統(tǒng)分析中的重要性，全書采取如下結(jié)構(gòu)：第2~4章為連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)部分，第5~7章為離散信號(hào)與系統(tǒng)部分，第1章和第8章將連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)和離散信號(hào)與系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行討論，并在第8章中專門討論傳遞函數(shù)與系統(tǒng)的關(guān)系。這樣既突出了連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)和離散信號(hào)與系統(tǒng)各自的特點(diǎn)，也強(qiáng)調(diào)了它們的共性以及傳遞函數(shù)在系統(tǒng)分析中的作用，并體現(xiàn)了學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性。　　為幫助讀者鞏固知識(shí)，更好地學(xué)好本書，書中各章都配備了一定數(shù)量而難度適當(dāng)?shù)睦}和習(xí)題，書末附有部分習(xí)題答案，供讀者使用參考。鑒于頻譜分析儀與第3章關(guān)系的密切性及重要性，在附錄中還特地增加了介紹頻譜分析儀的內(nèi)容。這也從一個(gè)側(cè)面體現(xiàn)理論與實(shí)際的結(jié)合?！　⌒盘?hào)與系統(tǒng)是一門理論性很強(qiáng)的課程。為了體現(xiàn)理論對(duì)實(shí)踐和應(yīng)用的指導(dǎo)作用，本書在論述上采用數(shù)學(xué)處理與物理概念并重，并盡量做到理論聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用，盡量避免純數(shù)學(xué)處理。力圖概念準(zhǔn)確、層次清晰、重點(diǎn)突出。在保證本科生所必須具備的知識(shí)深度和理論水平的前提下，力求深入淺出、闡述詳盡、增強(qiáng)可讀性。在定理或性質(zhì)證明、公式推導(dǎo)、例題解答方面力圖具有簡(jiǎn)捷性、技巧性和自身特色?！　”緯闪种仁⒕帉?。在編寫過程中，得到信息科技學(xué)院和電子與通信工程系有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)以及清華大學(xué)出版社的支持和幫助，在此，謹(jǐn)對(duì)他們表示誠摯謝意！對(duì)參考文獻(xiàn)中各位著、編、譯者同樣表示誠摯謝意！　　限于作者水平，書中定有不妥或錯(cuò)誤之處，歡迎讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《信號(hào)與線性系統(tǒng)》系統(tǒng)全面地介紹了信號(hào)與線性非時(shí)變系統(tǒng)的基本概念、基本原理和基本分析方法。論述上數(shù)學(xué)處理與物理概念并重，盡量做到理論聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用，力求概念準(zhǔn)確、層次清晰、重點(diǎn)突出、深入淺出、簡(jiǎn)明易懂。在定理或性質(zhì)證明、公式推導(dǎo)、例題解答方面力圖簡(jiǎn)潔性、技巧性并具有自身特色?！　　缎盘?hào)與線性系統(tǒng)》共分8章。內(nèi)容包括信號(hào)與系統(tǒng)概述，連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析、頻域分析、復(fù)頻域分析，離散信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析、頻域分析、z域分析，傳遞函數(shù)與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特性。每章都配備一定數(shù)量而難度適當(dāng)?shù)睦}和習(xí)題，《信號(hào)與線性系統(tǒng)》末附有部分習(xí)題的參考答案。此外，附錄4還對(duì)頻譜分析儀作了簡(jiǎn)單介紹?！　　缎盘?hào)與線性系統(tǒng)》可作為高等學(xué)校信息、電氣工程、電子、通信、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、生物醫(yī)學(xué)工程及相近專業(yè)的本科生教材，也可供相關(guān)專業(yè)的科技人員參考。

書籍目錄

第1章信號(hào)與系統(tǒng)概述1.1緒論1.2信號(hào)的分類1. 連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)2. 奇信號(hào)與偶信號(hào)3. 周期信號(hào)與非周期信號(hào)4. 實(shí)信號(hào)與復(fù)信號(hào)5. 確定性信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)6. 能量信號(hào)與功率信號(hào)1.3信號(hào)的基本運(yùn)算1. 信號(hào)之和2. 信號(hào)之積3. 信號(hào)的微分4. 信號(hào)的積分5. 信號(hào)的平移6. 信號(hào)的反折7. 時(shí)間壓擴(kuò)1.4系統(tǒng)的模型1. 