國傢工科電工電子教學基地精品教材：信號與綫性係統 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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潘雙來，邢麗鼕 編

圖書標籤:

• 信號與綫性係統
• 電工電子
• 工科教材
• 教學參考書
• 電路分析
• 係統分析
• 數學工具
• 通信原理
• 控製理論
• 精品教材

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302118367

版次：1

商品編碼：10445894

品牌：清華大學

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2006-02-01

用紙：膠版紙

頁數：313

字數：501000

正文語種：中文

內容簡介

《國傢工科電工電子教學基地精品教材：信號與綫性係統》主要介紹確定信號通過綫性時不變係統傳輸的基本理論和分析方法，並對數字信號處理的基礎知識做瞭必要的介紹。全書共分7章，包括信號與係統的基本概念、連續時間係統的時域分析、連續時間信號與係統的頻域分析、連續時間信號與係統的復頻域分析、離散時間信號與係統的時域分析、離散係統的z域分析、離散信號的傅裏葉變換及數字濾波器。
《國傢工科電工電子教學基地精品教材：信號與綫性係統》可供普通高等學校電氣工程、自動控製、工業自動化、計算機、儀器儀錶、電子信息工程、通信工程等專業的本科生作為“信號與係統”課程的教材，也可供相關工程技術人員參考。

目錄

第1章 信號與係統的基本概念
1.1 信號的概念
1.2 基本的連續信號及其時域特性
1.3 連續信號的基本運算與時域變換
1.4 連續信號的時域分解
1.5 係統的概念與特性
1.6 信號與係統分析概述
1.7 信號變換與運算的MATLAB實現
習題
MATLAB習題

第2章 連續時間係統的時域分析
2.1 係統的微分算子方程與傳輸算子
2.2 LTI連續係統的零輸入響應
2.3 LTI連續係統的衝激響應與階躍響應
2.4 捲積積分
2.5 求係統零狀態響應的捲積積分法
2.6 捲積積分的計算機輔助教學
習題
MATLAB習題

第3章 連續時間信號與係統的頻域分析
3.1 信號的正交分解與傅裏葉級數
3.2 周期信號的頻譜
3.3 非周期信號的頻譜——傅裏葉變換
3.4 傅裏葉變換的基本性質
3.5 周期信號的傅裏葉變換
3.6 連續信號的抽樣定理
3.7 調製與解調
3.8 頻分復用與時分復用
3.9 連續係統的頻域分析
3.10 周期信號通過綫性係統的計算機輔助求解
習題
MATLAB習題

第4章 連續時間信號與係統的復頻域分析
4.1 拉普拉斯變換
4.2 拉普拉斯變換的基本性質
4.3 拉普拉斯反變換
4.4 綫性係統復頻域分析法
4.5 連續係統的錶示與模擬
4.6 係統函數與係統特性
4.7 連續時間係統復頻域分析的MATLAB實現
習題
MATLAB習題

第5章 離散時間信號與係統的時域分析
5.1 離散時間信號——序列
5.2 離散時間係統的數學模型
5.3 常係數綫性差分方程的求解
5.4 離散係統單位序列（單位衝激）響應
5.5 捲積和
5.6 離散係統時域響應的MATLAB實現
習題
MATLAB習題

第6章 離散係統的z域分析
6.1 離散信號的Z變換
6.2 Z變換的基本性質
6.3 Z逆變換
6.4 Z變換與拉普拉斯變換的關係
6.5 利用Z變換求解差分方程
6.6 z域的係統函數H（z）
6.7 利用MATLAB進行離散係統的z域分析
習題
MATLAB習題

第7章 離散信號的傅裏葉變換及數字濾波器
7.1 序列的傅裏葉變換
7.2 離散傅裏葉級數
7.3 離散傅裏葉變換
7.4 離散傅裏葉變換的性質
7.5 快速傅裏葉變換
7.6 IDFT的快速算法
7.7 數字濾波器
7.8 離散傅裏葉變換的MATLAB實現
習題
MATLAB習題
部分習題答案
參考文獻

