中国科大精品教材 信号与系统理论、方法和应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:徐守时

出品人:

页数:605

译者:

出版时间:2010-2

价格:55.00元

装帧:平装

isbn号码:9787312023064

丛书系列:中国科学技术大学精品教材

图书标签:

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《工程信号分析与处理：原理、算法与实践》 引言 在现代工程领域，理解和处理信号是实现各种功能的基础。从通信系统到图像识别，从医疗诊断到自动驾驶，信号无处不在，并且它们承载着我们所需的信息。本书旨在为读者提供一个全面、深入的信号分析与处理知识体系，涵盖从基本概念到高级应用的全过程。我们不仅关注理论的严谨性，更强调算法的实用性和工程实践的可行性，旨在培养读者解决实际工程问题的能力。 第一部分：信号的本质与描述 1. 信号的定义与分类： 何为信号？ 我们首先从最根本的角度出发，阐释信号在工程领域中的定义。信号是物理量随时间、空间或其他自变量的变化而变化的量，它携带着关于某个系统或现象的信息。我们将探讨信号的普遍性，以及它如何成为信息传输和处理的载体。 信号的分类： 信号的类型多种多样，理解它们的分类是深入分析的前提。我们将详细介绍： 连续时间信号与离散时间信号： 探讨它们在数学模型和实际采样上的差异，以及离散化过程中的信息损失与补偿。 周期信号与非周期信号： 分析周期性信号的特性，以及傅里叶级数在描述周期信号中的作用。 能量信号与功率信号： 定义信号的能量和功率，并讨论这两种分类在信号评估和分析中的意义。 奇信号与偶信号： 讲解信号的对称性及其在简化分析中的应用。 确定性信号与随机信号： 区分可预测的信号与不可预测的信号，并为后续的随机信号分析奠定基础。 其他类型信号： 如冲激信号（Dirac Delta Function）、阶跃信号等，它们在理论分析和系统建模中扮演着关键角色。 2. 信号的基本运算： 加法、乘法、标量乘法： 介绍信号之间的基本线性运算，以及这些运算在信号叠加和幅度调整中的应用。 时移、尺度变换、翻转： 深入讲解时间轴上的几何变换，分析它们对信号波形和特性的影响。例如，时移如何影响系统的响应，尺度变换如何改变信号的频率内容。 卷积： 卷积是信号与系统理论中的核心运算。我们将从几何和代数的角度详细推导卷积的定义，并通过大量实例展示其在描述线性时不变（LTI）系统输出、滤波等方面的强大功能。 第二部分：线性时不变（LTI）系统分析 1. LTI系统的定义与特性： 线性与时不变性： 详细解释线性（叠加性与齐次性）和时不变性（系统特性不随时间改变）这两个基本特性，并阐述为何LTI系统在工程中如此重要，因为大量实际系统可以被近似为LTI系统。 系统表示： 介绍LTI系统可以用微分方程（连续时间）或差分方程（离散时间）来描述。 2. 冲激响应： 冲激响应的定义与意义： 讲解冲激响应 h(t) 或 h[n] 是LTI系统的“指纹”，它完全表征了系统的特性。 利用冲激响应求解系统输出： 详细推导并展示通过输入信号 x(t) 与系统冲激响应 h(t) 的卷积来获得系统输出 y(t) 的过程。 3. 傅里叶变换及其应用： 傅里叶级数： 阐述如何将周期信号分解为一系列正弦和余弦分量的叠加，并推导傅里叶级数的计算公式，分析信号的频域特性。 傅里叶变换： 将傅里叶级数推广到非周期信号，定义傅里叶变换 F(ω) 或 F(Ω)，它将信号从时域映射到频域，揭示信号的频率成分。 傅里叶变换的性质： 详细讲解傅里叶变换的线性、时移、频移、尺度变换、微分、积分、卷积定理等重要性质，并演示这些性质在信号分析和系统设计中的应用，例如，利用卷积定理简化乘积的傅里叶变换。 傅里叶变换的应用： 信号频谱分析： 如何从频域观察信号的频率构成，识别噪声、有用信号。 系统频率响应： 定义系统的频率响应 H(ω) 或 H(Ω)，以及它与冲激响应傅里叶变换的关系。分析系统在不同频率上的增益和相位变化。 滤波设计： 如何根据信号特性和噪声特性设计滤波器（低通、高通、带通、带阻），以达到信号增强或抑制噪声的目的。 4. 拉普拉斯变换及其应用： 拉普拉斯变换的定义： 引入复频率 s，定义单边拉普拉斯变换 F(s)，它能够处理更广泛的信号（包括指数增长的信号）以及更复杂的系统（尤其是涉及不稳定因素时）。 收敛域（ROC）： 讲解收敛域的概念，以及它如何唯一确定一个信号或系统。 拉普拉斯变换的性质： 介绍线性、时移、频率响应、微分、积分、卷积等性质，并与傅里叶变换进行对比。 拉普拉斯变换的应用： 求解线性常系数微分方程： 如何利用拉普拉斯变换将微分方程转化为代数方程，简化求解过程。 