信號與係統 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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張國強 編

圖書標籤:

• 信號與係統
• 電路分析
• 綫性係統
• 傅裏葉變換
• 拉普拉斯變換
• Z變換
• 係統分析
• 控製係統
• 通信原理
• 數字信號處理

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121276088

版次：1

商品編碼：11860573

包裝：平裝

叢書名： 全國高等院校儀器儀錶及自動化類

開本：16開

齣版時間：2016-01-01

用紙：膠版紙

頁數：216

字數：346000

正文語種：中文

編輯推薦

適讀人群 ：可作為高等學校測控、自動化、電子信息、通信、電力等專業教材，也可供科研和工程技術人員參考。

　　各章均配有大量精選的不同層次例題和習題

內容簡介

　　本書係統論述瞭確定性信號與綫性時不變係統的基本概念、基本理論和基本方法。研究對象涉及連續和離散信號與係統，研究方法包括時域法和變換域法，重點是變換域法。 本書共分為6章，主要內容包括信號與係統的基本概念、係統的時域分析、連續信號與係統的頻域分析、離散信號與係統的頻域分析、連續信號與係統的復頻域分析和離散信號與係統的z域分析。本書編寫結構閤理，內容通俗易懂，便於自學。注重理論聯係實際，各章均有精選的不同層次例題和習題。

作者簡介

　　張國強，西北工業大學明德學院機電工程係測控技術與儀器專業專職教師，擔任測控、自動化、電子、信號處理等課程的教學。

目錄

第1章 信號與係統的基本概念 1
1．1　引言 1
1．2　信號的描述和分類 3
1．3　常見信號 7
1．4　信號的時域運算 15
1．5　信號的分解 21
1．6　係統的描述 23
1．7　係統的性質 26
1．8　綫性時不變係統的分析方法 29
習題一 29
第2章 係統的時域分析 33
2．1　引言 33
2．2　係統的時域數學模型及其經典解法 33
2．3　零輸入響應和零狀態響應 36
2．4　捲積運算 41
2．5　反捲積 45
2．6　相關 48
習題二 50
第3章 連續信號與係統的頻域分析 54
3．1　引言 54
3．2　正交函數與正交函數集 54
3．3　周期信號的傅裏葉級數 56
3．4　非周期信號的傅裏葉變換 64
3．5　傅裏葉變換的性質 69
3．6　周期信號的傅裏葉變換 74
3．7　綫性時不變係統的頻域分析 76
3．8　傅裏葉變換的應用 77
習題三 87
第4章 離散信號與係統的頻域分析 91
4．1　引言 91
4．2　周期序列的離散傅裏葉級數（DFS） 91
4．3　非周期序列的離散時間傅裏葉變換（DTFT） 93
4．4　非周期序列的離散傅裏葉變換（DFT） 97
4．5　離散傅裏葉變換的快速算法（FFT） 107
4．6　DFT的應用 114
習題四 121
第5章 連續信號與係統的復頻域分析 124
5．1　引言 124
5．2　拉普拉斯變換 124
5．3　拉普拉斯變換的性質 127
5．4　拉普拉斯反變換 135
5．5　連續係統的s域分析 140
5．6　雙邊拉普拉斯變換 144
5．7　連續係統的係統函數 148
5．8　連續係統的模擬圖、框圖、信號流圖與Mason公式 156
5．9　連續係統的穩定性分析 164
習題五 169
第6章 離散信號與係統的Z變換分析 174
6．1　引言 174
6．2　z變換 174
6．3　z變換的性質 179
6．4　z反變換 188
6．5　利用z變換求差分方程 192
6．6　z變換與拉普拉斯變換、傅裏葉變換的關係 194
6．7　離散係統的係統函數 195
6．8　離散係統的模擬圖、框圖、信號流圖與Mason公式 200
6．9　離散係統的穩定性分析 202
習題六 205
參考文獻 209

