信號(hào)與系統(tǒng)

前言

　　本教材根據(jù)國(guó)家教育部制定的高職高專教育信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)的基本要求和高職高專人才培養(yǎng)規(guī)格要求而編寫。突出高職高專教育的特點(diǎn)，闡述信號(hào)與系統(tǒng)的基本理論，強(qiáng)調(diào)如何應(yīng)用基本理論分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。教材在以下方面具有特色。　　1.在教育思想上，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，體現(xiàn)教材不僅是知識(shí)的載體，也是思維方法和認(rèn)知過(guò)程的載體。傳統(tǒng)觀念常認(rèn)為教材就是將前人積累的知識(shí)系統(tǒng)地組織在一起，學(xué)生讀書的目的就是獲取這些知識(shí)。實(shí)際上，人類學(xué)習(xí)的過(guò)程既是獲取知識(shí)，也是學(xué)習(xí)能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)過(guò)程。因此，教材不應(yīng)只是靜態(tài)的知識(shí)，應(yīng)展現(xiàn)科學(xué)的思維方法和認(rèn)知過(guò)程。因此，在本教材編寫過(guò)程中，對(duì)教材的體系和內(nèi)容進(jìn)行了科學(xué)組織，體系結(jié)構(gòu)循序漸進(jìn)，內(nèi)容敘述深入淺出，使之更加符合學(xué)習(xí)的認(rèn)知過(guò)程。　　2.在教材體系上，改變傳統(tǒng)的電路與系統(tǒng)課程體系，建立了信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理的新體系。先時(shí)域再變換域。因?yàn)槲覀兩钤跁r(shí)空中，比較熟悉時(shí)間域，在深刻理解時(shí)域分析的理論和方法，了解其優(yōu)缺點(diǎn)后，自然就容易進(jìn)入變換域分析的領(lǐng)域，從而發(fā)現(xiàn)時(shí)域分析與變換域分析的相互關(guān)系和各自的適用范疇。先信號(hào)分析再系統(tǒng)分析，因?yàn)樾盘?hào)分析是系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)，只有通過(guò)信號(hào)分析，確定信號(hào)的特征，并對(duì)其進(jìn)行有效的表達(dá)，才可能正確選擇和設(shè)計(jì)相應(yīng)的系統(tǒng)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效的處理。　　3.在教材內(nèi)容上，體現(xiàn)經(jīng)典與現(xiàn)代、連續(xù)與離散、信號(hào)與系統(tǒng)的辯證關(guān)系，適當(dāng)反映IT的新理論和新技術(shù)，內(nèi)容闡述深人淺出，詳略得當(dāng)。在時(shí)域分析中，突出基本信號(hào)的數(shù)學(xué)定義和性質(zhì)，以及信號(hào)分解理論和方法，系統(tǒng)的描述與時(shí)域特性；在變換域分析中，突出傅里葉變換、拉普拉斯變換和z變換的數(shù)學(xué)概念、物理概念和工程概念，淡化其數(shù)學(xué)技巧和運(yùn)算，建立信號(hào)頻譜與系統(tǒng)函數(shù)的概念。為了提高學(xué)生利用信號(hào)與系統(tǒng)的理論和方法分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，增編了許多工程性、設(shè)計(jì)性和綜合性例題與習(xí)題。

內(nèi)容概要

　　《信號(hào)與系統(tǒng)》主要闡述確定性信號(hào)的時(shí)域分析和頻域分析，線性非時(shí)變系統(tǒng)的描述與特性，以及信號(hào)通過(guò)線性非時(shí)變系統(tǒng)的時(shí)域分析與變換域分析。按照先連續(xù)后離散、先時(shí)域后變換域的體系結(jié)構(gòu)展開(kāi)，突出基本理論、基本概念和基本方法，強(qiáng)調(diào)三大變換（傅里葉變換、拉普拉斯變換、z變換）的數(shù)學(xué)概念、物理概念和工程概念，淡化其計(jì)算技巧。根據(jù)信息科學(xué)與技術(shù)發(fā)展，結(jié)合近年來(lái)教學(xué)改革的成果，更新了教學(xué)內(nèi)容，注重實(shí)例分析，增編了工程性和綜合設(shè)計(jì)性的例題和習(xí)題?！缎盘?hào)與系統(tǒng)》可作為電子信息工程、通信工程、信息工程、自動(dòng)控制工程、生物醫(yī)學(xué)工程、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的高職高專教材，也可供有關(guān)科技工作者自學(xué)參考。