系统稳定性分析： 通过分析拉普拉斯变换的极点位置来判断系统的稳定性，这是工程设计中至关重要的环节。 系统函数： 定义系统的传递函数 H(s) = Y(s)/X(s)，它是系统在 s 域的表示。 5. Z变换及其应用（离散时间系统）： Z变换的定义： 引入复变量 z，定义离散时间信号的 Z 变换 X(z)。 收敛域（ROC）： 讨论 ROC 在 Z 变换中的重要性，以及它与系统稳定性的关系。 Z变换的性质： 介绍线性、时移、尺度变换、微分、卷积等性质。 Z变换的应用： 求解线性常系数差分方程： 类似拉普拉斯变换，将差分方程转化为代数方程。 系统稳定性分析： 通过分析 Z 变换的极点在单位圆上的位置来判断离散时间系统的稳定性。 系统函数： 定义离散时间系统的传递函数 H(z) = Y(z)/X(z)。 第三部分：信号处理的算法与方法 1. 采样定理（奈奎斯特定理）： 理想采样与实际采样： 详细阐述连续时间信号如何通过采样转换为离散时间信号。 奈奎斯特定理的推导与解释： 深入解释为了无失真地恢复原始信号，采样频率必须大于信号最高频率的两倍。 混叠现象（Aliasing）： 详细讲解混叠的产生机制，以及它对信号保真度的破坏，并介绍抗混叠滤波器的设计。 过采样与欠采样： 分析不同采样策略对信号处理的影响。 2. 数字滤波器设计： FIR滤波器（有限冲激响应滤波器）： 特性： 解释 FIR 滤波器具有线性相位特性，保证了信号的形状不变。 设计方法： 介绍窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗、巴特沃斯窗等）和频率采样法等。 IIR滤波器（无限冲激响应滤波器）： 特性： 解释 IIR 滤波器在相同阶数下能达到比 FIR 滤波器更高的衰减，但可能存在相位失真。 设计方法： 介绍从模拟滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）到数字滤波器的转换方法（如脉冲不变法、双线性变换法）。 3. 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）： DFT的定义： 介绍如何计算有限长离散时间信号的傅里叶变换。 DFT的性质： 讲解 DFT 的线性、周期性、共轭对称性、卷积性质等。 FFT的原理： 详细介绍 FFT 作为一种高效计算 DFT 的算法，极大地降低了计算复杂度，使得实时信号处理成为可能。我们将从蝶形运算和分治思想的角度来解释 FFT 的实现。 FFT的应用： 频谱分析： 利用 FFT 快速计算信号的离散频谱。 卷积计算： 利用 FFT 和 IFFT（离散傅里叶逆变换）高效地计算长序列的卷积。 谱估计： 介绍周期图法等基于 FFT 的谱估计方法。 4. 随机信号分析基础： 随机过程的定义： 引入随机过程的概念，描述随时间变化的随机现象。 统计特性： 讲解均值、自相关函数、自协方差函数等一阶和二阶统计特性。 平稳性： 定义宽平稳和严平稳，以及它们在信号分析中的重要性。 功率谱密度（PSD）： 介绍功率谱密度如何描述随机信号在不同频率上的能量分布，并与自相关函数的关系（维纳-辛钦定理）。 噪声模型： 介绍白噪声、高斯白噪声等常见的噪声模型。 谱估计： 简要介绍如何估计随机信号的功率谱密度。 第四部分：信号处理的应用实践 1. 通信系统中的信号处理： 调制与解调： 讲解 AM、FM、PSK、QAM 等调制解调技术，以及它们在频域和时域的实现。 信道估计与均衡： 如何处理通信信道引起的信号失真。 信源编码与信道编码： 介绍数据压缩和纠错编码的基本原理。 2. 图像与视频信号处理： 图像表示： 像素、灰度、彩色图像。 图像变换： 离散余弦变换（DCT）、小波变换（Wavelet Transform）等在图像压缩和特征提取中的应用。 图像滤波： 锐化、模糊、去噪等。 边缘检测与特征提取。 3. 音频信号处理： 音频采样与量化。 语音识别与合成。 音频压缩（如 MP3）。 音乐信号分析。 4. 其他工程应用： 生物医学信号处理： ECG、EEG 等信号的分析与处理。 控制系统中的信号处理： 传感器信号的处理，控制器设计。 雷达与声纳信号处理。 金融时间序列分析。 结论 本书通过系统地阐述信号与系统的理论基础、核心算法以及在各个工程领域的广泛应用，旨在帮助读者建立起坚实的信号分析与处理知识框架。我们鼓励读者在掌握理论的同时，积极动手实践，通过编程模拟和实际项目来加深理解，从而能够灵活运用所学知识解决工程中遇到的各种挑战。信号与系统的知识体系是现代工程技术的基石，掌握它将为读者在未来的科技发展道路上打开更广阔的空间。

