信號與係統基礎（MATLAB版） 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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石辛民，程曉東，郝整清 著

圖書標籤:

• 信號與係統
• MATLAB
• 電路分析
• 通信原理
• 控製係統
• 數學建模
• 高等工程數學
• 電子工程
• 信息處理
• 仿真
• 本科教材

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302437314

版次：1

商品編碼：11941046

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2016-05-01

用紙：膠版紙

頁數：305

字數：478000

內容簡介

　　本書共分為8章，分彆介紹瞭信號與係統的基本概念，連續時間係統的時域分析，傅裏葉分析，連續時間信號與係統的S域分析，離散時間信號與係統的時域分析，離散時間信號和係統的Z域分析，數字信號處理基礎以及係統的狀態變量分析。本書可作為電子信息工程、通信工程、自動化、電子科學與技術、計算機技術以及生物醫學工程等電氣信息類專業本科生的“信號與係統”課程教材，也可供工程技術人員自學參考。

內頁插圖

目錄

第1章信號與係統的基本概念
1.1信號與係統
1.2信號的分類及基本信號示例
1.2.1信號的分類
1.2.2常用基本信號示例
1.3信號的運算
1.3.1信號的移位、反褶
1.3.2信號的尺度變換（信號的伸展、壓縮）
1.3.3信號的微分和積分
1.3.4兩信號相加或相乘
1.4單位階躍信號與衝激信號
1.4.1單位斜變信號
1.4.2單位階躍信號
1.4.3單位衝激信號
1.5信號的分解
1.5.1直流分量與交流分量
1.5.2偶分量與奇分量
1.5.3脈衝分量
1.5.4實部分量與虛部分量
1.6係統的概念及分析方法
1.6.1係統模型概念
1.6.2係統的分類
1.6.3綫性時不變係統（LTIS）
1.6.4係統分析方法
本章小結
課後思考討論題
習題1
第2章連續時間係統的時域分析
2.1綫性時不變係統微分方程的建立
2.1.1物理係統的微分方程描述
2.1.2電路係統的微分方程描述
2.2求解微分方程的經典法(係統全響應)
2.2.1求解的基本原理
2.2.2零輸入響應與零狀態響應
2.3衝激響應和階躍響應
2.3.1衝激響應
2.3.2階躍響應
2.4應用MATLAB求解微分方程
2.4.1求解析解的符號法
2.4.2求數值解的方法
2.5捲積
2.5.1捲積的定義
2.5.2捲積的圖形法和公式法計算
2.5.3捲積的性質
2.5.4利用捲積求零狀態響應
本章小結
課後思考討論題
習題2
第3章傅裏葉分析
3.1周期信號的傅裏葉級數分析
3.1.1周期信號的三角級數錶示
3.1.2周期信號的指數函數錶示
3.1.3典型周期函數的頻譜
3.2非周期信號的頻譜分析
3.2.1傅裏葉變換
3.2.2傅裏葉變換的性質
3.2.3周期信號的傅裏葉變換
3.2.4時域取樣和取樣定理
3.3傅裏葉分析用於通信係統
3.3.1利用係統函數H(ω)求係統的響應
3.3.2調製與解調
3.3.3信號無失真傳輸
3.3.4理想低通濾波器
本章小結
課後思考討論題
習題3
第4章連續時間信號與係統的S域分析
4.1拉普拉斯變換及其逆變換
4.1.1拉氏變換的定義
4.1.2拉氏變換的MATLAB實現
4.1.3典型函數的拉氏變換
4.2拉氏變換的基本性質
4.3拉氏逆變換的計算方法
4.3.1包含不同實數極點
4.3.2包含共軛復數極點
4.3.3存在重根極點
4.4拉氏變換法求解微分方程
4.4.1用拉氏變換法求解微分方程
4.4.2電路的S域模型
4.5係統函數H(s)及其應用
4.5.1係統函數H(s)的概念
4.5.2係統函數的零極點分布與時域特性的關係
4.5.3係統函數的零極點分布與頻域特性的關係
4.5.4綫性係統的穩定性
本章小結
課後思考討論題
習題4
第5章離散時間信號與係統的時域分析
5.1離散時間信號與係統
5.1.1離散時間信號
5.1.2離散時間係統
5.2常係數綫性差分方程的求解
5.2.1迭代法
5.2.2時域經典法
5.2.3雙零法
5.2.4MATLAB求解
5.3離散時間係統的單位樣值響應
5.4捲積和
5.4.1圖形法
5.4.2對位相乘求和法
5.4.3列錶法
5.4.4MATLAB軟件法
本章小結
課後思考討論題
習題5
第6章離散時間信號與係統的Z域分析
6.1Z變換
6.1.1Z變換的定義
6.1.2典型序列的Z變換
6.1.3Z變換的收斂域
6.2Z逆變換
6.2.1部分分式展開法
6.2.2應用MATLAB進行部分分式展開
6.2.3冪級數展開法（長除法）
6.2.4留數法（圍綫積分法）
6.3Z變換的基本性質
6.3.1綫性特性
6.3.2位移特性（時移特性）
6.3.3序列綫性加權（Z域微分）
6.3.4序列指數加權（Z域尺度變換）
6.3.5初值與終值定理
6.3.6捲積定理
6.4離散係統的係統函數H(z)及應用
6.4.1單位樣值響應與係統函數
6.4.2係統函數的零極點分布對係統特性的影響
6.4.3離散時間係統的頻率響應特性
6.4.4應用MATLAB進行H(z)的零極點與係統特性計算
本章小結
課後思考討論題
習題6
第7章數字信號處理基礎
7.1離散傅裏葉變換
7.1.1傅裏葉變換的幾種形式
7.1.2離散傅裏葉級數(DFS)
7.1.3離散傅裏葉變換(DFT)
7.1.4離散傅裏葉變換的性質
7.1.5離散傅裏葉變換的應用
7.2快速傅裏葉變換(FFT)
7.2.1直接計算DFT的問題及改進途徑
7.2.2FFT算法
7.2.3快速傅裏葉變換的應用
7.3模擬濾波器的設計
7.3.1模擬濾波器的逼近
7.3.2巴特沃斯低通濾波器的設計
7.3.3切比雪夫Ⅰ型濾波器的設計
7.4數字濾波器的設計
7.4.1IIR數字濾波器的設計
7.4.2FIR數字濾波器的設計
本章小結
課後思考討論題
習題7
第8章係統的狀態變量分析
8.1係統的狀態變量和動態方程
8.1.1信號通過係統的動態方程
8.1.2動態方程的建立
8.1.3描述係統的模型及其相互轉換
8.2動態方程的求解
8.2.1動態方程的數值解
8.2.2連續動態方程的拉氏變換法求解
8.2.3離散動態方程的Z變換法求解
8.2.4動態方程的迭代法求解
8.3係統的可控製性和可觀測性
8.3.1係統的可控製性
8.3.2係統的可觀測性
本章小結
課後思考討論題
習題8
部分習題參考答案
參考文獻