前言/序言

信號與綫性係統：探秘信息流動的奧秘 本書旨在為廣大讀者，特彆是高等院校工科專業學生，深入淺齣地剖析“信號與綫性係統”這一信息科學的基礎學科。它不僅是理解現代電子工程、通信技術、自動控製、計算機科學乃至眾多交叉學科的基石，更是洞察信息如何在復雜環境中産生、傳播、變換和處理的鑰匙。本書力求在繼承經典理論體係的基礎上，融入時代發展的最新視角，以嚴謹的邏輯、清晰的闡述和豐富的實例，引導讀者構建起一套紮實的理論框架，培養齣解決實際工程問題的分析能力和創新思維。 第一部分：信號的本質與分類 在信息爆炸的時代，我們無時無刻不被各種各樣的信號所包圍：手機通訊中的電磁波，音樂欣賞中的聲波，醫學診斷中的生理信號，甚至股票市場的波動都可以被視為信號。那麼，什麼是信號？本書將從數學和物理的角度，對信號進行精確的定義。我們將理解信號是物理量隨時間、空間或其他獨立變量變化的錶現，它承載著信息。 隨後，我們將係統地介紹信號的各種分類。 按獨立變量分類： 連續時間信號（CT信號）：其自變量是連續的，例如聲音的波形，溫度隨時間的變化。我們將深入探討連續時間信號的數學錶示，包括其采樣、截斷等特性。 離散時間信號（DT信號）：其自變量是離散的，通常是采樣後的連續時間信號，如數字音頻、圖像像素值。我們將重點分析離散時間信號的序列錶示，以及它在數字信號處理中的關鍵作用。 按幅度分類： 模擬信號（Analog Signals）：其幅度是連續變化的，能夠取任意值。我們將討論模擬信號的特性，如動態範圍和精度問題。 數字信號（Digital Signals）：其幅度被量化為有限的幾個離散值。我們將理解數字信號的量化過程，以及它在抗乾擾、存儲和處理方麵的優勢。 按周期性分類： 周期信號（Periodic Signals）：其波形在時間上重復齣現，具有固定的周期。我們將學習如何識彆周期信號，並理解其傅裏葉級數展開的數學錶示，這將為後續的頻譜分析奠定基礎。 非周期信號（Aperiodic Signals）：其波形不重復，沒有固定的周期。我們將探討如何用傅裏葉變換來分析非周期信號的頻譜特性。 按能量和功率分類： 能量信號（Energy Signals）：其總能量是有限的。例如，短暫的脈衝信號。我們將學習如何計算信號的能量，並理解能量信號在通信係統中的應用。 功率信號（Power Signals）：其平均功率是有限的。例如，連續的正弦波信號。我們將研究功率信號的平均功率計算，並探討其在穩定係統中的意義。 按奇偶性分類： 偶信號（Even Signals）：滿足 $f(t) = f(-t)$ 的性質。 奇信號（Odd Signals）：滿足 $f(t) = -f(-t)$ 的性質。 我們將學習如何判斷信號的奇偶性，並理解奇偶性在信號分解和係統分析中的重要性。 本書還將介紹一些重要的基本信號，如單位衝激信號（Dirac Delta Function）、單位階躍信號（Heaviside Step Function）、矩形脈衝信號、指數信號、正弦信號和餘弦信號等。這些基本信號是構建更復雜信號的“原子”，對它們的深入理解是掌握信號分析的關鍵。我們將詳細介紹它們的數學錶達式、時域特性和在係統分析中的作用。 第二部分：綫性時不變（LTI）係統的核心概念 在現實世界中，許多係統都錶現齣良好的綫性與時不變特性，例如許多電子電路、機械係統和通信信道。理解這類係統是分析和設計各種工程係統的基礎。 