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这本书的编排逻辑跳出了传统的教科书窠臼，它在理论深度和工程实践之间搭建了一座非常稳固的桥梁。我注意到，章节末尾的“拓展阅读”和“思考题”部分设计得非常有水平，它们提出的问题往往不是简单的公式套用，而是需要读者将不同章节的知识点进行融会贯通才能解答的综合性难题，这种设计迫使读者必须建立起知识体系的网络结构，而不是零散地记住知识点。特别是关于状态空间表示法的处理，它没有简单地将其作为一个线性代数在信号系统中的应用来对待，而是着重强调了它在现代控制理论和大规模系统建模中的核心地位，这对于有志于向更前沿领域发展的读者来说，无疑是极具前瞻性的引导。整体来看，这本书对数学工具的使用是驾轻就熟的，它不炫技，但也不回避深度，所有数学工具的引入都服务于对物理现象更精确的描述，这一点让我非常赞赏。

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阅读体验上，这本书的纸张质量和装帧设计也值得一提，厚重而光滑的纸张，使得即便是长时间阅读，眼睛的疲劳感也相对较轻，这对于需要反复研读的理工科教材来说，是一个非常重要的“软实力”。更关键的是，它在讲解过程中，非常注重对“假设条件”的强调，每引入一个简化模型或定理，都会明确指出其适用的前提范围，这种严谨的态度，培养了读者在未来实际工程中进行模型选择和判断的批判性思维。例如，在线性时不变系统（LTI）的讨论中，它对“线性”和“时不变”的物理含义进行了深入浅出的剖析，而不是简单地给出两条数学性质了事。这本书的知识体系覆盖面很广，从基础的时域分析到高级的滤波器设计思想，都有所涉猎，但重点突出，主次分明，让人清晰地知道哪些是核心，哪些是拓展，有效避免了学习过程中的迷失感。总而言之，这是一本可以信赖的、能伴随我度过数个学习阶段的优秀教材。