書籍目錄

第1章 信號(hào)與系統(tǒng)分析導(dǎo)論1.1 信號(hào)的描述及分類1.1.1 信號(hào)的定義與描述1.1.2 信號(hào)的分類和特性1.2 系統(tǒng)的描述及分類1.2.1 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型1.2.2 系統(tǒng)的分類1.3 信號(hào)與系統(tǒng)分析概述1.3.1 信號(hào)與系統(tǒng)分析的基本內(nèi)容與方法1.3.2 信號(hào)與系統(tǒng)理論的應(yīng)用本章小結(jié)思考題習(xí)題第2章 連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析2.1 連續(xù)時(shí)間信號(hào)的時(shí)域描述2.1.1 典型普通信號(hào)2.1.2 奇異信號(hào)的時(shí)域描述2.2 連續(xù)時(shí)間信號(hào)的基本運(yùn)算2.3 連續(xù)時(shí)間信號(hào)的時(shí)域分解2.4 連續(xù)時(shí)間線性非時(shí)變系統(tǒng)的描述及特點(diǎn)2.4.1 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述2.4.2 線性非時(shí)變系統(tǒng)2.5 連續(xù)時(shí)間LTI系統(tǒng)的響應(yīng)2.5.1 經(jīng)典時(shí)域分析方法2.5.2 連續(xù)LTI系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)2.5.3 連續(xù)LTI系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)2.6 連續(xù)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)2.7 卷積積分2.7.1 卷積的計(jì)算2.7.2 卷積的性質(zhì)2.7.3 奇異信號(hào)的卷積2.8 沖激響應(yīng)表示的系統(tǒng)特性2.8.1 級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)2.8.2 并聯(lián)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)2.8.3 因果系統(tǒng)2.8.4 穩(wěn)定系統(tǒng)本章小結(jié)思考題習(xí)題第3章 連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析3.1 周期信號(hào)的頻譜3.1.1 周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)3.1.2 周期信號(hào)的頻譜3.1.3 周期信號(hào)的功率譜3.2 非周期信號(hào)的頻譜3.2.1 非周期信號(hào)的傅里葉變換3.2.2 常用信號(hào)的頻譜函數(shù)3.2.3 傅里葉變換的特性3.2.4 非周期信號(hào)的能量頻譜3.3 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的頻域分析3.3.1 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的頻域描述3.3.2 系統(tǒng)頻率響應(yīng)3.3.3 系統(tǒng)響應(yīng)的頻域求解3.4 無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)與理想低通濾波器3.4.1 無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)3.4.2 理想濾波器3.5 信號(hào)抽樣及抽樣定理3.5.1 信號(hào)的時(shí)域抽樣3.5.2 時(shí)域抽樣定理3.5.3 信號(hào)的重建3.6 信號(hào)調(diào)制與解調(diào)3.6.1 信號(hào)幅度調(diào)制3.6.2 同步解調(diào)3.6.3 單邊帶幅度調(diào)制3.6.4 頻分復(fù)用本章小結(jié)思考題習(xí)題第4章 連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析4.1 連續(xù)時(shí)間信號(hào)的復(fù)頻域分析4.1.1 從傅里葉變換到拉普拉斯變換4.1.2 單邊拉普拉斯變換的收斂域4.1.3 常用信號(hào)的拉普拉斯變換4.1.4 單邊拉普拉斯變換的性質(zhì)4.1.5 拉普拉斯反變換4.2 連續(xù)LTI系統(tǒng)響應(yīng)的復(fù)頻域分析4.2.1 微分方程的復(fù)頻域求解4.2.2 電路的復(fù)頻域模型4.3 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性4.3.1 系統(tǒng)函數(shù)定義與計(jì)算4.3.2 系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)分布4.3.3 系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性4.4 連續(xù)系統(tǒng)的模擬4.4.1 系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)4.4.2 連續(xù)系統(tǒng)的模擬本章小結(jié)思考題習(xí)題第5章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析5.1 離散時(shí)間信號(hào)時(shí)域描述5.1.1 離散時(shí)間信號(hào)的表示5.1.2 基本離散序列5.2 離散時(shí)間信號(hào)的基本運(yùn)算5.3 離散時(shí)間信號(hào)的時(shí)域分解5.4 離散LTI系統(tǒng)的描述及特點(diǎn)5.4.1 離散時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述5.4.2 線性非時(shí)變系統(tǒng)5.5 離散時(shí)間LTI系統(tǒng)的響應(yīng)5.5.1 迭代法5.5.2 經(jīng)典法求解差分方程5.5.3 離散LTI系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)5.5.4 離散LTI系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)5.6 離散系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)5.7 序列卷積和5.7.1 序列卷積和的圖形計(jì)算5.7.2 列表法計(jì)算序列卷積和5.7.3 序列卷積和的性質(zhì)5.8 單位脈沖響應(yīng)表示的系統(tǒng)特性5.8.1 級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)5.8.2 并聯(lián)系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)5.8.3 