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张国强 编

图书标签:

• 信号与系统
• 电路分析
• 线性系统
• 傅里叶变换
• 拉普拉斯变换
• Z变换
• 系统分析
• 控制系统
• 通信原理
• 数字信号处理

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121276088

版次：1

商品编码：11860573

包装：平装

丛书名： 全国高等院校仪器仪表及自动化类

开本：16开

出版时间：2016-01-01

用纸：胶版纸

页数：216

字数：346000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：可作为高等学校测控、自动化、电子信息、通信、电力等专业教材，也可供科研和工程技术人员参考。

　　各章均配有大量精选的不同层次例题和习题

内容简介

　　本书系统论述了确定性信号与线性时不变系统的基本概念、基本理论和基本方法。研究对象涉及连续和离散信号与系统，研究方法包括时域法和变换域法，重点是变换域法。 本书共分为6章，主要内容包括信号与系统的基本概念、系统的时域分析、连续信号与系统的频域分析、离散信号与系统的频域分析、连续信号与系统的复频域分析和离散信号与系统的z域分析。本书编写结构合理，内容通俗易懂，便于自学。注重理论联系实际，各章均有精选的不同层次例题和习题。

作者简介

　　张国强，西北工业大学明德学院机电工程系测控技术与仪器专业专职教师，担任测控、自动化、电子、信号处理等课程的教学。

目录

第1章 信号与系统的基本概念 1
1．1　引言 1
1．2　信号的描述和分类 3
1．3　常见信号 7
1．4　信号的时域运算 15
1．5　信号的分解 21
1．6　系统的描述 23
1．7　系统的性质 26
1．8　线性时不变系统的分析方法 29
习题一 29
第2章 系统的时域分析 33
2．1　引言 33
2．2　系统的时域数学模型及其经典解法 33
2．3　零输入响应和零状态响应 36
2．4　卷积运算 41
2．5　反卷积 45
2．6　相关 48
习题二 50
第3章 连续信号与系统的频域分析 54
3．1　引言 54
3．2　正交函数与正交函数集 54
3．3　周期信号的傅里叶级数 56
3．4　非周期信号的傅里叶变换 64
3．5　傅里叶变换的性质 69
3．6　周期信号的傅里叶变换 74
3．7　线性时不变系统的频域分析 76
3．8　傅里叶变换的应用 77
习题三 87
第4章 离散信号与系统的频域分析 91
4．1　引言 91
4．2　周期序列的离散傅里叶级数（DFS） 91
4．3　非周期序列的离散时间傅里叶变换（DTFT） 93
4．4　非周期序列的离散傅里叶变换（DFT） 97
4．5　离散傅里叶变换的快速算法（FFT） 107
4．6　DFT的应用 114
习题四 121
第5章 连续信号与系统的复频域分析 124
5．1　引言 124
5．2　拉普拉斯变换 124
5．3　拉普拉斯变换的性质 127
5．4　拉普拉斯反变换 135
5．5　连续系统的s域分析 140
5．6　双边拉普拉斯变换 144
5．7　连续系统的系统函数 148
5．8　连续系统的模拟图、框图、信号流图与Mason公式 156
5．9　连续系统的稳定性分析 164
习题五 169
第6章 离散信号与系统的Z变换分析 174
6．1　引言 174
6．2　z变换 174
6．3　z变换的性质 179
6．4　z反变换 188
6．5　利用z变换求差分方程 192
6．6　z变换与拉普拉斯变换、傅里叶变换的关系 194
6．7　离散系统的系统函数 195
6．8　离散系统的模拟图、框图、信号流图与Mason公式 200
6．9　离散系统的稳定性分析 202
习题六 205
参考文献 209

前言/序言

　　前言

　　信号与系统课程是高等院校电子信息工程、通信工程、自动化、测控技术与仪器、电子科学与技术、计算机科学与技术等专业的一门重要技术基础课程。它主要研究信号与系统的基本理论与分析方法，其不仅在课程教学计划中起着承前启后的作用，在实际中也有着广泛应用。