前言/序言

《信號與係統基礎（MATLAB版）》是一本深入探討信號與係統核心概念，並輔以強大實用工具MATLAB進行案例分析和實現的著作。本書旨在為讀者構建堅實的理論基礎，同時培養運用現代工程計算語言解決實際問題的能力。 本書結構與核心內容概覽： 全書圍繞信號與係統的基本理論展開，層層遞進，涵蓋瞭從信號的分類、特性到係統的基本概念、分類，再到分析工具和應用等多個方麵。MATLAB作為貫穿始終的實踐工具，使得抽象的理論知識得以可視化、可操作化，極大地增強瞭學習的直觀性和有效性。 第一部分：信號基礎 信號的引入與分類： 本章將首先介紹信號的概念，解釋其在工程、科學以及日常生活中的廣泛意義。我們將從基本信號類型入手，如連續時間信號與離散時間信號，周期信號與非周期信號，能量信號與功率信號，奇信號與偶信號等。通過清晰的定義和豐富的實例，讓讀者對不同信號的特性有初步的認識。例如，我們將探討如何用數學錶達式描述一個聲音信號，或者如何錶示一個圖像的亮度變化。 基本信號單元： 深入分析構成復雜信號的基石——基本信號單元。這包括瞭單位衝激信號（Delta函數）、單位階躍信號、指數信號、正弦/餘弦信號等。本書將詳細推導它們的數學定義，並探討它們之間的相互關係。例如，理解單位衝激信號作為“脈衝”的特性，以及它在描述係統響應中的關鍵作用。 信號的基本運算： 學習對信號進行各種數學運算，如加法、減法、乘法、標量乘法、翻轉、時移、尺度變換等。這些運算不僅是理解信號特性的基礎，也是後續係統分析的重要前置知識。我們會通過圖像來直觀展示這些運算的效果，並提供MATLAB代碼來驗證這些操作。例如，如何通過時移將一個信號“嚮前”或“嚮後”移動，以及尺度變換如何“壓縮”或“拉伸”一個信號。 信號的能量與功率： 掌握計算信號能量和功率的方法，這對於區分能量信號和功率信號至關重要，也為後續的係統分析提供量化依據。我們將介紹相關的積分和求和公式，並演示如何使用MATLAB進行數值計算。 傅裏葉級數與傅裏葉變換： 這是信號分析的核心內容之一。本書將從周期信號的傅裏葉級數展開開始，逐步引入非周期信號的傅裏葉變換。我們將詳細闡述傅裏葉變換的定義、性質，以及它在頻域分析中的重要作用。讀者將學習如何將時域信號分解為不同頻率分量的疊加，從而理解信號的頻譜特性。MATLAB的FFT（快速傅裏葉變換）函數將成為實踐這一理論的有力工具，使我們能夠直觀地看到信號的頻率成分。 拉普拉斯變換： 引入復頻率概念，將傅裏葉變換推廣到更廣泛的係統分析。拉普拉斯變換在分析不穩定係統、包含指數衰減/增長信號的係統以及求解微分方程等方麵具有無可比擬的優勢。本書將詳細介紹拉普拉斯變換的定義、收斂域（ROC）以及重要的性質，並演示如何利用MATLAB求解復雜的拉普拉斯變換問題，例如求解係統響應。 Z變換： 針對離散時間信號和係統，Z變換扮演著與拉普拉斯變換相似的角色。本書將深入探討Z變換的定義、收斂域以及關鍵性質，並重點講解它在離散時間係統分析、濾波器設計等領域的應用。MATLAB的`ztrans`和`iztrans`函數將幫助讀者在離散域進行變換和逆變換。 第二部分：係統基礎 係統的定義與分類： 本章將從抽象的角度定義“係統”，解釋係統是如何接收輸入信號並産生輸齣信號的。我們將介紹係統的各種分類方法，如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，穩定係統與不穩定係統等。通過具體的例子，如一個簡單的電阻-電容（RC）電路，來形象地說明這些分類的意義。 綫性時不變（LTI）係統： LTI係統是信號與係統理論中的核心。本書將著重分析LTI係統的特性，包括其可加性和齊次性，以及它們如何決定瞭係統的行為。 捲積： 捲積是描述LTI係統輸入-輸齣關係的數學運算。我們將詳細推導連續時間LTI係統和離散時間LTI係統的捲積積分和捲積和的計算方法。理解捲積是理解LTI係統瞬態響應和穩態響應的關鍵。MATLAB的`conv`函數將提供一個便捷的工具來計算捲積。 係統的時域響應： 學習如何通過係統函數（衝激響應）來預測LTI係統在任意輸入信號作用下的輸齣。我們將分析不同輸入信號（如單位階躍、衝激、指數等）作用下的係統響應，包括瞬態響應和穩態響應。 係統的頻域響應： 探討LTI係統在不同頻率下對信號的放大/衰減作用，以及相位變化。我們將介紹係統的頻率響應函數，並演示如何通過傅裏葉變換來分析係統的頻域特性，這對於濾波器設計等應用至關重要。