前言/序言

　　前言

　　信號與係統課程是高等院校電子信息工程、通信工程、自動化、測控技術與儀器、電子科學與技術、計算機科學與技術等專業的一門重要技術基礎課程。它主要研究信號與係統的基本理論與分析方法，其不僅在課程教學計劃中起著承前啓後的作用，在實際中也有著廣泛應用。

　　本書主要研究確定性信號和綫性時不變係統的基本理論和方法。為學習本課程，讀者應有一定的數學基礎和電路分析基礎，涉及的數學知識主要包括微積分、微分方程、差分方程、級數、復變函數、積分變換和綫性代數等，在運用這些數學工具時注重解決工程問題，注重物理概念與數學概念的統一。本課程與電路分析基礎、數字信號處理、自動控製原理等課程聯係緊密，有些內容甚至重復和交叉，但要解決的問題有所不同，分析問題的角度也有所不同。例如電路分析基礎課程主要研究在直流、單一頻率的交流或非正弦周期電壓電流激勵下，如何分析電路和求解電路響應（電壓、電流）問題，分析中齣現的物理量一般是以時間為自變量的連續時間信號，而信號與係統研究的信號更寬泛，要解決的問題也不局限於電路問題，從分析方法的角度上也可以采用時域法，但更重視變換域的方法。

　　本書在內容編排時，從宏觀上采取信號與係統並行、連續與離散並行的方法，有利於讀者更好地理解信號與係統的基本概念、基本理論和基本分析方法，更好地把握連續係統與離散係統的共性和各自特點，在具體章節安排上，仍采取先信號後係統、先連續後離散、先時域後變換域的體係。在使用本書做教材時，對於各章的順序、內容的取捨等，請根據實際情況確定，不要受本書的影響。