綫性性（Linearity）：係統滿足齊次性（scaling）和疊加性（additivity）。這意味著，如果輸入信號 $x_1(t)$ 産生輸齣 $y_1(t)$，輸入信號 $x_2(t)$ 産生輸齣 $y_2(t)$，那麼輸入信號 $a x_1(t) + b x_2(t)$ 將産生輸齣 $a y_1(t) + b y_2(t)$，其中 $a$ 和 $b$ 是任意常數。本書將通過實例，深入剖析綫性係統的數學定義和物理意義，並提供判斷係統是否綫性的方法。 時不變性（Time Invariance）：係統的特性不隨時間的推移而改變。也就是說，如果輸入信號 $x(t)$ 産生輸齣 $y(t)$，那麼延遲輸入信號 $x(t - au)$ 將産生延遲輸齣信號 $y(t - au)$，無論 $ au$ 是多少。我們將通過具體例子，說明時不變係統的特性，以及如何驗證一個係統是否為時不變係統。 綫性時不變（LTI）係統的數學描述：差分方程與微分方程 對於離散時間的LTI係統，我們通常用差分方程來描述其輸入輸齣關係。例如，一個簡單的RC濾波電路在離散域上的錶現可以用一階綫性常係數差分方程來錶示。我們將學習如何建立和求解這些差分方程，以預測係統的行為。 對於連續時間的LTI係統，則常用微分方程來描述。例如，RLC電路的電壓電流關係就可以用二階綫性常係數微分方程來刻畫。本書將詳細講解如何建立微分方程模型，並介紹求解方法，包括經典的拉普拉斯變換法和初值法的應用。 捲積：LTI係統的核心運算 捲積是LTI係統分析中最核心、最重要的數學工具。它描述瞭係統如何“記憶”過去的輸入，並將其與係統的“衝激響應”結閤起來，生成當前的輸齣。 衝激響應（Impulse Response）：一個LTI係統在輸入為單位衝激信號 $delta(t)$（或 $delta[n]$）時産生的輸齣，記作 $h(t)$（或 $h[n]$）。衝激響應完全錶徵瞭一個LTI係統。我們將深入理解衝激響應的物理含義，並學習如何利用它來分析係統的行為。 捲積定理（Convolution Theorem）：一個LTI係統的輸齣信號 $y(t)$（或 $y[n]$）等於輸入信號 $x(t)$（或 $x[n]$）與係統衝激響應 $h(t)$（或 $h[n]$）的捲積。 連續時間信號的捲積：$y(t) = x(t) h(t) = int_{-infty}^{infty} x( au) h(t - au) d au$ 離散時間信號的捲積：$y[n] = x[n] h[n] = sum_{k=-infty}^{infty} x[k] h[n - k]$ 本書將通過圖示和具體的計算實例，詳細講解捲積的計算方法，包括圖解法和代數法。我們將強調捲積在理解係統動態行為、預測輸齣信號形態中的關鍵作用。 第三部分：頻域分析：傅裏葉變換與拉普拉斯變換 時域分析固然重要，但許多信號和係統的特性在頻域中錶現得更為清晰。頻域分析能夠揭示信號的頻率成分、係統的頻率響應特性，為係統設計和優化提供強大的指導。 傅裏葉級數（Fourier Series）：用於錶示周期信號。任何周期信號都可以錶示為一係列不同頻率的正弦（或餘弦）信號之和。我們將學習如何計算傅裏葉級數的係數，並理解其在頻譜分析中的意義。 傅裏葉變換（Fourier Transform）：用於錶示非周期信號。傅裏葉變換將一個時域信號轉換到頻域，揭示瞭信號在各個頻率上的成分。 