MATLAB的頻域分析工具將直觀地展示這一過程。 係統的s域（復頻域）與z域響應： 結閤拉普拉斯變換和Z變換，分析LTI係統在復頻域和z域的特性。我們將介紹傳遞函數（Transfer Function）的概念，以及如何利用傳遞函數的極點和零點來分析係統的穩定性、頻率響應和瞬態響應。MATLAB的符號計算工具箱可以方便地進行傳遞函數的錶示和分析。 穩定性分析： 深入探討係統穩定性的概念，特彆是對於LTI係統，我們將分析其穩定性與傳遞函數的極點位置之間的關係。瞭解係統穩定性對於避免災難性後果至關重要。 狀態空間分析： 引入更通用的係統描述方法——狀態空間錶示。本書將介紹狀態方程和輸齣方程，並演示如何利用狀態空間方法來分析更復雜的係統，特彆是多輸入多輸齣（MIMO）係統。MATLAB的控製係統工具箱提供瞭強大的狀態空間分析工具。 第三部分：MATLAB實踐與應用 MATLAB在信號分析中的應用： 這一部分將係統地介紹如何使用MATLAB來生成、處理和分析各種信號。包括： 信號生成： 使用MATLAB的各種函數（如`sin`, `cos`, `exp`, `randn`等）生成各種類型的信號，並利用`plot`函數進行可視化。 信號運算： 演示如何使用MATLAB實現信號的加減乘除、時移、翻轉、尺度變換等操作。 傅裏葉分析： 利用`fft`, `ifft`, `fftshift`, `fftfreq`等函數進行傅裏葉變換和逆變換，觀察和分析信號的頻譜。 濾波： 介紹不同類型的濾波器（低通、高通、帶通、帶阻）及其設計方法，並利用MATLAB的濾波函數（如`filter`, `designfilt`）來實現和驗證。 其他信號處理函數： 介紹MATLAB中用於信號分析的其他常用函數，如求解信號能量、功率，求解自相關函數等。 MATLAB在係統分析中的應用： LTI係統錶示與分析： 如何在MATLAB中錶示LTI係統，如使用衝激響應（`impz`）、傳遞函數（`tf`）或狀態空間模型（`ss`）。 捲積運算： 利用MATLAB的`conv`函數計算係統輸齣。 係統響應分析： 使用MATLAB的`step`, `impulse`, `lsim`等函數來模擬係統對不同輸入的響應。 頻域分析： 利用MATLAB繪製係統的頻率響應圖（伯德圖、奈奎斯特圖、幅相圖），並分析係統的增益和相位特性。 穩定性判斷： 利用MATLAB的`isstable`函數快速判斷係統穩定性。 狀態空間分析： 利用MATLAB的控製係統工具箱進行狀態空間模型的創建、分析和設計。 典型應用案例： 本書將結閤實際工程問題，通過MATLAB進行詳細的案例分析。這些案例可能涵蓋： 通信係統： 信號調製與解調、噪聲濾除。 控製係統： 飛行控製、機器人控製、過程控製。 音頻信號處理： 音頻濾波、均衡器設計。 圖像處理： 圖像濾波、邊緣檢測。 電路分析： 瞬態響應和穩態響應的分析。 本書的特色與優勢： 理論與實踐的完美結閤： 本書的核心在於將抽象的信號與係統理論與MATLAB這一強大的工程計算工具緊密結閤。讀者在學習理論的同時，能夠立即通過MATLAB進行驗證和實踐，從而加深理解，提升解決實際問題的能力。 循序漸進的教學體係： 內容安排上，從基礎概念到復雜理論，再到具體的工程應用，層次分明，邏輯清晰，確保不同基礎的讀者都能有效學習。 豐富的MATLAB示例： 本書提供瞭大量精心設計的MATLAB代碼示例，這些代碼不僅能夠幫助讀者理解理論，而且可以直接作為學習和開發的起點。代碼清晰、注釋詳細，易於讀者閱讀和修改。 直觀的可視化： MATLAB強大的圖形化能力使得信號和係統的行為能夠以直觀的圖像形式展現，極大地剋服瞭純文本描述的抽象性，幫助讀者建立感性認識。 麵嚮工程應用： 本書的重點在於培養讀者應用信號與係統理論解決實際工程問題的能力，因此在內容選擇和案例設計上，都緊密貼閤工程實際需求。 適用讀者： 本書適用於高等院校電子工程、通信工程、自動化、計算機科學、電氣工程等相關專業本科生、研究生，以及從事相關領域研究和工程開發的專業技術人員。對於希望係統學習信號與係統理論並掌握MATLAB實踐技能的自學者，本書也是一本理想的教材。 通過本書的學習，讀者將不僅能夠深刻理解信號與係統的基本原理，更能熟練運用MATLAB這一強大工具，將理論知識轉化為解決實際工程挑戰的有效手段。

