中國科大精品教材 信號與系統(tǒng)理論、方法和應(yīng)用

前言

　　2008年是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)建校五十周年。為了反映五十年來辦學(xué)理念和特色，集中展示教材建設(shè)的成果，學(xué)校決定組織編寫出版代表中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教學(xué)水平的精品教材系列。在各方的共同努力下，共組織選題281種，經(jīng)過多輪、嚴(yán)格的評審，最后確定50種入選精品教材系列?！　?958年學(xué)校成立之時，教員大部分都來自中國科學(xué)院的各個研究所。作為各個研究所的科研人員，他們到學(xué)校后保持了教學(xué)的同時又作研究的傳統(tǒng)。同時，根據(jù)“全院辦校，所系結(jié)合”的原則，科學(xué)院各個研究所在科研第一線工作的杰出科學(xué)家也參與學(xué)校的教學(xué)，為本科生授課，將最新的科研成果融入到教學(xué)中。五十年來，外界環(huán)境和內(nèi)在條件都發(fā)生了很大變化，但學(xué)校以教學(xué)為主、教學(xué)與科研相結(jié)合的方針沒有變。正因為堅持了科學(xué)與技術(shù)相結(jié)合、理論與實踐相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合的方針，并形成了優(yōu)良的傳統(tǒng)，才培養(yǎng)出了一批又一批高質(zhì)量的人才?！　W(xué)校非常重視基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)的傳統(tǒng)，也是她特別成功的原因之一。當(dāng)今社會，科技發(fā)展突飛猛進(jìn)、科技成果日新月異，沒有扎實的基礎(chǔ)知識，很難在科學(xué)技術(shù)研究中作出重大貢獻(xiàn)。建校之初，華羅庚、吳有訓(xùn)、嚴(yán)濟(jì)慈等老一輩科學(xué)家、教育家就身體力行，親自為本科生講授基礎(chǔ)課。他們以淵博的學(xué)識、精湛的講課藝術(shù)、高尚的師德，帶出一批又一批杰出的年輕教員，培養(yǎng)了一屆又一屆優(yōu)秀學(xué)生。這次入選校慶精品教材的絕大部分是本科生基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課的教材，其作者大多直接或間接受到過這些老一輩科學(xué)家、教育家的教誨和影響，因此在教材中也貫穿著這些先輩的教育教學(xué)理念與科學(xué)探索精神?！　「母镩_放之初，學(xué)校最先選派青年骨干教師赴西方國家交流、學(xué)習(xí)，他們在帶回先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的同時，也把西方先進(jìn)的教育理念、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容等帶回到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，并以極大的熱情進(jìn)行教學(xué)實踐，使“科學(xué)與技術(shù)相結(jié)合、理論與實踐相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合”的方針得到進(jìn)一步深化，取得了非常好的效果，培養(yǎng)的學(xué)生得到全社會的認(rèn)可。這些教學(xué)改革影響深遠(yuǎn)，直到今天仍然受到學(xué)生的歡迎，并輻射到其他高校。在入選的精品教材中，這種理念與嘗試也都有充分的體現(xiàn)。

內(nèi)容概要

本書采用先時域后變換域，從輸入輸出描述到狀態(tài)變量描述的順序和結(jié)構(gòu)，以對偶和類比的方式逐章逐節(jié)、完全并行地介紹和講述連續(xù)時間和離散時間信號與系統(tǒng)的一系列基本概念、理論和方法，包括數(shù)字信號處理方面的基本概念、理論和方法，以及它們在通信、信號處理和反饋與控制等領(lǐng)域中的主要應(yīng)用。    本書在遵循第1版編寫的相同理念，保持原有鮮明特色的基礎(chǔ)上，在對原有內(nèi)容做適當(dāng)調(diào)整和精練的同時，主要增加了離散傅里葉變換(DFT)、快速傅里葉變換(FFT)、模擬和數(shù)字濾波器設(shè)計與實現(xiàn)等數(shù)字信號處理方面的基本內(nèi)容，以及信號與系統(tǒng)的概念、理論和方法在反饋和控制中的應(yīng)用，并把它們有機地融人原有的內(nèi)容框架，更為完整地展現(xiàn)出一個“系統(tǒng)分析和綜合”與“信號分析和處理”兩方面知識既并重又相互交融，并具有鮮明特色的信號與系統(tǒng)課程內(nèi)容體系。    全書共11章，次序先后為：“緒論”、“信號和系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及其基本性質(zhì)”、“1TI系統(tǒng)的時域分析和信號卷積”、“用微分方程或差分方程描述的系統(tǒng)”、“信號和系統(tǒng)的變換域表示法”、“變換的性質(zhì)及其揭示的時域與頻域和復(fù)頻域之間的關(guān)系”、“在通信系統(tǒng)和技術(shù)中的應(yīng)用”、“系統(tǒng)的變換域分析和綜合”、“在信號分析和處理中的應(yīng)用”、“在反饋和控制中的應(yīng)用”、“系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析”。各章都有足夠數(shù)量的精選例題，兼顧基本練習(xí)和解題及分析技巧，章末配有相當(dāng)數(shù)量豐富多彩的習(xí)題。    本書可作為通信和電子工程、自動化、計算機等電子信息類專業(yè)本科“信號與系統(tǒng)”課程的教材。本書內(nèi)容符合國內(nèi)研究生入學(xué)考試中“信號與系統(tǒng)”科目考試內(nèi)容范圍和要求，可作為該科目的考研參考書。也可供任何從事信息獲取、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理、信息系統(tǒng)等領(lǐng)域工作的其他專業(yè)研究生、教師和科技工作者參考。