　　本書由張國強主編，編寫分工如下：張國強和楊紅麗編寫第1章，張國強編寫第2章，靳鴻和張國強編寫第3章，張國強編寫第4、5章，張國強和郗濤編寫第6章。

　　本書由西北工業大學段哲民教授審閱，提齣瞭寶貴意見和修改建議，在此錶示衷心感謝。

　　由於編者水平有限，書中定然存疏漏和欠妥之處，懇請讀者批評指正。

　　編者

　　2015年10月

《時空交織的韻律：一部關於模式、信息與變化的探索》 本書是一次深入探索宇宙萬物運作規律的旅程，它並非聚焦於某個特定學科的理論體係，而是從一個更宏觀、更基礎的視角，審視隱藏在各種現象背後的普遍性原理。我們將一起揭示那些驅動自然界、社會結構乃至於人類思維運作的底層邏輯，並通過一係列引人入勝的案例，展示這些原理如何巧妙地編織齣我們所感知到的現實。 第一章：萬物皆是信號——溝通的本質與信息的載體 在本章，我們將從最本源的意義上理解“信號”。信號，並非僅僅是電波或聲波，而是任何能夠傳遞信息、承載意義的載體。從生物體內細胞之間的化學通訊，到古老文明的烽火狼煙，再到現代社會龐雜的網絡數據流，信號無處不在，構成瞭信息傳遞的基石。我們會探討信號的分類，例如連續信號與離散信號，模擬信號與數字信號，以及它們的特點和適用場景。我們會深入研究信號的構成要素，包括幅度、頻率、相位等，並理解這些要素如何共同決定瞭信息的內容。 我們將考察信號的産生機製。無論是自然界的物理過程，如光綫、聲音的産生，還是人為創造的信息編碼，都遵循著一定的規律。例如，動物的鳴叫、植物的光閤作用，它們都以特定的方式“錶達”著自身的狀態和需求。人類的語言、文字，更是高度復雜的信號係統，承載著豐富的思想和情感。我們將剖析信息是如何被編碼成信號，並通過各種介質傳輸，最終被接收者解碼和理解的過程。 通過對不同類型信號的細緻分析，我們將體會到，理解信號的本質，就是理解信息傳遞的效率和準確性。一個清晰、無損的信號，能夠確保信息的有效溝通；而一個被乾擾、失真的信號，則可能導緻信息的誤解甚至遺失。這不僅在技術領域至關重要，在人際溝通、社會組織乃至科學研究中，都是一個 fundamental 的課題。 第二章：係統的構成與響應——互動中的秩序與動態 “係統”的概念，是本書另一核心的探索對象。係統並非僅指一個封閉的物理裝置，而是任何由相互關聯、相互作用的元素組成的整體。這個整體，無論大小，都錶現齣超越其單個組成部分之和的湧現特性。我們將從機械係統、電子係統、生物係統、經濟係統到生態係統，跨越不同領域，去發現係統運作的共性。 本章將著重研究係統的“響應”。當一個係統受到外部“輸入”時，它會産生相應的“輸齣”。這種輸入與輸齣之間的關係，就是係統的動態行為，也是我們理解係統運作的關鍵。我們會學習如何用數學模型來描述這種輸入-輸齣關係，從而預測係統的行為，甚至對其進行控製。例如，一個彈簧係統，受到外力（輸入）後會發生形變（輸齣），這種形變的大小和速度，就取決於彈簧的屬性和所受外力的大小。 我們將探討不同類型的係統：綫性係統與非綫性係統，時不變係統與時變係統，因果係統與非因果係統。理解這些分類，有助於我們更精準地把握係統的特性。例如，綫性係統具有疊加性和齊次性，使得分析和預測變得相對容易；而非綫性係統則可能錶現齣復雜的混沌行為，給理解和控製帶來挑戰。 此外，我們將深入研究係統的“狀態”概念。係統的狀態，是係統在某一時刻的內部情況，它決定瞭係統對未來輸入的響應。比如，一個正在運行的計算機程序，其當前的狀態包含瞭所有正在處理的數據和正在執行的指令。理解係統的狀態，能夠幫助我們理解係統的曆史依賴性和預測其未來演化。 通過分析各種係統的構成與響應，我們將看到，無論是簡單的物理定律，還是復雜的社會經濟規律，都可以在係統的框架下得到統一的解釋。係統的思想，為我們提供瞭一種強大的分析工具，幫助我們從紛繁復雜的世界中，梳理齣清晰的脈絡和內在的聯係。 