評分☆☆☆☆☆

我最喜歡這本書的一點是它循序漸進的教學方法，真的就像有一位經驗豐富的老師在身邊手把手教你一樣。它不會一上來就拋齣大量晦澀難懂的理論，而是從最基礎的概念入手，比如信號的分類、係統的基本性質，都講解得極其細緻，並且用非常貼近生活的例子來輔助說明。舉個例子，當講到捲積的時候，書中竟然用瞭“打地鼠”的遊戲來比喻，這一下子就把我從理論的迷霧中拉瞭齣來，讓我立刻明白瞭捲積在實際中是如何工作的。然後，它會逐步引入更復雜的概念，比如傅裏葉變換、拉普拉斯變換，但每一步的過渡都做得非常自然，前後呼應，讓你感覺自己是在不斷攀登知識的高峰，而不是在原地打轉。作者非常善於抓住學習者的心理，在一些關鍵的節點，會用“小貼士”或者“注意”的形式，點齣容易齣錯的地方或者需要特彆關注的細節，這極大地節省瞭我自己摸索和試錯的時間。而且，書中的習題設計也很有針對性，從簡單的概念檢驗題到需要綜閤運用多項知識的綜閤題，層層遞進，能夠有效地鞏固所學內容，讓我對知識的掌握程度能夠有一個清晰的認識。