　　本书主要研究确定性信号和线性时不变系统的基本理论和方法。为学习本课程，读者应有一定的数学基础和电路分析基础，涉及的数学知识主要包括微积分、微分方程、差分方程、级数、复变函数、积分变换和线性代数等，在运用这些数学工具时注重解决工程问题，注重物理概念与数学概念的统一。本课程与电路分析基础、数字信号处理、自动控制原理等课程联系紧密，有些内容甚至重复和交叉，但要解决的问题有所不同，分析问题的角度也有所不同。例如电路分析基础课程主要研究在直流、单一频率的交流或非正弦周期电压电流激励下，如何分析电路和求解电路响应（电压、电流）问题，分析中出现的物理量一般是以时间为自变量的连续时间信号，而信号与系统研究的信号更宽泛，要解决的问题也不局限于电路问题，从分析方法的角度上也可以采用时域法，但更重视变换域的方法。

　　本书在内容编排时，从宏观上采取信号与系统并行、连续与离散并行的方法，有利于读者更好地理解信号与系统的基本概念、基本理论和基本分析方法，更好地把握连续系统与离散系统的共性和各自特点，在具体章节安排上，仍采取先信号后系统、先连续后离散、先时域后变换域的体系。在使用本书做教材时，对于各章的顺序、内容的取舍等，请根据实际情况确定，不要受本书的影响。

