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页数:291

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出版时间:2010-1

价格:28.00元

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isbn号码:9787121100598

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• 计算机控制
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《信号与系统》 内容简介 《信号与系统》是一本深入探讨信号的本质、传播、处理以及系统响应的经典教材。本书旨在为读者构建一个坚实的信号与系统理论基础，使他们能够理解和分析各种工程领域中普遍存在的信号现象，并设计出高效的信号处理系统。本书内容详实，逻辑严谨，适合作为高等院校电子信息工程、通信工程、自动化、控制科学与工程等专业的本科生和研究生教材，也可供相关领域的工程技术人员和研究人员参考。 第一部分：信号的描述与分类 本书的开篇从信号的基本概念入手，深入剖析信号的内涵。我们将详细介绍信号的定义，明确信号作为信息载体的基本属性。随后，对信号进行全面的分类，包括： 连续时间信号与离散时间信号： 区分这两种信号形式的根本区别，理解它们在时间域上的表现以及在实际应用中的对应关系。例如，连续信号如温度随时间的变化，离散信号如数字音频采样。 周期信号与非周期信号： 探讨信号是否具有重复性，以及周期信号的周期、频率、角频率等关键参数的计算与意义。 能量信号与功率信号： 通过对信号能量和平均功率的定义与计算，区分这两类信号的特性。这将为后续理解傅里叶级数和傅里叶变换奠定基础。 偶信号与奇信号： 分析信号的对称性，理解其在傅里叶级数展开中的重要作用。 复指数信号与复指数序列： 作为本书后续分析的基础，将详细介绍复指数信号的数学表达式、性质及其在信号表示中的普遍性。 在此基础上，本书还将介绍一些重要的基本信号，如单位冲激信号（Dirac delta function）和单位阶跃信号（Heaviside step function）。我们将详细讲解它们的数学定义、物理意义以及在信号分析中的作用，例如它们在描述脉冲信号、开关信号等方面的应用。 第二部分：系统的描述与分类 与信号的分析相辅相成，本书将系统地介绍“系统”的概念。系统被定义为对输入信号进行变换，产生输出信号的任何实体或过程。我们将从以下几个维度对系统进行分类和描述： 输入-输出关系： 系统的核心在于其输入与输出之间的对应关系。本书将通过数学模型来描述这种关系，例如差分方程、微分方程或算子表示。 线性系统与非线性系统： 区分满足叠加原理（齐次性与可加性）的线性系统和不满足该原理的非线性系统。线性系统在理论分析和实际应用中具有极大的便利性。 时不变系统与时变系统： 探讨系统参数是否随时间变化。时不变系统因其性质的稳定性而易于分析。 因果系统与非因果系统： 考察系统的输出是否仅取决于当前和过去的输入。因果系统在实时处理中至关重要。 稳定系统与不稳定系统： 引入BIBO（Bounded-Input, Bounded-Output）稳定性概念，分析系统在有界输入下是否产生有界输出。 记忆系统与无记忆系统： 区分系统输出是否依赖于历史输入。 本书还将重点介绍“冲激响应”和“阶跃响应”，它们是描述线性时不变（LTI）系统特性的两个重要工具。通过分析系统的冲激响应，我们可以完全了解LTI系统对任意输入信号的响应。 第三部分：时域分析 本部分将集中于在时间域内对信号和系统进行分析。 卷积积分与卷积和： 这是LTI系统分析的核心工具。我们将详细推导和讲解连续时间LTI系统的卷积积分以及离散时间LTI系统的卷积和。通过卷积，我们可以根据系统的冲激响应计算出系统对任意输入信号的输出。本书将提供大量的例子和计算技巧，帮助读者熟练掌握卷积运算。 信号的运算： 介绍信号的加法、乘法、尺度变换、时间翻转、时间移动等基本运算，这些运算在信号分析中非常常见。 系统特性的分析： 结合时间域的工具，深入分析系统的因果性、稳定性等特性。例如，通过冲激响应的性质来判断系统的因果性与稳定性。 第四部分：频域分析——傅里叶变换 傅里叶变换是分析信号频谱特性的强大工具，能够揭示信号的频率成分。本部分将对傅里叶变换进行系统而深入的介绍。 傅里叶级数： 从周期信号的分解开始，介绍傅里叶级数的概念，将其表示为一系列正弦和余弦（或复指数）函数的叠加。我们将推导傅里叶级数的系数计算公式，并探讨其收敛性。 