書籍目錄

總序第2版前言第1版序言第1版前言第1章　緒論　1.1　信息、信號和系統(tǒng)  　1.1.1　信息、信號和系統(tǒng)　  1.1.2　信號與系統(tǒng)問題  1.2　系統(tǒng)分析與綜合和信號分析與處理  　1.2.1　系統(tǒng)分析與綜合　  1.2.2　信號分析與處理　1.3　信號與系統(tǒng)的內(nèi)容體系第2章  信號和系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及其性質(zhì)　2.1  引言　2.2　信號的數(shù)學(xué)描述和分類  　2.2.1　信號的數(shù)學(xué)描述　  2.2.2　信號的分類　2.3　系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述和分類  　2.3.1　系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和描述方法　  2.3.2　系統(tǒng)的分類　2.4　信號的基本運算和變換、基本系統(tǒng)  　2.4.1　信號的基本運算及其實現(xiàn)的基本系統(tǒng)　  2.4.2　自變量變換導(dǎo)致的信號變換及其實現(xiàn)的基本系統(tǒng)　2.5　基本的連續(xù)時間和離散時間信號  　2.5.1　單位階躍信號與單位沖激信號　  2.5.2　復(fù)指數(shù)信號與正弦信號　2.6　信號的時域特性和主要特征  　2.6.1　信號的周期性、周期信號與非周期信號　  2.6.2　信號的時域?qū)ΨQ特性  　2.6.3　信號的大小、能量和功率……第3章 LTI系統(tǒng)的時域分析和信號卷積第4章　用微分方程或差分方程描述的系數(shù)第5章　信號和系統(tǒng)的變換域表示法第6章　變換的性質(zhì)及其揭示的時域與頻域和復(fù)頻域之間的關(guān)系第7章　在通信系統(tǒng)和技術(shù)中的應(yīng)用第8章　系統(tǒng)的變換域分析和綜合　第9章　在信號分析與處理中的應(yīng)用第10章　在反饋和控制中的應(yīng)用第11章　系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　當(dāng)今社會已進(jìn)入信息時代，其主要標(biāo)志之一是信息對人類而言，已處于舉足輕重的地位。人們每時每刻通過各種媒體獲得許多信息，這些信息以日益深入的程度影響著人們的日常生活和各種活動。人們經(jīng)常談?wù)撔畔ⅰ⑿畔⑻幚?、信息系統(tǒng)和信息網(wǎng)等問題。那么，信息究竟是什么？控制論的創(chuàng)始人維納認(rèn)為，信息是人與外部世界交換的內(nèi)容，“內(nèi)容”是事物的原形，“交換”則是信息載體將事物原形映射到人或其他物體的感覺器官，人們把這種映射的結(jié)果認(rèn)為獲得了“信息”。通俗地說，“信息”指人們得到的“消息”，即原來不知道的知識。實際上，不僅人類能接受信息，其他生物和事物也與外部環(huán)境交換信息，它們也對環(huán)境變化作出反應(yīng)，只是在不同領(lǐng)域中，通常不稱其為信息，而稱為刺激、激勵或影響因素等?！　⌒畔⑹嵌喾N多樣、豐富多彩的，它們的具體物理形態(tài)也千差萬別。例如：語聲信息（話音或音樂）是以聲壓變化表示的；視覺信息是以亮度或色彩變化表示的；文字和數(shù)據(jù)信息是以字符串表示的；影響物體運動的信息由作用于物體上的外力表示；影響經(jīng)濟(jì)運行的信息表現(xiàn)為投資及各個產(chǎn)業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。通常人們把信息的具體表現(xiàn)形式稱為信號，或者說，信息是信號包含的內(nèi)容。表現(xiàn)各種不同信息的信號都有一個共同點，即信號是一個或多個獨立變量的函數(shù)，它一般都包含了某個或某些現(xiàn)象的信息。信號不同的物理形態(tài)并不影響它們所包含的信息內(nèi)容，且不同物理形態(tài)的信號之間可以相互轉(zhuǎn)換。例如，以聲壓變化表示的語聲信號可以轉(zhuǎn)換成以電壓或電流變化表示的語聲電信號，甚至可以轉(zhuǎn)換為一組數(shù)據(jù)表示的語聲信號，即所謂數(shù)字語聲。它們僅在物理形態(tài)上不一樣，但都包含了同樣的語聲信息。　　系統(tǒng)這一術(shù)語在眾多的工程和科學(xué)領(lǐng)域，甚至社會經(jīng)濟(jì)和文化領(lǐng)域廣泛地使用著，例如：各種通信系統(tǒng)，雷達(dá)系統(tǒng)，各種自動化系統(tǒng)，各種計算機系統(tǒng)，因特網(wǎng)（Internet），各種信息管理系統(tǒng)，電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)，交通運輸系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，機械系統(tǒng)，航空和宇航系統(tǒng)，遙測和遙感系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)，神經(jīng)系統(tǒng)，視覺和聽覺系統(tǒng)，消化系統(tǒng)，血液循環(huán)系統(tǒng)，氣象預(yù)報系統(tǒng)，水文系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)預(yù)測（系統(tǒng)），決策系統(tǒng)等等。所謂系統(tǒng)，就是由若干相互關(guān)聯(lián)又相互作用的事物組合而成，具有某種或某些特定功能和特性的整體。例如：電路就是由電’阻、電感、電容、開關(guān)和連接導(dǎo)線（有時還包括電源）組成的一種系統(tǒng)，它在外加電壓或電流的激勵下，電路內(nèi)部的各個支路電流和所有元件兩端的電壓都將發(fā)生變化，這些電壓或電流的變化稱為電路的響應(yīng)，在某種激勵下電路有什么樣的響應(yīng)，就是該電路系統(tǒng)的特定功能和特性。

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