　　本书由张国强主编，编写分工如下：张国强和杨红丽编写第1章，张国强编写第2章，靳鸿和张国强编写第3章，张国强编写第4、5章，张国强和郗涛编写第6章。

　　本书由西北工业大学段哲民教授审阅，提出了宝贵意见和修改建议，在此表示衷心感谢。

　　由于编者水平有限，书中定然存疏漏和欠妥之处，恳请读者批评指正。

　　编者

　　2015年10月

《时空交织的韵律：一部关于模式、信息与变化的探索》 本书是一次深入探索宇宙万物运作规律的旅程，它并非聚焦于某个特定学科的理论体系，而是从一个更宏观、更基础的视角，审视隐藏在各种现象背后的普遍性原理。我们将一起揭示那些驱动自然界、社会结构乃至于人类思维运作的底层逻辑，并通过一系列引人入胜的案例，展示这些原理如何巧妙地编织出我们所感知到的现实。 第一章：万物皆是信号——沟通的本质与信息的载体 在本章，我们将从最本源的意义上理解“信号”。信号，并非仅仅是电波或声波，而是任何能够传递信息、承载意义的载体。从生物体内细胞之间的化学通讯，到古老文明的烽火狼烟，再到现代社会庞杂的网络数据流，信号无处不在，构成了信息传递的基石。我们会探讨信号的分类，例如连续信号与离散信号，模拟信号与数字信号，以及它们的特点和适用场景。我们会深入研究信号的构成要素，包括幅度、频率、相位等，并理解这些要素如何共同决定了信息的内容。 我们将考察信号的产生机制。无论是自然界的物理过程，如光线、声音的产生，还是人为创造的信息编码，都遵循着一定的规律。例如，动物的鸣叫、植物的光合作用，它们都以特定的方式“表达”着自身的状态和需求。人类的语言、文字，更是高度复杂的信号系统，承载着丰富的思想和情感。我们将剖析信息是如何被编码成信号，并通过各种介质传输，最终被接收者解码和理解的过程。 通过对不同类型信号的细致分析，我们将体会到，理解信号的本质，就是理解信息传递的效率和准确性。一个清晰、无损的信号，能够确保信息的有效沟通；而一个被干扰、失真的信号，则可能导致信息的误解甚至遗失。这不仅在技术领域至关重要，在人际沟通、社会组织乃至科学研究中，都是一个 fundamental 的课题。 第二章：系统的构成与响应——互动中的秩序与动态 “系统”的概念，是本书另一核心的探索对象。系统并非仅指一个封闭的物理装置，而是任何由相互关联、相互作用的元素组成的整体。这个整体，无论大小，都表现出超越其单个组成部分之和的涌现特性。我们将从机械系统、电子系统、生物系统、经济系统到生态系统，跨越不同领域，去发现系统运作的共性。 本章将着重研究系统的“响应”。当一个系统受到外部“输入”时，它会产生相应的“输出”。这种输入与输出之间的关系，就是系统的动态行为，也是我们理解系统运作的关键。我们会学习如何用数学模型来描述这种输入-输出关系，从而预测系统的行为，甚至对其进行控制。例如，一个弹簧系统，受到外力（输入）后会发生形变（输出），这种形变的大小和速度，就取决于弹簧的属性和所受外力的大小。 我们将探讨不同类型的系统：线性系统与非线性系统，时不变系统与时变系统，因果系统与非因果系统。理解这些分类，有助于我们更精准地把握系统的特性。例如，线性系统具有叠加性和齐次性，使得分析和预测变得相对容易；而非线性系统则可能表现出复杂的混沌行为，给理解和控制带来挑战。 此外，我们将深入研究系统的“状态”概念。系统的状态，是系统在某一时刻的内部情况，它决定了系统对未来输入的响应。比如，一个正在运行的计算机程序，其当前的状态包含了所有正在处理的数据和正在执行的指令。理解系统的状态，能够帮助我们理解系统的历史依赖性和预测其未来演化。 通过分析各种系统的构成与响应，我们将看到，无论是简单的物理定律，还是复杂的社会经济规律，都可以在系统的框架下得到统一的解释。系统的思想，为我们提供了一种强大的分析工具，帮助我们从纷繁复杂的世界中，梳理出清晰的脉络和内在的联系。 第三章：时域与频域的转换——洞察信号的内在频率结构 本章是连接“信号”与“系统”的关键桥梁，我们将聚焦于一种强大的分析工具：时域与频域的转换。我们日常观察到的信号，都是在“时域”中随时间变化的，例如一段语音，一个心电图。然而，许多时候，仅仅观察时域信号，并不能完全揭示其内在的奥秘。 我们将会学习傅里叶分析，这项革命性的工具能够将一个复杂的时域信号分解成一系列简单的正弦和余弦波的叠加。这就如同将一首交响乐分解成各个乐器的单独音高一样，通过分解，我们可以清晰地看到信号中包含了哪些“频率成分”，以及这些成分的“强度”如何。这就是我们所说的“频域”表示。 时域和频域是观察信号的两种不同视角，但它们之间存在着一一对应的关系，就像同一枚硬币的正反面。理解了这种转换，我们就能获得前所未有的洞察力。例如，在一个音频信号中，我们可以在频域中分辨出人声、乐器声的频率范围，从而实现降噪、变声等操作。在图像处理中，频域分析可以帮助我们识别纹理、边缘等信息，从而实现图像增强或压缩。 我们将深入探讨傅里叶级数和傅里叶变换，以及它们在连续信号和离散信号中的应用。还会涉及拉普拉斯变换和Z变换，它们是傅里叶变换的推广，能够处理更广泛的系统和信号，尤其在分析瞬态响应和稳定性方面具有重要意义。 通过掌握时域与频域的转换，我们将能更深入地理解信号的本质，并为分析系统的频率响应打下坚实基础。这如同获得了一副特殊的眼镜，能够透过现象看到隐藏在信号深处的规律。 第四章：滤波与变换——信号的重塑与信息的提取 本章将进一步深化对信号处理的理解，重点关注“滤波”和“变换”这两个至关重要的技术。滤波，可以形象地理解为一种“筛选”过程，它根据信号的频率特性，选择性地保留或去除某些频率成分，从而达到净化信号、提取有用信息或改变信号特性的目的。 我们会探讨各种滤波器，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。