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2. 系統(tǒng)的模擬框圖1.5系統(tǒng)的分類與性質(zhì)1. 集中參數(shù)系統(tǒng)與分布參數(shù)系統(tǒng)2. 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)與離散時(shí)間系統(tǒng)3. 即時(shí)系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)系統(tǒng)4. 可逆系統(tǒng)與不可逆系統(tǒng)5. 線性與非線性系統(tǒng)6. 時(shí)變與非時(shí)變系統(tǒng)7. 因果與非因果系統(tǒng)8. 穩(wěn)定與非穩(wěn)定系統(tǒng)習(xí)題一第2章連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析2.1奇異信號(hào)及其主要性質(zhì)1. 單位階躍信號(hào)與沖激信號(hào)2. 單位階躍信號(hào)與沖激信號(hào)的廣義定義3. 沖激信號(hào)δ(t)的性質(zhì)4. 沖激偶信號(hào)2.2 LTI連續(xù)系統(tǒng)的響應(yīng)1. LTI連續(xù)系統(tǒng)的微分方程描述2. 0-與0+初始條件的轉(zhuǎn)換3. 零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)2.3沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng)1.沖激響應(yīng)2. 階躍響應(yīng)3. 二階系統(tǒng)的沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)2.4卷積積分1. 卷積積分2. 卷積積分的圖解2.5卷積積分的運(yùn)算規(guī)則1. 卷積的代數(shù)運(yùn)算2. 卷積的微分與積分3. 信號(hào)與沖激信號(hào)的卷積2.6信號(hào)的相關(guān)1. 信號(hào)的互相關(guān)2. 信號(hào)的自相關(guān)習(xí)題二第3章連續(xù)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)表示1.周期信號(hào)的傅里葉展開2. 對(duì)稱信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)3. 傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)數(shù)形式3.2周期信號(hào)的頻譜分析1. 周期信號(hào)的頻譜2. 周期矩形脈沖信號(hào)的頻譜3. 若干典型周期信號(hào)的頻譜3.3非周期信號(hào)的頻譜1. 非周期信號(hào)的傅里葉變換--頻譜函數(shù)2. 若干典型非周期信號(hào)的頻譜3. 奇異信號(hào)的頻譜3.4傅里葉變換的性質(zhì)1. 線性特性2. 奇偶性與虛實(shí)性3. 時(shí)移特性4. 頻移特性5. 時(shí)頻壓擴(kuò)特性6. 對(duì)稱性7. 時(shí)域微分特性8. 時(shí)域積分特性9. 頻域微分特性10. 頻域積分特性11. 卷積特性3.5周期信號(hào)的傅里葉變換1. 正、余弦信號(hào)的傅里葉變換2. 一般周期信號(hào)的傅里葉變換3.6帕斯瓦爾關(guān)系1.周期信號(hào)的功率2. 能量密度和功率密度3.7吉布斯現(xiàn)象1. 有限項(xiàng)傅里葉級(jí)數(shù)與最小均方誤差2. 吉布斯現(xiàn)象3.8LTI系統(tǒng)的頻域分析1.LTI系統(tǒng)的頻響特性2. 信號(hào)的無失真?zhèn)鬏?. 理想低通濾波器4. 其他濾波器5. 帶相乘器的系統(tǒng)3.9抽樣信號(hào)的頻譜1. 連續(xù)信號(hào)的抽樣2. 抽樣定理3.10相關(guān)定理習(xí)題三第4章連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析4.1連續(xù)時(shí)間信號(hào)的拉氏變換1. 雙邊拉氏變換2. 單邊拉氏變換3. 拉氏變換的收斂域4.2拉氏變換的性質(zhì)1. 線性特性2. 時(shí)移特性3. 時(shí)?復(fù)頻壓擴(kuò)特性4. 復(fù)頻移特性5. 時(shí)域微分特性6. 時(shí)域積分特性7. 卷積特性8. 復(fù)頻域微分特性9. 復(fù)頻域積分特性10. 初值定理11. 終值定理4.3拉氏逆變換1. 逆變換表法2. 部分分式展開法3. 留數(shù)法4.4連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的復(fù)頻域分析1. 微分方程的拉氏變換2. 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與頻率特性3. 系統(tǒng)的s域模擬框圖4. 電路的復(fù)頻域模型與分析5. 拉氏變換與傅里葉變換的關(guān)系6. 傳遞函數(shù)H(s)與頻率特性H(jω)的關(guān)系4.5連續(xù)時(shí)間濾波器的設(shè)計(jì)1. 理想濾波器的逼近2. 