《普通高等教育“十一五”國家級規劃教材·電子信息科學與工程類專業精品教材:信號與系統(第3版)》根據教育部高等學校電子信息科學與電氣信息類基礎課程教學指導分委員會制定的“信號與系統課程教學基本要求”修訂的。全書內容共9章:信號與系統的基本概念;連續系統時域分析;連續信號頻域分析;連續系統頻域分析;連續系統復頻域分析;復頻域系統函數與系統模擬;離散信號與系統時域分析;離散信號與系統Z域分析;狀態變量法。
《普通高等教育“十一五”國家級規劃教材·電子信息科學與工程類專業精品教材:信號與系統(第3版)》可作為普通高等學校電子信息科學與工程類專業、自動化專業、電氣工程及其自動化專業、計算機科學與技術專業的本科生“信號與系統”課程的教材,也可供其他專業選用和工程技術人員參考。
“信號與系統”課程是電子、通信、計算機、自動控制、信息處理等專業方向的重要技術基礎課之一。它主要研究信號與系統分析的基本理論與方法,在教學計劃中起著承前啟后的作用。本課程以工程數學和電路分析為基礎,同時又是后續的技術基礎課和專業課的基礎,是學生合理知識結構中的重要組成部分,在發展智力、培養能力和良好的非智力素質方面,均起著極為重要的作用。
為適應提高教學質量的需要,我們根據教育部高等學校電子信息科學與電氣信息類基礎課程教學指導分委員會制定的“信號與系統課程教學基本要求”編寫,在總結多年教學實踐的基礎上,編寫成本教材。編寫中考慮了以下特點:
貫徹“打好基礎,精選內容,逐步更新,利于教學”的原則,使本書能成為一本教師好教,學生好學,有一定深度、新度和廣度的基本教材。
提高起點,處理好與高等數學、工程數學、電路分析基礎等課程的分工、銜接與配合。對學生已學過的內容原則上不再重復,必要時只簡要提及或直接引用其結論,并注重物理意義的闡述與工程應用。
重視教學法,循序漸進,遵循學生接受知識的規律。在教材體系上采用先信號后系統,先連續后離散,先時域后換域,先輸入輸出法后狀態變量法,同時加強理論與實際的結合
。堅持傳授知識、發展智力與培養能力相統一的教學原則,在內容組織、習題選取方面注重學生思維能力、分析解決問題能力的培養,培養良好的非智力素質、嚴謹的科學作風與治學態度。
在編寫中,努力做到:物理語言描述與數學語言描述并重;信號分析與系統分析并重;輸入輸出法與狀態變量法并重;時域分析法與變換域分析法并重;連續時間系統與離散時間系統并重;學理論、做習題與做實驗并重。
本教材由段哲民、嚴家明、李輝、李宏、馮曉毅和范世貴等編寫。其中段哲民提出編寫提綱,編寫了第1章,并完成全部教材的統稿;馮曉毅編寫了第2章、第9章;李宏編寫了第3章、第4章;李輝編寫了第5章、第6章;嚴家明編寫了第7章、第8章,范世貴參加了前言和部分章節內容的編寫。此外,周巍、孫偉參加了部分習題選做工作。
本教材之所以列為“普通高等教育‘十一五’國家規劃教材”,得益于由段哲民、范世貴之前編寫的《信號與系統》,這部教材自出版以來深受讀者的青睞,在十多年的教學實踐中起到了重要作用。因此,特向參加這部教材編寫的所有人員表示衷心感謝。
此外本教材的編寫得到了西北工業大學電子信息學院的支持與指導;電子科學與技術系王淑敏教授、楊雨奇、朱巖、蔣雯、胡紅旗、尹熙鵬等給予了熱情幫助和支持。在此均深表感謝。
由于水平有限,不妥之處難免,敬請指導。
第1章 信號與系統的基本概念
1.1 信號的描述與分類
1.1.1 信號的描述
1.1.2 信號的分類
1.2 常用的連續時間信號及其時域特性
1.3 連續時間信號時域變換與運算
1.3.1 信號時域變換
1.3.2 時域運算
1.4 系統的定義與分類
1.4.1 系統的定義
1.4.2 系統的分類
1.5 線性時不變系統的性質
1.5.1 齊次性
1.5.2 疊加性
1.5.3 線性
1.5.4 時不變性
1.5.5 微分性
1.5.6 積分性
1.6 線性系統分析概論
習題1
第2章 連續系統時域分析
2.1 經典時域分析方法
2.1.1 系統的微分方程