了解它们的工作原理和应用场景：低通滤波器可以去除高频噪声，保留平滑的信号；高通滤波器则可以突出信号的细节变化；带通滤波器能够隔离特定频率范围的信号，常用于通信系统中。 此外，我们还会研究滤波器设计的基本原理，以及如何根据系统的需求选择合适的滤波器类型和参数。滤波器的设计，直接影响着信号处理的效果，是许多工程应用中的核心环节。 “变换”在本章不仅仅指时域到频域的转换，更广泛地涵盖了对信号进行各种形式的重塑和分析。除了傅里叶变换，我们还会接触到小波变换，它能够同时提供信号在时间和频率上的局部信息，尤其适合分析非平稳信号，如语音信号的瞬时频率变化。 本章还将探讨卷积的概念，这是理解线性系统如何响应输入信号的关键。卷积运算本质上是将输入信号的每一部分，按照系统的冲激响应进行加权并叠加，从而得到系统的输出。理解卷积，也就理解了系统对信号的“记忆”和“累积”效应。 通过滤波与变换的技术，我们将掌握如何主动地操纵信号，提取有价值的信息，并为系统的分析和设计提供更强大的工具。这使得我们能够“雕刻”信号，使其更符合我们的需求。 第五章：系统的稳定性与分析——保障系统安全与可靠性的基石 在任何工程和科学领域，对“稳定性”的考量都是至关重要的。一个系统，如果其响应可能会无限增长，或者行为不可预测，那么它就是不稳定的，可能带来灾难性的后果。本章将深入探讨系统的稳定性问题。 我们将学习如何通过系统的“特征方程”或“传递函数”来分析其稳定性。例如，在电子电路中，一个不稳定的放大器可能会产生震荡；在控制系统中，一个不稳定的控制器可能导致飞行器失控。 本章将介绍几种重要的稳定性判据，如劳斯-赫尔维茨判据和奈奎斯特判据，以及它们在不同领域的应用。理解这些判据，能够帮助工程师在设计系统时，预先评估和避免潜在的不稳定性。 除了稳定性，我们还会关注系统的“频率响应”。当系统受到不同频率的输入信号时，其输出信号的幅度和相位会发生怎样的变化，这就是系统的频率响应。通过分析频率响应，我们可以了解系统对不同频率信号的“偏好”和“抑制”能力，这对于滤波器设计、信号均衡等应用至关重要。 此外，本章还会触及“噪声”的概念。在信号传输和处理过程中，噪声是不可避免的干扰。我们将探讨不同类型的噪声（如白噪声、粉红噪声），以及它们对系统性能的影响。并介绍一些基本的抗噪声技术，如滤波和信号平均。 本章旨在为读者提供一套系统的分析方法，以确保系统在各种条件下都能保持稳定、可靠地运行。这如同为我们搭建的“机器”上了“安全锁”，使其能够安全地完成预设的任务。 第六章：离散信号与数字系统的世界——现代信息处理的基石 在当今数字化的时代，离散信号和数字系统扮演着越来越重要的角色。本章将带领读者进入这个充满活力的领域，探索离散化过程的意义以及数字系统的工作原理。 我们将从连续信号到离散信号的“采样”过程入手。理解奈奎斯特采样定理，它告诉我们，为了无损地从连续信号中恢复原始信息，采样频率必须大于信号最高频率的两倍。我们将探讨采样率、量化误差等关键概念，以及它们如何影响数字信号的质量。 数字系统，如数字滤波器、数字控制器，它们在处理离散信号方面具有独特的优势，例如高精度、易于实现复杂功能、不受元件老化影响等。本章将介绍离散时间系统（DTS）的基本理论，包括差分方程的表示、Z变换的应用以及数字滤波器的设计方法。 我们将深入研究离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法——快速傅里叶变换（FFT）。FFT的出现极大地提高了数字信号处理的效率，使得许多曾经难以实现的数字信号处理任务得以普及。 本章还将讨论数字信号处理（DSP）在现实世界中的广泛应用，从音频视频编解码、通信系统到图像识别、医疗诊断等。通过理解离散信号与数字系统的原理，读者将能更深刻地认识到现代信息技术所依赖的底层支撑。 结语：模式、信息与变化的永恒乐章 在本书的旅程结束之际，我们回顾所探索的每一个章节。从理解信号作为信息的载体，到认识系统作为互动的整体，再到掌握时域频域的转换、滤波与变换的技巧，以及对系统稳定性的深入剖析，最后进入蓬勃发展的数字世界。我们所看到的，并非孤立的知识点，而是一个相互关联、相互印证的宏大图景。 宇宙万物，无论多么复杂，都遵循着某些基本的模式和规律。这些模式和规律，通过信号和系统的方式表现出来，构成了一个动态变化的宇宙。对这些模式和变化的理解，是人类认识世界、改造世界的基础。 本书的目标，是激发读者对这些底层原理的好奇心和探索欲。它提供了一套观察和分析世界的“透镜”，帮助我们理解从微观粒子到宏观宇宙，从简单机械到复杂社会，一切现象背后的共通之处。希望读者在合上本书时，能够以一种全新的视角，去审视身边的一切，去发现那交织在时空中的，永恒的韵律。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《信号与系统》，原本以为是本能快速提升技能的工具书，结果却意外地打开了一扇深入理解技术本质的大门。我最喜欢它在讲解基本概念时那种循序渐进的逻辑，从傅里叶级数和变换的直观几何意义，到卷积的深刻含义，再到采样定理如何巧妙地平衡连续与离散的鸿沟，每一步都解释得非常透彻，不会让你觉得是在啃一本枯燥的教科书。尤其是在拉普拉斯变换的部分，作者用大量的例子演示了如何利用它来分析和设计各种动态系统，比如电路和控制系统。那种将抽象的数学工具转化为解决实际问题的利器的感觉，真的非常有成就感。而且，书中的一些图示设计得非常精妙，能够极大地帮助我们理解那些复杂的数学推导和概念。虽然我还没有完全读完，但已经能感受到这本书在我日后学习更高级的通信、控制、图像处理等领域时，会打下多么坚实的基础。它不仅仅是教你“怎么做”，更重要的是让你理解“为什么这么做”，这种由内而外的理解，才是真正宝贵的。