連續時間傅裏葉變換 (CTFT)：$X(omega) = int_{-infty}^{infty} x(t) e^{-jomega t} dt$ 離散時間傅裏葉變換 (DTFT)：$X(e^{jomega}) = sum_{n=-infty}^{infty} x[n] e^{-jomega n}$ 本書將詳細介紹傅裏葉變換的性質，如綫性性、時移、頻移、捲積等，以及其在信號濾波、頻譜分析和係統識彆中的應用。我們還將探討傅裏葉變換在物理學、工程學中的廣泛應用，如音頻處理、圖像壓縮等。 拉普拉斯變換（Laplace Transform）：是傅裏葉變換的推廣，適用於更廣泛的信號，特彆是那些在時域上可能無限增長但有界衰減的信號。拉普拉斯變換將信號從時域轉換到一個復頻率域（s域）。 單邊拉普拉斯變換：$X(s) = int_{0}^{infty} x(t) e^{-st} dt$ 拉普拉斯變換在求解綫性常係數微分方程、分析係統的穩定性、研究係統頻率響應等方麵具有極其重要的作用。本書將重點介紹拉普拉斯變換的收斂域（ROC）概念，以及它與係統穩定性的關係。我們將通過大量實例，展示如何利用拉普拉斯變換來分析動態係統的瞬態響應和穩態響應。 第四部分：係統分析與設計 在掌握瞭信號的錶示和係統的基本數學描述後，本書將進一步深入係統分析和設計。 係統穩定性（System Stability）：一個係統是穩定的，意味著當輸入有界時，輸齣也是有界的。我們將學習如何判斷LTI係統的穩定性，特彆是在頻域和s域中的判據（如特徵根、傳遞函數極點）。 頻率響應（Frequency Response）：描述瞭LTI係統對不同頻率信號的放大或衰減程度，以及相位移。頻率響應是係統設計中至關重要的概念，它決定瞭係統能否有效傳輸特定頻率範圍的信號。我們將通過幅頻特性和相頻特性麯綫，深入理解頻率響應的含義，並探討其在濾波器設計中的應用。 濾波器設計（Filter Design）：濾波器是用於選擇性地通過或阻止特定頻率分量的電子電路或算法。我們將介紹不同類型的濾波器，如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器，並簡要介紹其基本設計原理。 應用展望 本書的理論知識與眾多工程領域緊密相連。通過對信號與綫性係統的深入學習，讀者將能夠： 通信工程：理解信號的調製、解調、信道傳輸與接收，以及各種通信係統的設計原理。 自動控製：分析控製係統的穩定性、動態響應，設計控製器以實現預期的係統性能。 電子工程：設計和分析模擬電路和數字電路，理解信號在電路中的傳播和變換。 計算機科學：理解數字信號處理（DSP）技術，如音頻、圖像和視頻信號的處理與壓縮。 生物醫學工程：分析生理信號，如心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）等。 本書的編寫過程中，力求做到： 理論體係嚴謹：基於公認的數學和工程原理。 闡述清晰直觀：避免晦澀的專業術語，盡可能用通俗易懂的語言解釋。 圖示豐富：通過大量圖錶，幫助讀者理解抽象的概念。 實例貼近實際：結閤工程實際中的典型例子，加深理論的應用理解。 循序漸進：從基本概念到復雜應用，逐步引導讀者深入。 希望通過本書的學習，讀者能夠構建起堅實的“信號與綫性係統”知識體係，為未來在信息科學和工程技術領域的學習與實踐打下堅實的基礎，並能夠從信息流動的角度，更深刻地理解我們所處的世界。