第三章：時域與頻域的轉換——洞察信號的內在頻率結構 本章是連接“信號”與“係統”的關鍵橋梁，我們將聚焦於一種強大的分析工具：時域與頻域的轉換。我們日常觀察到的信號，都是在“時域”中隨時間變化的，例如一段語音，一個心電圖。然而，許多時候，僅僅觀察時域信號，並不能完全揭示其內在的奧秘。 我們將會學習傅裏葉分析，這項革命性的工具能夠將一個復雜的時域信號分解成一係列簡單的正弦和餘弦波的疊加。這就如同將一首交響樂分解成各個樂器的單獨音高一樣，通過分解，我們可以清晰地看到信號中包含瞭哪些“頻率成分”，以及這些成分的“強度”如何。這就是我們所說的“頻域”錶示。 時域和頻域是觀察信號的兩種不同視角，但它們之間存在著一一對應的關係，就像同一枚硬幣的正反麵。理解瞭這種轉換，我們就能獲得前所未有的洞察力。例如，在一個音頻信號中，我們可以在頻域中分辨齣人聲、樂器聲的頻率範圍，從而實現降噪、變聲等操作。在圖像處理中，頻域分析可以幫助我們識彆紋理、邊緣等信息，從而實現圖像增強或壓縮。 我們將深入探討傅裏葉級數和傅裏葉變換，以及它們在連續信號和離散信號中的應用。還會涉及拉普拉斯變換和Z變換，它們是傅裏葉變換的推廣，能夠處理更廣泛的係統和信號，尤其在分析瞬態響應和穩定性方麵具有重要意義。 通過掌握時域與頻域的轉換，我們將能更深入地理解信號的本質，並為分析係統的頻率響應打下堅實基礎。這如同獲得瞭一副特殊的眼鏡，能夠透過現象看到隱藏在信號深處的規律。 第四章：濾波與變換——信號的重塑與信息的提取 本章將進一步深化對信號處理的理解，重點關注“濾波”和“變換”這兩個至關重要的技術。濾波，可以形象地理解為一種“篩選”過程，它根據信號的頻率特性，選擇性地保留或去除某些頻率成分，從而達到淨化信號、提取有用信息或改變信號特性的目的。 我們會探討各種濾波器，如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。瞭解它們的工作原理和應用場景：低通濾波器可以去除高頻噪聲，保留平滑的信號；高通濾波器則可以突齣信號的細節變化；帶通濾波器能夠隔離特定頻率範圍的信號，常用於通信係統中。 此外，我們還會研究濾波器設計的基本原理，以及如何根據係統的需求選擇閤適的濾波器類型和參數。濾波器的設計，直接影響著信號處理的效果，是許多工程應用中的核心環節。 “變換”在本章不僅僅指時域到頻域的轉換，更廣泛地涵蓋瞭對信號進行各種形式的重塑和分析。除瞭傅裏葉變換，我們還會接觸到小波變換，它能夠同時提供信號在時間和頻率上的局部信息，尤其適閤分析非平穩信號，如語音信號的瞬時頻率變化。 本章還將探討捲積的概念，這是理解綫性係統如何響應輸入信號的關鍵。捲積運算本質上是將輸入信號的每一部分，按照係統的衝激響應進行加權並疊加，從而得到係統的輸齣。理解捲積，也就理解瞭係統對信號的“記憶”和“纍積”效應。 通過濾波與變換的技術，我們將掌握如何主動地操縱信號，提取有價值的信息，並為係統的分析和設計提供更強大的工具。這使得我們能夠“雕刻”信號，使其更符閤我們的需求。 第五章：係統的穩定性與分析——保障係統安全與可靠性的基石 在任何工程和科學領域，對“穩定性”的考量都是至關重要的。一個係統，如果其響應可能會無限增長，或者行為不可預測，那麼它就是不穩定的，可能帶來災難性的後果。本章將深入探討係統的穩定性問題。 我們將學習如何通過係統的“特徵方程”或“傳遞函數”來分析其穩定性。例如，在電子電路中，一個不穩定的放大器可能會産生震蕩；在控製係統中，一個不穩定的控製器可能導緻飛行器失控。 本章將介紹幾種重要的穩定性判據，如勞斯-赫爾維茨判據和奈奎斯特判據，以及它們在不同領域的應用。理解這些判據，能夠幫助工程師在設計係統時，預先評估和避免潛在的不穩定性。 除瞭穩定性，我們還會關注係統的“頻率響應”。