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出版者:中国电力

作者:张长森

出品人:

页数:255

译者:

出版时间:2007-9

价格:26.00元

装帧:

isbn号码:9787508360119

丛书系列:

图书标签:

• 数字信号处理
• 信号处理
• DSP
• 通信工程
• 电子工程
• MATLAB
• 算法
• 滤波
• 频谱分析
• 图像处理

《信号与系统基础解析》 书籍简介 本书旨在为读者构建一个坚实、全面的信号与系统理论基础，深入剖析连续时间与离散时间信号的特性、系统的基本描述方法，以及信号与系统在频域和时域中的动态行为。不同于专注于特定应用领域（如数字信号处理）的教材，本书聚焦于理论的普适性和数学工具的严谨性，为后续高级课程的学习打下不可或缺的基石。 第一部分：信号的表示与分析——时域视角 本书首先系统地介绍了信号的数学模型和分类。我们将详细探讨确定性信号（如阶跃信号、冲激信号、指数信号和周期信号）的精确定义和性质。其中，对单位冲激函数的引入和分析是核心内容，它不仅是信号分析的理想工具，也是理解线性时不变（LTI）系统的关键。 我们将深入研究信号的运算，包括时间反转、时间平移和尺度变换。这些基础操作是理解系统响应的基础。随后，引入傅里叶级数（FS）的严格推导，展示如何将周期信号分解为一系列正交的复指数序列，从而揭示信号的频谱内容。对于非周期信号，我们将过渡到傅里叶变换（FT），详细阐述其定义、收敛条件、基本性质（线性、时移、频移、时域/频域的对偶性、卷积性质）以及重要的对偶关系。傅里叶变换是连接时域与频域的桥梁，本书会通过大量的实例演示其强大的分析能力，例如如何利用FT分析矩形脉冲、Sinc函数等常见信号。 第二部分：系统的基本特性与描述 本部分专注于描述和表征系统，特别是线性时不变（LTI）系统。我们首先明确系统的基本要求：线性性和时不变性。在此基础上，本书系统地引入了LTI系统的两大核心描述工具： 1. 卷积积分/和： 这是LTI系统分析的灵魂。我们将详细推导输入信号与系统冲激响应之间的卷积运算，展示如何利用系统的冲激响应 $h(t)$ 或 $h[n]$ 完全确定系统的输出。对卷积运算的数学性质（结合律、交换律、分配律）进行深入探讨，并提供计算技巧，帮助读者熟练掌握时域分析。 2. 微分/差分方程： 对于由元件和反馈构成的物理系统，使用微分方程（连续时间）或差分方程（离散时间）进行描述是自然而必要的。本书将介绍如何对方程进行求解，特别是零输入响应（暂态响应）和零状态响应（稳态响应）的求解方法，以及如何利用初始条件来完整描述系统的行为。 第三部分：频域分析与系统函数 时域的卷积运算在频域中简化为乘法运算，这是傅里叶分析带来的巨大优势。本部分将全面展开频域分析。 对于连续时间系统，我们将导出系统的频率响应 $H(jomega)$，它是冲激响应的傅里叶变换。频率响应直接揭示了系统对不同频率分量的增益和相移特性。通过分析 $H(jomega)$，我们可以直观地判断系统是低通、高通、带通还是带阻滤波器。 对于离散时间系统，我们将引入离散时间傅里叶变换（DTFT），探讨其周期性谱的特性。随后，介绍更为强大的Z变换。Z变换是处理离散时间信号与系统的核心工具，它不仅是傅里叶变换的推广（当收敛域满足条件时），还能够自然地处理非稳定或收敛性不佳的系统。本书将详述Z变换的定义、性质，并着重讲解系统函数 $H(z)$，即输入Z变换与输出Z变换的比值。利用 $H(z)$ 的零、极点分析法，读者将掌握系统稳定性的判断和系统特性的直观理解。 第四部分：采样与Z域分析的深化 本书的最后一部分将聚焦于信号采样理论（为后续的数字处理做理论铺垫，但不涉及具体的数字算法）。我们将详细阐述采样定理（奈奎斯特准则），解释如何从连续时间信号中精确恢复原始信息，并分析欠采样导致的混叠现象。 在Z域分析部分，我们将探讨双边Z变换与单边Z变换的区别，并深入研究帕累瓦尔（Parseval）定理在离散系统中的应用。此外，本书会探讨线性相位网络的设计思想，以及如何利用Z变换的性质来分析系统的因果性、稳定性和最小相位特性。 学习目标 完成本书的学习后，读者将能够： 1. 精确地用数学语言描述和分类任意连续或离散信号。 2. 熟练运用傅里叶分析（FS/FT/DTFT）将信号分解到频域。 3. 掌握LTI系统的核心工具——卷积运算，并能在时域和频域进行相互转换。 4. 理解并利用Z变换分析离散时间系统的稳定性、因果性和频率响应。 5. 具备对任一线性动态系统进行建模、分析和求解的理论能力。 本书强调数学的严谨性与分析的系统性，是所有工程和物理领域学生深入理解动态系统行为的必备读物。

