Signals and Systems With Matlab Computing and Simulink Modeling pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Orchard Pubns

作者:Karris, Steven T.

出品人:

页数:650

译者:

出版时间:

价格:74.95

装帧:Pap

isbn号码:9780974423999

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《信号与系统》：探索信息的奥秘与处理之道 《信号与系统》是一本致力于揭示信息世界本质及其处理方法的深度著作。它并非仅限于理论的探讨，而是将严谨的数学框架与工程实践紧密结合，引导读者穿越信号的海洋，理解系统的运作，并掌握驾驭它们的核心工具。这本书的独特之处在于，它提供了一套系统性的知识体系，从最基础的概念出发，逐步深入到复杂系统的分析与设计，为工程师、研究人员以及对信息处理充满好奇的任何人提供了一张通往此领域的全面地图。 第一部分：信号的本质与表示——信息的载体 本书的开篇，将带领读者认识信息最基本、最普遍的载体——信号。我们会从信号的定义入手，理解其作为一种随时间、空间或其他独立变量变化的量所承载的信息。这包括了连续时间信号和离散时间信号的根本区别，以及它们在现实世界中的广泛体现。例如，音频信号、图像信号、生物电信号、经济数据等，都离不开信号的概念。 接下来，我们将深入探讨信号的各种基本类型： 周期信号与非周期信号： 理解信号的重复性是分析其性质的第一步。我们将学习如何识别和描述周期信号的周期，并探讨非周期信号的特性。 偶信号与奇信号： 这些对称性的概念不仅有助于简化信号的分析，也为理解傅里叶级数等重要工具奠定了基础。 能量信号与功率信号： 信号的能量和功率是衡量信号强度及其在通信、控制等领域应用潜力的关键指标。我们将学习如何计算这些量，并理解它们与信号衰减、噪声等问题的关联。 冲激信号（Dirac Delta Function）与单位阶跃信号（Unit Step Function）： 这两个“理想化”的信号虽然在物理上难以直接实现，但它们是信号处理理论中不可或缺的构建模块。我们将深入理解它们的性质，以及它们在表示瞬时事件、系统响应等方面的强大作用。 理解了信号的基本类型，本书将进一步引导读者掌握信号的表示方法，这是进行后续分析的前提。 时间域表示： 这是最直观的信号表示方式，直接展现信号随时间的变化。我们会学习如何绘制、解释和描述各种时间域的信号。 复指数信号： 作为傅里叶分析的基石，复指数信号具有独特的数学性质，能够方便地分解和表示各种信号。我们将深入理解其幅度和相位的含义，以及它们在描述信号频率成分时的作用。 傅里叶级数： 这是将任意周期信号分解为一系列正弦和余弦（或复指数）信号之和的强大工具。我们将学习如何计算傅里叶级数系数，并理解其在揭示信号频谱特性方面的意义。 傅里叶变换： 傅里叶变换将非周期信号从时域转换到频域，揭示其无限频率成分的分布。这将是理解信号的频率特性，例如带宽、噪声影响，以及进行滤波等操作的核心。我们将学习傅里叶变换对的性质，以及在实际应用中计算和解释傅里叶变换结果的方法。 拉普拉斯变换： 拉普拉斯变换是傅里叶变换的推广，能够处理包含衰减指数的信号，并处理不收敛的信号。它在分析线性时不变（LTI）系统的零输入响应和零状态响应方面具有重要作用，尤其是在电路分析和控制系统中。 Z变换： 针对离散时间信号，Z变换扮演着与拉普拉斯变换在连续时间系统中相似的角色。它为分析离散时间系统（如数字滤波器）提供了强大的数学工具，是数字信号处理领域的核心。 通过对信号的深入理解及其多种表示方法的掌握，读者将能够清晰地认识到信息是如何被编码和传递的，并为后续的系统分析打下坚实的基础。 第二部分：系统的本质与分析——信息处理的机制 信号的产生和传递必然会经过各种“系统”，这些系统对信号进行处理，产生新的输出信号。本书的第二部分将聚焦于系统的概念及其分析方法。 首先，我们将定义“系统”的含义，并区分不同类型的系统： 输入-输出系统： 这是最普遍的系统模型，一个或多个输入信号经过系统处理后产生输出信号。 因果系统： 系统的输出仅取决于当前的和过去的输入，而不取决于未来的输入。这是满足物理现实约束的系统特性。 