巴特沃斯濾波器和切比雪夫?yàn)V波器的設(shè)計(jì)習(xí)題四第5章離散信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析5.1離散時(shí)間系統(tǒng)的描述及響應(yīng)1. 系統(tǒng)的描述2. 差分方程的時(shí)域求解法5.2兩個(gè)基本離散信號(hào)及響應(yīng)1. 單位序列和單位階躍序列2. 單位序列響應(yīng)和階躍響應(yīng)5.3卷積和1.卷積和2.卷積和的圖示與對(duì)位相乘求和法3. 卷積和的性質(zhì)及其系統(tǒng)含義4. 逆卷積與逆系統(tǒng)習(xí)題五第6章離散信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析6.1離散時(shí)間周期信號(hào)與離散時(shí)間傅里葉級(jí)數(shù)1. 離散時(shí)間周期信號(hào)2. 離散時(shí)間傅里葉級(jí)數(shù)3. 離散時(shí)間傅里葉級(jí)數(shù)的收斂問題4. 周期矩形脈沖序列的頻譜6.2離散時(shí)間非周期信號(hào)的離散時(shí)間傅里葉變換1. 從離散時(shí)間傅里葉級(jí)數(shù)到離散時(shí)間傅里葉變換2. 若干常用序列的離散時(shí)間傅里葉變換3. 離散時(shí)間傅里葉變換的性質(zhì)4. 周期序列的離散時(shí)間傅里葉變換5. 離散時(shí)間傅里葉逆變換6.3LTI離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)1. LTI離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)2. 頻率響應(yīng)的性質(zhì)3. 差分方程的頻域求解法6.4離散時(shí)間系統(tǒng)舉例1.LTI離散系統(tǒng)的互聯(lián)2.FIR系統(tǒng)和IIR系統(tǒng)3.數(shù)字濾波器4. 逆系統(tǒng)習(xí)題六第7章離散信號(hào)與系統(tǒng)的z域分析7.1Z變換1. Z變換的定義2. Z變換的收斂域3. 基本信號(hào)的Z變換7.2Z變換的性質(zhì)1. 線性特性2. 序列乘指數(shù)信號(hào)（z域壓擴(kuò)）3. 時(shí)移特性4. 序列乘復(fù)指數(shù)信號(hào)5. k域反轉(zhuǎn)特性6. 卷積特性7. z域微分特性8. z域積分特性9. k域求和特性10. 初值定理和終值定理7.3逆Z變換1.冪級(jí)數(shù)展開法2.部分分式展開法3. 留數(shù)法7.4Z變換與其他變換域的關(guān)系1. 與拉氏變換的關(guān)系2. 與DTFT的關(guān)系7.5離散時(shí)間LTI系統(tǒng)的z域分析1. 差分方程的Z變換解2. 傳遞函數(shù)3. 系統(tǒng)的z域框圖4. LTI離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)5. 逆系統(tǒng)7.6IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)1. 沖激響應(yīng)不變法2. 雙線性變換法7.7FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)1. 線性相位FIR濾波器的頻率特性2. FIR濾波器的設(shè)計(jì)習(xí)題七第8章傳遞函數(shù)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特性8.1系統(tǒng)的信流圖描述1.基本術(shù)語與信流圖的建立2.信流圖的化簡(jiǎn)規(guī)則3.梅森公式8.2傳遞函數(shù)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.系統(tǒng)的直接實(shí)現(xiàn)2.系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)3.系統(tǒng)的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)8.3系統(tǒng)的狀態(tài)變量描述1.狀態(tài)、狀態(tài)變量與狀態(tài)方程2.狀態(tài)的轉(zhuǎn)換8.4傳遞函數(shù)與系統(tǒng)特性1. 零極點(diǎn)分布與時(shí)域特性2.零極點(diǎn)分布與頻響特性3.零極點(diǎn)分布與波特圖4.零極點(diǎn)分布與系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性5.零極點(diǎn)分布與全通系統(tǒng)6.零極點(diǎn)分布與最小相移系統(tǒng)習(xí)題八習(xí)題答案附錄1典型信號(hào)的卷積積分表附錄2典型周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)與頻譜特點(diǎn)表附錄3典型信號(hào)的傅里葉變換表附錄4頻譜分析儀及其應(yīng)用簡(jiǎn)介附錄5拉普拉斯變換表附錄6典型信號(hào)的卷積和表附錄7常用信號(hào)的離散時(shí)間傅里葉變換表附錄8常用信號(hào)的Z變換表參考文獻(xiàn)

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