傅里叶变换： 将傅里叶级数推广到非周期信号，引入傅里叶变换的概念。详细推导傅里叶变换和傅里叶逆变换的公式，并分析信号的幅谱和相谱。 傅里叶变换的性质： 重点讲解傅里叶变换的线性、时移、频移、尺度变换、微分、积分、卷积等重要性质。这些性质极大地简化了信号和系统的分析过程。例如，我们将看到卷积在时域上对应于乘积在频域上。 周期信号的傅里叶变换： 探讨周期信号如何通过傅里叶变换表示，其频谱的离散性特点。 常用信号的傅里叶变换对： 列举并计算一些基本信号（如矩形脉冲、指数衰减信号、三角波信号等）的傅里叶变换，为实际应用提供参考。 傅里叶变换的应用： 介绍傅里叶变换在滤波器设计、频谱分析、调制解调等方面的应用。 第五部分：频域分析——拉普拉斯变换 拉普拉斯变换是傅里叶变换的推广，它能够处理更广泛的信号，特别是指数增长的信号，并且在分析系统稳定性方面具有独特的优势。 拉普拉斯变换的定义与性质： 引入单边拉普拉斯变换的定义，并详细推导其收敛域（ROC）。讲解拉普拉斯变换的线性、时移、频移、积分、微分、卷积等性质。 拉普拉斯逆变换： 介绍求解拉普拉斯逆变换的方法，包括部分分式展开法和留数定理。 系统分析中的应用： 将拉普拉斯变换应用于LTI系统的时域分析，特别是利用传递函数来描述系统特性。 系统稳定性分析： 重点分析收敛域与系统稳定性的关系，以及利用系统零极点位置来判断系统稳定性。 第六部分：频域分析——Z变换 Z变换是处理离散时间信号和系统的核心工具，与拉普拉斯变换在连续时间系统中的作用相对应。 Z变换的定义与性质： 引入离散时间信号的Z变换定义，并讨论其收敛域（ROC）。讲解Z变换的线性、时移（延迟和超前）、尺度变换、卷积等性质。 Z逆变换： 介绍求解Z逆变换的方法，包括部分分式展开法和幂级数展开法。 离散时间系统分析： 将Z变换应用于离散时间LTI系统的分析，引入离散时间系统的传递函数。 系统稳定性分析： 探讨离散时间系统的稳定性判据，以及利用系统零极点位置来判断稳定性。 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）： 简要介绍DFT的概念，作为傅里叶变换在离散、有限长序列上的近似，并引出FFT作为一种高效的DFT计算算法。 第七部分：状态空间分析 对于复杂的系统，特别是涉及多输入多输出（MIMO）系统，状态空间分析提供了一种强大的、统一的描述方法。 状态变量的引入： 介绍状态变量的概念，它们是描述系统内部状态的最小一组变量。 状态方程与输出方程： 建立描述系统动态演化的状态方程和从状态变量到输出变量的输出方程。 连续时间系统与离散时间系统的状态空间表示： 分别讨论这两种系统下的状态空间模型。 系统特性的分析： 利用状态空间模型分析系统的可控性、可观测性、稳定性等。 状态空间表示的变换： 介绍相似变换等方法，将一个系统的状态空间表示转换为另一个等价但形式可能更简化的表示。 第八部分：滤波器设计 滤波器在信号处理中扮演着至关重要的角色，用于选择或抑制特定频率范围的信号。 滤波器的基本概念： 介绍滤波器的定义、分类（低通、高通、带通、带阻）以及理想滤波器与实际滤波器的区别。 模拟滤波器设计： 简要介绍Butterworth、Chebyshev等经典模拟滤波器设计方法。 数字滤波器设计： 重点介绍IIR（无限脉冲响应）滤波器和FIR（有限脉冲响应）滤波器的设计方法，包括窗函数法、频率采样法等。 滤波器的频率响应： 分析滤波器的幅度响应和相位响应，理解其对信号频率成分的影响。 贯穿全书的特点： 理论与实践相结合： 本书在讲解理论概念的同时，注重联系实际应用，通过丰富的工程实例来阐述信号与系统的基本原理。 循序渐进，逻辑清晰： 内容从基础信号与系统概念入手，逐步深入到傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等高级分析工具，最后过渡到状态空间方法和滤波器设计。 数学工具的熟练运用： 本书强调数学工具在信号与系统分析中的重要性，鼓励读者熟练掌握复数、微积分、线性代数等数学知识。 图文并茂，便于理解： 配备大量的图示和表格，直观地展示信号波形、系统框图、频谱特性等，帮助读者更好地理解抽象概念。 习题丰富： 每章都配有精心设计的习题，涵盖计算题、分析题和设计题，有助于读者巩固所学知识，提升解决问题的能力。 通过学习《信号与系统》，读者将能够深刻理解各种信号的特性，掌握分析和设计各种信号处理系统的基本方法，为进一步学习更高级的通信、控制、数字信号处理等专业知识打下坚实的基础。

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