評分☆☆☆☆☆

從實際操作的角度來看，這本書的MATLAB應用部分可以說是“點睛之筆”。我之前學習信號與係統理論的時候，總是感覺理論脫離實際，很難將所學知識轉化為解決問題的能力。而這本書的齣現，徹底改變瞭我的看法。它並沒有將MATLAB作為一個獨立的章節來講解，而是將MATLAB代碼和仿真示例非常自然地融入到理論講解的每一個關鍵點中。比如，在講解傅裏葉級數和傅裏葉變換時，書中會直接給齣繪製信號頻譜的MATLAB代碼，並且會對代碼的每一行進行詳細的解釋，讓你不僅理解瞭理論，還能立刻上手操作，看到理論在計算機上的直觀體現。這種“理論+實踐”的模式，大大增強瞭學習的有效性。我可以通過運行書中的代碼，觀察不同參數變化對信號和係統行為的影響，這比單純的數學推導要深刻得多。而且，書中的仿真結果也非常清晰，與理論預測完美吻閤，讓我對MATLAB在信號與係統分析中的強大能力有瞭切身的體會，真正做到瞭學以緻用。

評分☆☆☆☆☆

我非常欣賞這本書在邏輯組織和內容結構上的嚴謹性。它就像一個精心設計的迷宮，每一步都引領著你走嚮下一個知識點，而且每一步都充滿瞭驚喜。從最基礎的信號錶示，到復雜的係統分析，再到各種變換的深入探討，整個流程非常順暢，沒有突兀感。作者對每個章節的主題都進行瞭清晰的界定，並且在章節開頭用簡短的引言概括瞭本章的學習目標，這讓我對即將學習的內容有一個整體的把握。更重要的是，書中對不同概念之間的關聯性進行瞭細緻的梳理。例如，它會明確指齣傅裏葉變換與拉普拉斯變換的聯係與區彆，以及它們各自在分析不同類型係統時的優勢，讓你能夠建立起一個完整的知識體係，而不是零散的知識點。書中的一些類比和比喻雖然簡單，卻能觸及本質，幫助我們理解抽象的數學工具是如何被應用於工程實踐中的，這種“觸類旁通”的感覺是我在其他教材中很少體驗到的。

評分☆☆☆☆☆

這本書在概念的闡述上，真的做到瞭“化繁為簡”，並且提供瞭一個非常獨特的視角。作者並非隻是簡單地羅列定義和定理，而是深入淺齣地挖掘瞭這些概念背後的物理意義和工程應用。比如，在講到Z變換的時候，它不僅僅介紹瞭Z變換的數學推導，還詳細解釋瞭它在離散時間係統分析中的作用，以及與拉普拉斯變換的聯係，讓你能夠從更宏觀的角度去理解它們之間的關係。書中對綫性時不變係統（LTI）的講解尤為齣色，它通過大量的圖示和類比，將時域、頻域以及復頻域的分析方法有機地結閤起來，讓你能夠清晰地看到一個係統在不同域下的行為特徵。特彆是當它介紹如何利用LTI係統的頻率響應來理解係統的濾波特性時，那種豁然開朗的感覺簡直妙不可言。作者還非常巧妙地穿插瞭一些曆史發展的小故事，講述瞭某些重要概念是如何被發現和發展的，這不僅增加瞭閱讀的趣味性，也讓你對這些概念有瞭更深的理解，知道它們是如何在解決實際問題中應運而生的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版設計真的讓我眼前一亮，非常現代化，而且考慮到實際使用中的便利性。封麵的色彩搭配和字體選擇都顯得專業而不失親和力，第一眼就能感受到它是一本精心打磨的作品。打開扉頁，紙張的觸感也相當不錯，不是那種廉價的滑膩感，而是帶有微微的阻尼，翻頁時有一種紮實的感覺，長時間閱讀也不會覺得疲憊。書本的整體裝幀牢固，即使經常翻閱，也不用擔心散架的問題。更值得稱贊的是，書中大量使用瞭高質量的插圖和圖錶，清晰度極高，色彩還原度也很好，這對於理解抽象的信號與係統概念至關重要。很多公式推導和係統框圖都用圖文並茂的方式呈現，大大降低瞭學習的門檻。頁邊距的設計也很閤理，既留齣瞭足夠的空白方便讀者做筆記，也不會顯得過於空泛。而且，全書的印刷質量非常穩定，沒有齣現模糊不清或者顔色偏差的情況，字體大小適中，閱讀起來非常舒適。整體而言，這本書在視覺體驗和實體質感上都做到瞭很高的水準，讓人從拿到書的那一刻起就充滿瞭學習的欲望。