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这本书的封面设计，说实话，挺符合它这个“精品教材”的定位，那种严谨中带着一丝沉稳的气息，让人一拿到手里就觉得分量十足，绝对不是那种轻飘飘的入门读物。我当初选这本书，主要是冲着作者团队的名头去的，毕竟是中国科大出品，质量是有保障的。拿到手翻了几页，首先映入眼帘的是清晰的排版和大量的插图，这对于理解抽象的信号处理概念至关重要。特别是傅里叶变换和拉普拉斯变换那几章，图示非常直观，不像有些教材光是堆公式，看得人头大。作者在引言部分花了大量篇幅阐述学习这门课的意义和应用背景，这一点很加分，能让人迅速建立起学习的内在驱动力，而不是被动地应付考试。整体感觉，这本书的理论深度是足够的，但又不像某些国外原版教材那样动辄就涉及过于高深的数学工具，更贴合国内工科学生的认知习惯，在严谨性和易读性之间找到了一个很好的平衡点。我尤其欣赏它在章节间的逻辑衔接处理得非常流畅，前一个知识点为后一个知识点做了坚实的铺垫，很少出现那种“突然冒出来一个新概念”的阅读挫败感。这本书，绝对是值得放在案头时常翻阅的工具书。

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这本书的难度曲线设置得相当巧妙，初读时会觉得内容详实，信息密度略高，但随着深入学习，你会发现作者的良苦用心。比如，在讲解系统响应的求解时，它不仅给出了解析解的推导，还穿插了一些数值模拟的思路介绍，这在传统的教材中是比较少见的。我特别留意了其中关于离散时间系统分析的部分，处理方式非常细腻，从Z变换的收敛域到稳定性的判断标准，每一步都交代得非常清楚，几乎没有留下让你需要去查阅其他资料来补全理解的地方。阅读过程中，我发现作者在对某些核心概念的阐述上，会采用多种角度进行解释，有时候是类比，有时候是数学推导，有时候又是通过一个简短的实际工程案例来佐证，这种多维度教学法极大地降低了理解的门槛。我个人感觉，如果能配合一些配套的习题解析或者实验指导书一起使用，这本书的价值能被最大化地发挥出来。它更像是一本知识的“容器”，而不是一个简单的“指引手册”，需要读者投入足够的时间和精力去“挖掘”它的内在宝藏。对于希望打下坚实基础的读者来说，这本书的价值是无可替代的。

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我得说，这本书在内容组织上的宏大叙事感非常强，它不仅仅是在讲“信号”和“系统”这两个孤立的数学工具，而是将它们置于一个更广阔的工程学科背景下去审视。比如，在涉及卷积积分和卷积和的应用时，作者并没有止步于讲解公式本身，而是深入探讨了滤波、调制解调等经典应用场景的物理意义，这一点让我对信号处理这门学科的敬畏感油然而生。翻阅到关于频域分析的部分时，它的图示处理尤其出色，那些频谱图的绘制和解读，比我之前看的任何教材都要清晰明了，让人一下子就能抓住带宽、截止频率这些关键物理量对系统性能的影响。这本书的语言风格是那种典型的学术严谨中带着人文关怀的风格，它不会用过于花哨的词藻来粉饰复杂的理论，而是用最精准的数学语言去描述物理现实，但同时，又会在关键节点用精炼的文字点出“为什么我们要做这样的抽象”，这种对底层逻辑的追问，是区分优秀教材和平庸教材的关键所在。

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确实写得很好，看得出作者深厚功力。 但是内容有点难。

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算是国内比较能拿得出手的信号与系统教材，不过课后题安排应该学学奥本的，分个类

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典型科大风格教材，对初学者极其不友好，可以说是国内最难的信号与系统教材。很多额外的知识，内容很杂。但是当你步入信息领域一段时间后再回翻这本书，你会觉得这本书真的写的非常好，可以说囊括信号与系统在通信，信号，模式识别等很多个领域的应用。唯一的缺点是枯燥难懂，适合温故而知新的武林秘籍

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算是国内比较能拿得出手的信号与系统教材，不过课后题安排应该学学奥本的，分个类

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典型科大风格教材，对初学者极其不友好，可以说是国内最难的信号与系统教材。很多额外的知识，内容很杂。但是当你步入信息领域一段时间后再回翻这本书，你会觉得这本书真的写的非常好，可以说囊括信号与系统在通信，信号，模式识别等很多个领域的应用。唯一的缺点是枯燥难懂，适合温故而知新的武林秘籍