评分☆☆☆☆☆

我尝试阅读《信号与系统》这本书，主要是出于对人工智能领域背后数学原理的好奇。很多人工智能算法，特别是深度学习，在底层都离不开对信号和系统的理解。这本书在解释概念时，非常注重直观性和易理解性，即使是我这样之前数学基础相对薄弱的读者，也能逐渐跟上思路。比如，它在讲解系统响应时，用了大量的类比和图形，帮助我理解瞬态响应和稳态响应的概念，这对于理解神经网络中的信息传递和学习过程非常有启发。书中关于频率域分析的部分，也让我对信号的频谱特性有了更深刻的认识，这与图像处理和自然语言处理中的特征提取有着千丝万缕的联系。我尤其对书中关于反馈系统和稳定性分析的讨论感到有趣，这让我联想到许多自适应学习算法的稳定性和收敛性问题。虽然这本书不是直接讲AI，但它提供了一种全新的视角去审视那些看似复杂的AI模型，让我感觉自己正在触及到更深层次的数学逻辑，这种感觉非常令人兴奋。

评分☆☆☆☆☆

最近我一直在寻找一本能让我重新审视通信原理的书，偶然间发现了《信号与系统》。这本书虽然名为“信号与系统”，但它对数字通信基础的阐述却异常到位。它不仅仅是描述了信号的传输和处理，更重要的是，它深入探讨了信息是如何被编码、调制、解调并最终恢复的。我尤其欣赏书中对采样过程的详细解释，包括了奈奎斯特准则的意义以及过采样和欠采样的后果，这对于理解数字信号的本质至关重要。此外，书中关于离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）的应用讲解，也让我受益匪浅。它不仅解释了这些算法的原理，还展示了它们如何在频谱分析、滤波器设计等方面发挥关键作用。通过这本书，我更加清晰地认识到，信号与系统理论是如何支撑起现代通信系统的基石。它用一种非常工程化的视角，将抽象的数学概念与实际的通信问题紧密联系起来，让我对这个领域有了全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

我购买《信号与系统》的初衷，是希望能够系统地梳理一下我在本科阶段对这门课程的理解，毕竟工作后会发现很多基础知识如果不牢固，后续的学习和发展就会遇到瓶颈。这本书的优势在于它提供了一个非常全面且逻辑严谨的知识体系。它从最基本的信号类型入手，逐步深入到各种变换和分析方法，例如 Z 变换在离散时间系统分析中的应用，以及如何通过它来判断系统的稳定性。书中的推导过程虽然详细，但作者始终保持着对核心概念的聚焦，不会让读者迷失在繁琐的数学细节中。令我印象深刻的是，它在讲解线性时不变系统（LTI系统）时，反复强调了其重要性以及卷积定理在分析这类系统中的核心地位。通过阅读，我不仅巩固了对这些基本概念的理解，还发现了自己过去学习中一些似是而非的地方，得以纠正。这本书对于想要深入理解信号与系统原理，并为后续专业学习打下坚实基础的读者来说，绝对是一本不可多得的佳作。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，一开始是被《信号与系统》的封面设计吸引，感觉比较现代和有活力，就顺手翻了翻。没想到，内容也同样令人惊喜！这本书最吸引我的地方在于它对实际工程应用的强调。它并没有停留在纯理论的层面，而是花了大量的篇幅去讲解这些信号与系统理论是如何在现实世界中应用的，比如在音频信号处理、图像压缩、通信系统中的信道建模等等。读到关于滤波器设计的章节时，我简直惊呆了，作者用非常清晰的语言和图示，讲解了低通、高通、带通滤波器是如何工作的，以及它们在实际工程中起到的关键作用。我还特别喜欢书中对噪声和失真处理的讨论，这部分内容对于任何从事工程技术的人来说都至关重要。作者提出的各种方法，不仅理论上严谨，而且在实际操作中也具有很高的参考价值。虽然这本书的难度不小，但我感觉它就像一位经验丰富的工程师，在手把手地教我如何分析和解决实际工程中的问题，这种学习体验是非常宝贵的。