當係統受到不同頻率的輸入信號時，其輸齣信號的幅度和相位會發生怎樣的變化，這就是係統的頻率響應。通過分析頻率響應，我們可以瞭解係統對不同頻率信號的“偏好”和“抑製”能力，這對於濾波器設計、信號均衡等應用至關重要。 此外，本章還會觸及“噪聲”的概念。在信號傳輸和處理過程中，噪聲是不可避免的乾擾。我們將探討不同類型的噪聲（如白噪聲、粉紅噪聲），以及它們對係統性能的影響。並介紹一些基本的抗噪聲技術，如濾波和信號平均。 本章旨在為讀者提供一套係統的分析方法，以確保係統在各種條件下都能保持穩定、可靠地運行。這如同為我們搭建的“機器”上瞭“安全鎖”，使其能夠安全地完成預設的任務。 第六章：離散信號與數字係統的世界——現代信息處理的基石 在當今數字化的時代，離散信號和數字係統扮演著越來越重要的角色。本章將帶領讀者進入這個充滿活力的領域，探索離散化過程的意義以及數字係統的工作原理。 我們將從連續信號到離散信號的“采樣”過程入手。理解奈奎斯特采樣定理，它告訴我們，為瞭無損地從連續信號中恢復原始信息，采樣頻率必須大於信號最高頻率的兩倍。我們將探討采樣率、量化誤差等關鍵概念，以及它們如何影響數字信號的質量。 數字係統，如數字濾波器、數字控製器，它們在處理離散信號方麵具有獨特的優勢，例如高精度、易於實現復雜功能、不受元件老化影響等。本章將介紹離散時間係統（DTS）的基本理論，包括差分方程的錶示、Z變換的應用以及數字濾波器的設計方法。 我們將深入研究離散傅裏葉變換（DFT）及其快速算法——快速傅裏葉變換（FFT）。FFT的齣現極大地提高瞭數字信號處理的效率，使得許多曾經難以實現的數字信號處理任務得以普及。 本章還將討論數字信號處理（DSP）在現實世界中的廣泛應用，從音頻視頻編解碼、通信係統到圖像識彆、醫療診斷等。通過理解離散信號與數字係統的原理，讀者將能更深刻地認識到現代信息技術所依賴的底層支撐。 結語：模式、信息與變化的永恒樂章 在本書的旅程結束之際，我們迴顧所探索的每一個章節。從理解信號作為信息的載體，到認識係統作為互動的整體，再到掌握時域頻域的轉換、濾波與變換的技巧，以及對係統穩定性的深入剖析，最後進入蓬勃發展的數字世界。我們所看到的，並非孤立的知識點，而是一個相互關聯、相互印證的宏大圖景。 宇宙萬物，無論多麼復雜，都遵循著某些基本的模式和規律。這些模式和規律，通過信號和係統的方式錶現齣來，構成瞭一個動態變化的宇宙。對這些模式和變化的理解，是人類認識世界、改造世界的基礎。 本書的目標，是激發讀者對這些底層原理的好奇心和探索欲。它提供瞭一套觀察和分析世界的“透鏡”，幫助我們理解從微觀粒子到宏觀宇宙，從簡單機械到復雜社會，一切現象背後的共通之處。希望讀者在閤上本書時，能夠以一種全新的視角，去審視身邊的一切，去發現那交織在時空中的，永恒的韻律。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，一開始是被《信號與係統》的封麵設計吸引，感覺比較現代和有活力，就順手翻瞭翻。沒想到，內容也同樣令人驚喜！這本書最吸引我的地方在於它對實際工程應用的強調。它並沒有停留在純理論的層麵，而是花瞭大量的篇幅去講解這些信號與係統理論是如何在現實世界中應用的，比如在音頻信號處理、圖像壓縮、通信係統中的信道建模等等。讀到關於濾波器設計的章節時，我簡直驚呆瞭，作者用非常清晰的語言和圖示，講解瞭低通、高通、帶通濾波器是如何工作的，以及它們在實際工程中起到的關鍵作用。我還特彆喜歡書中對噪聲和失真處理的討論，這部分內容對於任何從事工程技術的人來說都至關重要。作者提齣的各種方法，不僅理論上嚴謹，而且在實際操作中也具有很高的參考價值。雖然這本書的難度不小，但我感覺它就像一位經驗豐富的工程師，在手把手地教我如何分析和解決實際工程中的問題，這種學習體驗是非常寶貴的。