評分☆☆☆☆☆

作為一個有著幾年工作經驗的電子工程師，我在實際工作中經常會遇到各種信號處理方麵的問題。例如，在設計濾波器時，我需要清楚地知道不同濾波器類型對信號頻譜的影響；在分析係統穩定性時，我也需要對係統的傳遞函數有深入的理解。然而，在工作中，我們往往依賴於一些工具和庫，對背後的理論原理掌握得並不夠牢固。我購買這本書，正是希望能夠係統地迴顧和深化我對信號與綫性係統知識的理解。我特彆希望書中能夠包含一些更高級的主題，比如多維信號處理、非綫性係統初步，或者是一些更復雜的係統分析方法。如果書中能夠穿插一些實際工程案例的分析，並且能夠給齣具體的代碼實現思路，那就更具參考價值瞭。我希望這本書能夠幫助我彌補理論上的短闆，提升我在解決實際工程問題時的深度和廣度。

評分☆☆☆☆☆

初次翻開這本書，就被它沉甸甸的分量和嚴謹的排版所吸引。我一直對信號與綫性係統這一領域抱有濃厚的興趣，但苦於缺乏一本真正能將理論與實踐完美結閤的教材。市麵上很多書籍要麼過於理論化，抽象的概念讓人望而卻步，要麼過於注重應用，但對底層原理講解不清，導緻知其然不知其所以然。我期待的是一本能夠引導我深入理解係統內部運作機製，並且能夠將這些知識靈活應用於解決實際工程問題的教材。這本書的封麵設計雖然樸實，但傳遞齣一種紮實的學術氣息，讓我對即將展開的學習之旅充滿瞭期待。我希望通過這本書的學習，能夠構建起堅實的理論基礎，更重要的是，能夠培養齣獨立分析和解決復雜工程問題的能力，為日後的學習和工作打下堅實的基礎。這本書的齣現，仿佛是為我打開瞭一扇通往信號與係統奧秘的大門，迫不及待地想一探究竟。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的期待，更多是源於它所承載的“精品教材”的定位。在電子信息領域，信號與綫性係統無疑是核心課程之一，其重要性不言而喻。我希望這本書能夠成為一本權威的參考書，不僅適閤在校學生學習，也能作為工程技術人員的案頭必備。我關注的是書中內容的全麵性和深度，是否涵蓋瞭該領域最前沿的理論發展和應用。此外，我非常看重教材的嚴謹性和準確性，對數學推導的清晰度和邏輯性有很高的要求。如果書中能夠包含一些曆史背景的介紹，講述一些重要理論的提齣過程，那會更有助於理解其深遠意義。我希望這本書能夠提供清晰的學習路徑，引導讀者從基礎走嚮深入，最終掌握信號與綫性係統的精髓，為解決更復雜的科學技術問題提供強大的理論支撐。

評分☆☆☆☆☆

我是一個對信號與係統充滿好奇的學習者，盡管我可能還沒有專業的背景，但我堅信理解信號如何在這個世界上流動和交互是理解許多現代技術的基礎。我希望這本書能夠以一種相對易懂的方式，將復雜的數學概念轉化為可以被理解的原理。比如，通過生動的圖示或者類比，來解釋傅裏葉變換如何揭示信號的頻率組成，或者捲積是如何描述係統對輸入信號的響應的。我希望書中能夠包含一些基礎的信號類型（如正弦波、方波、脈衝信號）和基本的係統類型（如RC電路、RLC電路）的分析，並逐步深入。如果能有一些簡單的模擬實驗或者在綫資源的鏈接，幫助我親手驗證一些理論概念，那就更棒瞭。我希望這本書能夠點燃我對信號與係統學習的熱情，讓我覺得這項知識是觸手可及的，並且能啓發我去探索更廣闊的領域。

評分☆☆☆☆☆

我是一名剛剛接觸到信號與係統這門課程的學生，最初的幾周學習讓我感到有些吃力。老師在課堂上講解的概念，雖然邏輯清晰，但總感覺缺少瞭一些直觀的理解。比如，傅裏葉變換的意義、拉普拉斯變換的收斂域究竟代錶著什麼，這些問題在腦海中總是揮之不去。在圖書館裏偶然看到瞭這本書，厚實的篇幅和工整的目錄結構讓我眼前一亮。我特彆關注瞭其中關於“時域分析”和“頻域分析”的章節，希望能找到一些能夠幫助我建立直觀理解的例子和講解。我希望作者能夠用生動形象的比喻，或者是一些基礎但重要的實例，來幫助我們這些初學者理解這些抽象的概念。如果書中能夠包含一些引導性的思考題，或者一些簡單的互動式的小練習，那就更好瞭。我希望這本書不僅僅是知識的堆砌，更能激發我的學習興趣，讓我真正愛上信號與係統這門課。