稳定性系统： 对于有界输入，系统的输出也保持有界。稳定性的概念对于保证系统的可靠运行至关重要。 线性系统： 满足叠加原理（齐次性和可加性）的系统。线性系统是信号处理和控制理论研究的基础，因为它们具有良好的数学性质，易于分析和设计。 时不变系统： 系统的性质不随时间而改变。时不变系统也极大地简化了分析过程。 线性时不变（LTI）系统： 这是信号与系统理论中最核心、研究最广泛的一类系统。LTI系统具有许多优良的特性，例如其输出完全由输入信号和系统的“冲激响应”决定。 接下来，我们将深入研究LTI系统的分析方法，这是本书的核心内容之一。 冲激响应（Impulse Response）： 冲激响应是LTI系统的“指纹”，它完全表征了系统对单位冲激信号的响应。掌握了冲激响应，我们就能够预测LTI系统对任意输入信号的响应。 卷积（Convolution）： 卷积是计算LTI系统输出信号的核心数学运算。我们将学习如何计算连续时间和离散时间系统的卷积，并理解其在时域和频域的意义。通过卷积，可以将任意输入信号分解为一系列冲激的叠加，然后通过冲激响应的叠加得到输出。 系统函数（Transfer Function）： 在频域（拉普拉斯域或Z域），LTI系统可以用一个简单的传递函数来描述。传递函数是系统输出的拉普拉斯变换（或Z变换）与输入信号的拉普拉斯变换（或Z变换）之比。它直观地揭示了系统对不同频率分量的放大或衰减特性，是系统设计和稳定性分析的重要工具。 频率响应（Frequency Response）： 频率响应是传递函数在虚轴（或单位圆）上的取值，它描述了系统对正弦信号的幅度和相位的改变。通过频率响应，我们可以直观地了解系统的滤波特性，例如低通、高通、带通或带阻特性。 稳定性和可控性/可观测性： 对于更复杂的系统，特别是涉及状态空间表示的系统，稳定性、可控性和可观测性是评估系统性能和设计控制器的关键概念。我们将探讨这些概念的数学定义和工程意义。 通过对这些系统分析工具的学习，读者将能够理解系统如何对信号进行变换，预测系统的行为，并为设计满足特定需求的系统奠定理论基础。 第三部分：系统设计与应用——驾驭信息处理的艺术 在掌握了信号和系统的基本理论之后，本书的第三部分将引导读者将这些知识应用于实际的系统设计和应用中。 滤波器设计： 滤波器是信号处理中最常见的应用之一，用于去除噪声、提取特定频率成分或实现信号的整形。我们将学习如何根据频率响应的要求设计各种类型的滤波器，例如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器以及数字滤波器（IIR和FIR滤波器）。 采样与重建： 信号从连续域到离散域的转换是数字信号处理的基础。我们将深入理解采样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem），并学习如何有效地进行信号采样和从离散信号重建连续信号，理解采样率、混叠等关键概念。 调制与解调： 在通信系统中，调制是将信息信号加载到载波信号上的过程，而解调则是相反的过程。我们将探讨各种调制技术，如幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM），以及它们在无线通信中的应用。 反馈控制系统： 反馈控制系统在工业自动化、航空航天、机器人等领域无处不在。我们将学习反馈控制系统的基本原理，理解开环和闭环系统的区别，以及如何利用系统分析的工具来设计稳定且性能优良的控制器，例如PID控制器。 频谱分析与应用： 傅里叶变换和傅里叶级数在揭示信号的频率成分方面发挥着至关重要的作用。我们将探讨频谱分析在数据分析、故障诊断、生物医学信号处理等领域的应用，例如分析振动信号以检测机械故障，或者分析脑电信号以研究大脑活动。 系统辨识： 在实际工程中，我们可能无法直接获得系统的数学模型。系统辨识技术允许我们从系统的输入-输出数据中估计出系统的模型参数，从而进行后续的分析和设计。 本书将理论与实践相结合，通过丰富的实例和深入的讲解，帮助读者建立起对信号与系统这一广阔而迷人领域的全面认识。无论您是想深入理解现代通信、控制、信号处理技术，还是希望为解决实际工程问题找到强大的理论工具，《信号与系统》都将是您不可或缺的指南。它不仅传授知识，更培养一种系统性思维和解决问题的能力，让您能够自信地驾驭信息世界的复杂性，并创造出更美好的未来。