評分☆☆☆☆☆

最近我一直在尋找一本能讓我重新審視通信原理的書，偶然間發現瞭《信號與係統》。這本書雖然名為“信號與係統”，但它對數字通信基礎的闡述卻異常到位。它不僅僅是描述瞭信號的傳輸和處理，更重要的是，它深入探討瞭信息是如何被編碼、調製、解調並最終恢復的。我尤其欣賞書中對采樣過程的詳細解釋，包括瞭奈奎斯特準則的意義以及過采樣和欠采樣的後果，這對於理解數字信號的本質至關重要。此外，書中關於離散傅裏葉變換（DFT）和快速傅裏葉變換（FFT）的應用講解，也讓我受益匪淺。它不僅解釋瞭這些算法的原理，還展示瞭它們如何在頻譜分析、濾波器設計等方麵發揮關鍵作用。通過這本書，我更加清晰地認識到，信號與係統理論是如何支撐起現代通信係統的基石。它用一種非常工程化的視角，將抽象的數學概念與實際的通信問題緊密聯係起來，讓我對這個領域有瞭全新的認識。

評分☆☆☆☆☆

我嘗試閱讀《信號與係統》這本書，主要是齣於對人工智能領域背後數學原理的好奇。很多人工智能算法，特彆是深度學習，在底層都離不開對信號和係統的理解。這本書在解釋概念時，非常注重直觀性和易理解性，即使是我這樣之前數學基礎相對薄弱的讀者，也能逐漸跟上思路。比如，它在講解係統響應時，用瞭大量的類比和圖形，幫助我理解瞬態響應和穩態響應的概念，這對於理解神經網絡中的信息傳遞和學習過程非常有啓發。書中關於頻率域分析的部分，也讓我對信號的頻譜特性有瞭更深刻的認識，這與圖像處理和自然語言處理中的特徵提取有著韆絲萬縷的聯係。我尤其對書中關於反饋係統和穩定性分析的討論感到有趣，這讓我聯想到許多自適應學習算法的穩定性和收斂性問題。雖然這本書不是直接講AI，但它提供瞭一種全新的視角去審視那些看似復雜的AI模型，讓我感覺自己正在觸及到更深層次的數學邏輯，這種感覺非常令人興奮。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《信號與係統》，原本以為是本能快速提升技能的工具書，結果卻意外地打開瞭一扇深入理解技術本質的大門。我最喜歡它在講解基本概念時那種循序漸進的邏輯，從傅裏葉級數和變換的直觀幾何意義，到捲積的深刻含義，再到采樣定理如何巧妙地平衡連續與離散的鴻溝，每一步都解釋得非常透徹，不會讓你覺得是在啃一本枯燥的教科書。尤其是在拉普拉斯變換的部分，作者用大量的例子演示瞭如何利用它來分析和設計各種動態係統，比如電路和控製係統。那種將抽象的數學工具轉化為解決實際問題的利器的感覺，真的非常有成就感。而且，書中的一些圖示設計得非常精妙，能夠極大地幫助我們理解那些復雜的數學推導和概念。雖然我還沒有完全讀完，但已經能感受到這本書在我日後學習更高級的通信、控製、圖像處理等領域時，會打下多麼堅實的基礎。它不僅僅是教你“怎麼做”，更重要的是讓你理解“為什麼這麼做”，這種由內而外的理解，纔是真正寶貴的。

評分☆☆☆☆☆

我購買《信號與係統》的初衷，是希望能夠係統地梳理一下我在本科階段對這門課程的理解，畢竟工作後會發現很多基礎知識如果不牢固，後續的學習和發展就會遇到瓶頸。這本書的優勢在於它提供瞭一個非常全麵且邏輯嚴謹的知識體係。它從最基本的信號類型入手，逐步深入到各種變換和分析方法，例如 Z 變換在離散時間係統分析中的應用，以及如何通過它來判斷係統的穩定性。書中的推導過程雖然詳細，但作者始終保持著對核心概念的聚焦，不會讓讀者迷失在繁瑣的數學細節中。令我印象深刻的是，它在講解綫性時不變係統（LTI係統）時，反復強調瞭其重要性以及捲積定理在分析這類係統中的核心地位。通過閱讀，我不僅鞏固瞭對這些基本概念的理解，還發現瞭自己過去學習中一些似是而非的地方，得以糾正。這本書對於想要深入理解信號與係統原理，並為後續專業學習打下堅實基礎的讀者來說，絕對是一本不可多得的佳作。