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这本书的叙述方式真是令人耳目一新。作者似乎有一种魔力，能将那些原本枯燥、充满复杂数学符号的理论，用一种近乎讲故事的口吻娓娓道来。我记得最清楚的是关于傅里叶变换的部分，我之前在好几本教材上都碰过壁，感觉就像在攀登一座陡峭的冰山，每一步都如履薄冰。但在这本书里，作者通过一系列巧妙的比喻——比如将信号想象成河流的湍急程度，将变换看作是从宏观上把握水流特性的工具——让我瞬间找到了切入点。他没有一上来就抛出艰深的公式，而是先构建了一个直观的图像，让我们先“看到”了变化，再“理解”了背后的数学逻辑。这种“先知其意，后明其理”的教学顺序，极大地降低了初学者的心理门槛。更难能可贵的是，书中的插图设计也极其用心，那些动态的波形图和频谱分析图，不再是死的几何图形，而像是活生生的动态演示，让我不必耗费太多精力去脑补那些抽象的二维或三维空间关系。可以说，这本书成功地将一门高深的学科，用一种极其人性化且富有洞察力的方式呈现了出来，让学习过程不再是痛苦的煎熬，而更像是一场智力上的探险。

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这本书在内容组织上的严谨性，堪称教科书级别的典范。从基础的采样定理开始，每一步的逻辑推进都如同精密的机械构造，环环相扣，几乎找不到任何可以跳跃或含糊其辞的地方。这种高度的结构化，对于那些需要系统性掌握知识体系的学习者来说，简直是福音。它不像有些参考书那样，东拉西扯，把各种最新的研究成果杂糅在一起，让人摸不着头脑。这本书的重点非常明确：打下坚实的理论基础，然后稳步构建高级概念。比如，在讲解Z变换时，作者用了整整一个章节的时间来确保读者完全理解其收敛域的概念，并且通过对比傅里叶变换的周期性和Z变换的单边性，清晰地界定了它们各自的使用范围和优势。这种对基础概念的反复夯实和对比辨析，确保了读者在后续学习如数字滤波器设计、谱分析等更复杂主题时，能够做到心中有数，不至于在概念的海洋中迷失方向。对于自学者而言，这种清晰的路线图是极其宝贵的导航仪。

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我是一个工程实践背景的人，理论知识对我来说，更多的是工具箱里的备件，只有能直接用在实际项目中的，才算得上是真正的价值。这本书在这方面做得相当扎实。它并没有沉溺于纯粹的数学推导，而是紧密地结合了实际应用场景。比如，在讨论滤波器设计时，它不仅仅是给出了巴特沃斯和切比雪夫的性能指标对比，更重要的是，它深入探讨了在实际音频处理或雷达信号分离中，如何根据噪声的特性和对相位失真的容忍度来权衡选择。书里大量的案例分析，从早期的通信系统到现代的图像识别预处理，都清晰地展示了理论决策如何影响最终的产品性能。我尤其欣赏其中关于“有限精度运算对算法稳定性的影响”那一章，这是一个在教科书中常常被一带而过，但在真实芯片实现中却能致命的关键点。作者用非常审慎的态度讨论了量化误差和截断效应，并且提供了实用的工程近似方法，这对我解决最近遇到的一个低功耗DSP优化问题提供了直接的思路。这本书的价值，不在于它有多么“深奥”，而在于它有多么“可用”。

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我必须赞扬这本书在“难点”处理上的细腻笔触。有些技术书籍，一旦触及到那些公认的“硬骨头”章节，比如快速傅里叶变换（FFT）的蝶形运算或者多相子带分解算法时，往往会变得晦涩难懂，仿佛作者突然切换到了一个只有行家才能理解的行话模式。然而，这本书的作者明显投入了巨大的心力去“翻译”这些难题。在介绍FFT时，他不仅展示了标准的基2算法，还耐心地分解了每一步的矩阵乘法，并辅以图示说明数据流是如何在级联的运算单元间传递的。对于那些不熟悉矩阵代数的读者，他提供了替代性的、基于时间/频率抽选的直观解释，确保了读者即使对矩阵运算不太敏感，也能把握其核心的“分治”思想。这种“多视角、多层次”的讲解策略，极大地提升了知识的普适性。它照顾到了不同知识背景的读者，保证了无论你的优势在哪里，都能找到一条通往理解彼端的桥梁，这种教学上的包容性非常值得称道。

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这本书的阅读体验，与其说是学习，不如说是一次思维方式的重塑。它迫使我跳出了传统的线性思维框架。我过去总是习惯于按部就班地处理问题，输入、处理、输出，一切都应该是可预测的。然而，当我们进入到随机过程和统计推断的领域时，这本书展现了一种更具哲学意味的视角。它不再保证我们能得到“正确”的答案，而是教导我们如何量化“不确定性”和评估“概率边界”。例如，在介绍卡尔曼滤波时，作者并没有把它简单地描绘成一个递推公式的集合，而是将它放在了贝叶斯推理的框架下，强调了“预测”与“修正”之间动态的、不断迭代的博弈关系。这种处理方式极大地拓宽了我的视野，让我明白了在信息不完全的真实世界中，最优策略往往不是寻找一个确定的点，而是构建一个最优的概率模型。读完这部分内容，我发现自己看问题的角度都变得更加灵活和辩证了，不再追求绝对的精确，而是更注重于控制风险和优化预估的准确度。

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