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我不得不承认，这本书的知识密度是惊人的，它几乎涵盖了经典信号与系统理论中所有重要的分支，对线性系统理论的覆盖达到了近乎百科全书式的深度。在处理系统分析时，作者对于状态空间表示法的引入非常及时且富有远见，这使得读者能够在更高维度的抽象空间中统一看待不同类型的系统，极大地提升了分析的通用性。特别是当涉及到多输入多输出（MIMO）系统的分析时，这本书提供的线性代数视角，远比传统的单输入单输出（SISO）方法更具洞察力。然而，正是这种全面的覆盖，使得某些关键部分的讲解显得相对“精简”，仿佛作者认为读者已经具备了足够的背景知识来“自行推导”剩下的部分。例如，对于随机信号分析的引入略显仓促，如果能有更多与随机过程相关的实例来佐证系统在噪声环境下的表现，这本书的实用价值将得到进一步的提升。总而言之，它更像是为那些已经拥有扎实基础，希望将知识体系“打碎重构”并达到更高层次的专业人士准备的。

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这本关于信号与系统原理的书籍，我入手已有段时间了，坦白说，它在某些方面确实给了我不少启发，但也有一些地方让我感到有些意难平。首先，从整体的叙述风格来看，作者试图构建一个非常严谨的数学框架，这对理论基础的夯实无疑是大有裨益的。特别是对于傅里叶变换、拉普拉斯变换这类核心概念的引入和推导，行文逻辑清晰，层层递进，即便是初次接触这些高深概念的读者，也能在细致的数学推导中找到理解的脉络。书中的例题设计得相当巧妙，它们往往不是孤立的习题，而是紧密围绕着理论的某一特定应用场景展开，极大地帮助我们将抽象的数学公式与实际的工程问题建立起联系。我尤其欣赏作者在讲解离散时间系统时的那种耐心，那种将连续时间系统与离散时间系统进行类比和区分的处理方式，避免了初学者在概念混淆中迷失方向。然而，这种偏向纯理论深挖的倾向，使得在某些高级主题的介绍上，略显“高冷”。对于那些更偏向工程实践、希望快速看到成果的应用型学习者来说，可能需要花费更多精力去主动寻找与实际硬件或主流软件工具的接口点。整本书的纸张质量和排版设计还是相当不错的，有助于长时间阅读的舒适度。

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这本书的结构布局展现了一种非常古典的学术美感，它遵循着从时域到频域，再到Z域的经典教学路径，脉络清晰到几乎可以预测下一页的内容走向。这种可预测性在学习初期提供了巨大的安全感。作者对卷积积分的阐述尤其精彩，它不仅清晰地展示了作为系统输出核心的数学运算，还巧妙地将其与物理世界中系统响应的累积效应联系起来。我最喜欢的部分是关于采样定理的讨论，作者没有简单地罗列奈奎斯特准则，而是通过对理想冲击序列的频谱分析，推导出了欠采样导致的混叠现象，这种从信号频谱层面解释物理现象的方法，极大地增强了我的直觉判断能力。当然，这种严谨性也带来了一个副作用：内容推进的速度相对缓慢。它将大量篇幅用于建立概念的“绝对正确性”，这使得对计算效率、数值稳定性等更偏向工程实现的问题的讨论被置于了次要地位。对于期望快速上手解决实际工程问题的工程师而言，这本书的“慢热”可能会让他们感到一丝焦急。

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从阅读体验上来说，这本书的语言风格非常正式且学术化，几乎没有使用任何非正式的表达或幽默元素，这确保了信息传递的精确性，但也使得长时间阅读容易产生认知疲劳。我发现自己经常需要停下来，反复咀嚼那些长而复杂的句子结构，才能确保完全吸收其中的信息。书中对于拉普拉斯逆变换的讲解，采用了非常详尽的部分分式展开，对于理解理论推导很有帮助，但如果能增加一些关于如何利用现有软件库进行高效数值反演的讨论，相信会更贴近当代工程实践的需求。这本书的强项在于构建一个无懈可击的理论大厦，它的每一个砖块——无论是系统性质的定义，还是积分变换的性质——都摆放得井井有条。它成功地塑造了我对“一个完善的信号与系统理论”应该是什么样子的认知框架，这份贡献是不可磨灭的。它不是一本用来快速学习的速成指南，而是一本需要投入时间、耐心和批判性思维去征服的经典。

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我必须承认，这本书的深度是毋庸置疑的，它更像是一部为专业研究人员准备的工具书而非入门手册。它的价值在于对基本原理的挖掘到了一个令人敬佩的程度。比如，在分析线性时不变系统（LTI）的稳定性与因果性时，作者没有满足于给出教科书式的定义，而是通过引入相平面分析等图形化方法，将抽象的数学判据转化为了直观的几何概念。这种多角度的阐释方法，极大地拓宽了我的思维边界。当我尝试用更广阔的视角去审视信号处理的本质时，这本书提供的视角显得尤为珍贵。它没有过多地去“喂养”标准答案，而是鼓励读者自己去推导出结论。在我看来，这本书更适合作为研究生阶段的参考资料，用于深化对信号系统内在机理的理解，而不是作为本科阶段的第一本教材。如果你想在信号理论的“底层逻辑”上打下坚实的根基，这本书绝对是值得细细研磨的。唯一的遗憾是，某些证明过程的跳跃性稍大，对于基础不太扎实的读者来说，可能需要在其他辅助资料上花费额外时间来弥补这一小段的“鸿沟”。

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