因果系統(tǒng)5.8.4 穩(wěn)定系統(tǒng)本章小結(jié)思考題習(xí)題第6章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的Z域分析6.1 離散時(shí)間信號(hào)的Z域分析6.1.1 單邊Z變換的定義及收斂域6.1.2 常用序列的z變換6.1.3 單邊z變換的主要性質(zhì)6.1.4 單邊z反變換6.2 離散LTI系統(tǒng)響應(yīng)的Z域分析6.3 離散時(shí)間系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性6.3.1 系統(tǒng)函數(shù)及其零極點(diǎn)6.3.2 系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)分布與系統(tǒng)時(shí)域特性的關(guān)系6.3.3 系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)分布與系統(tǒng)頻率響應(yīng)的關(guān)系6.3.4 系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)分布與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系6.4 離散時(shí)間系統(tǒng)的模擬6.4.1 離散時(shí)間系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)6.4.2 離散系統(tǒng)的模擬本章小結(jié)思考題習(xí)題第7章 系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析7.1 狀態(tài)及狀態(tài)空間的定義7.2 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立7.2.1 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的普遍形式7.2.2 由電路圖建立狀態(tài)方程7.2.3 由系統(tǒng)模擬方框圖建立狀態(tài)方程7.2.4 由微分方程或系統(tǒng)函數(shù)建立狀態(tài)方程7.3 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解7.3.1 連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程的時(shí)域求解7.3.2 狀態(tài)方程的變換域求解7.4 離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立7.4.1 離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的一般形式7.4.2 由系統(tǒng)模擬方框圖建立狀態(tài)方程7.4.3 由系統(tǒng)函數(shù)或差分方程建立狀態(tài)方程7.5 離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解7.5.1 離散狀態(tài)方程的時(shí)域求解7.5.2 離散狀態(tài)方程的變換域求解本章小結(jié)思考題習(xí)題部分習(xí)題答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1.3 信號(hào)與系統(tǒng)分析概述　　1.3.1 信號(hào)與系統(tǒng)分析的基本內(nèi)容與方法　　信號(hào)與系統(tǒng)分析主要包括信號(hào)分析與系統(tǒng)分析兩部分內(nèi)容。信號(hào)分析的核心內(nèi)容是信號(hào)的表達(dá)，即將復(fù)雜信號(hào)表達(dá)為一些基本信號(hào)的線性組合，通過(guò)研究基本信號(hào)的特性和信號(hào)的線性組合關(guān)系來(lái)研究復(fù)雜信號(hào)的特性。系統(tǒng)分析的主要任務(wù)是系統(tǒng)的描述，以及求解系統(tǒng)的輸出響應(yīng)。在種類繁多的系統(tǒng)中，線性非時(shí)變系統(tǒng)的分析具有重要的意義。因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中的大部分系統(tǒng)屬于或可近似的看作是線性非時(shí)變系統(tǒng)，而且線性非時(shí)變系統(tǒng)的分析方法已有較完善的理論，因此本課程主要分析線性非時(shí)變系統(tǒng)。對(duì)于非線性系統(tǒng)與時(shí)變系統(tǒng)，近年來(lái)也有較大理論進(jìn)展和應(yīng)用領(lǐng)域，將在其他的課程中作專門的研究。　　信號(hào)包括確定信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)。對(duì)于確定信號(hào)通過(guò)線性非時(shí)變系統(tǒng)的分析，主要采用數(shù)學(xué)模型的解析方法。即先建立描述系統(tǒng)的模型，然后根據(jù)輸入激勵(lì)求解出系統(tǒng)輸出響應(yīng)的解析表達(dá)式。，而對(duì)于隨機(jī)信號(hào)通過(guò)線性非時(shí)變系統(tǒng)的分析，主要采用概率模型的統(tǒng)計(jì)方法，即根據(jù)輸入隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性求解出輸出隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性。在本課程中，主要對(duì)確定信號(hào)進(jìn)行分析。對(duì)于確定信號(hào)通過(guò)線性非時(shí)變系統(tǒng)的分析，其主要任務(wù)就是建立與求解系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。其中，建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法可分為輸入輸出描述法與狀態(tài)空間描述法兩種，而求解系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法可分為時(shí)間域分析法與變換域分析法?！　≡诮⑾到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，輸人輸出描述法側(cè)重于系統(tǒng)的外部特性，一般不考慮系統(tǒng)的內(nèi)部變量，直接建立系統(tǒng)的輸入與輸出之間的函數(shù)關(guān)系。由此而建立的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程直觀且簡(jiǎn)單，因而適合于單輸入單輸出系統(tǒng)分析。狀態(tài)變量法側(cè)重于系統(tǒng)的內(nèi)部特性，建立系統(tǒng)的內(nèi)部變量之間以及內(nèi)部變量與輸出之間的約束關(guān)系。

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