2.1.2 微分方程的求解
2.2 微分方程的微分算子表示
2.3 零輸入響應與零狀態響應
2.3.1 零輸入響應與零狀態響應的求解
2.3.2 零輸入響應的傳輸算子求解法
2.3.3 系統響應的線性特性分析
2.4 系統的沖激響應與階躍響應
2.4.1 沖激響應與階躍響應的定義
2.4.2 沖激響應的求解
2.4.3 階躍響應的求解
2.5 卷積積分
2.5.1 卷積積分的定義
2.5.2 卷積積分上下限的討論
2.5.3 卷積積分的圖形解釋
2.5.4 卷積積分的運算規律
2.5.5 卷積積分的主要性質
2.5.6 常用的卷積積分表
2.6 求系統零狀態響應的卷積積分法
2.7 卷積積分的數值計算
習題2
第3章 連續信號頻域分析
3.1 引言
3.2 LTI系統對復指數信號的響應
3.3 信號的完備正交函數集表示
3.3.1 正交矢量
3.3.2 正交函數與正交函數集
3.3.3 完備正交函數集
3.3.4 常見的完備正交函數集
3.4 連續時間周期信號的傅里葉級數表示
3.4.1 三角函數表示式
3.4.2 指數形式
3.4.3 傅里葉級數的收斂
3.4.4 周期信號的對稱性與傅里葉系數的關系
3.4.5 傅里葉級數的性質
3.5 周期信號的頻譜
3.5.1 周期信號的頻譜
3.5.2 周期信號的有效頻譜寬度
3.5.3 周期信號頻譜與周期T的關系
3.5.4 周期信號的功率譜
3.6 非周期信號的頻譜
3.6.1 非周期信號的頻譜函數
3.6.2 傅里葉變換
3.6.3 傅里葉變換的存在條件
3.6.4 典型信號的頻譜函數
3.7 傅里葉變換的基本性質
3.7.1 線性
3.7.2 對稱性
3.7.3 折疊性
3.7.4 尺度變換性
3.7.5 時移性
3.7.6 頻移性
3.7.7 時域微分性
3.7.8 頻域微分性
3.7.9 時域積分性
3.7.1 0頻域積分性
3.7.1 1時域卷積定理
3.7.1 2頻域卷積定理
3.7.1 3帕塞瓦爾定理
3.7.1 4奇偶虛實性
3.8 周期信號的傅里葉變換
3.8.1 復指數信號的傅里葉變換
3.8.2 余弦、正弦信號的傅里葉變換
3.8.3 單位沖激序列δT(t)的傅里葉變換
3.8.4 一般周期信號的傅里葉變換
3.9 功率譜與能量譜
3.9.1 功率頻譜
3.9.2 能量頻譜
習題3
第4章 連續系統頻域分析
4.1 引言
4.2 系統對非正弦周期信號的響應
4.2.1 基本信號ejωt?通過線性系統
4.2.2 正弦信號通過線性系統
4.3 系統對非周期信號的響應
4.4 頻域系統函數
4.4.1 定義
4.4.2 H(jω)的物理意義
4.4.3 H(jω)的求法
4.4.4 系統頻率特性
4.4.5 應用舉例
4.5 信號傳輸失真及無失真傳輸條件
4.5.1 信號傳輸失真
4.5.2 信號無失真傳輸及其條件
4.5.3 群時延
4.5.4 信號失真的類型
4.6 理想低通濾波器及其響應
4.6.1 理想低通濾波器及其頻率特性
4.6.2 理想低通濾波器的沖激響應
4.6.3 理想低通濾波器的階躍響應
4.6.4 理想低通濾波器的矩形脈沖響應
4.6.5 系統的物理可實現性及佩利-維納準則
4.7 抽樣信號與抽樣定理
4.7.1 限帶信號和抽樣信號
4.7.2 抽樣信號fs(t)的頻譜
4.7.3 時域抽樣定理
4.7.4 頻域抽樣定理
4.8 調制與解調
4.8.1 調制
4.8.2 解調
4.8.3 調幅信號作用于線性系統
習題4
第5章 連續系統的復頻域分析
5.1 拉普拉斯變換
5.1.1 從傅里葉變換到拉普拉斯變換
5.1.2 拉普拉斯變換存在的條件與收斂域
5.1.3 拉普拉斯變換的基本性質
5.1.4 拉普拉斯反變換
5.2 基爾霍夫定律與電路元件的復頻域形式
5.2.1 基爾霍夫定律的復頻域形式
5.2.2 電路元件伏安關系的復頻域形式
5.2.3 復頻域形式的歐姆定律
5.3 線性系統復頻域分析法
5.4 拉普拉斯變換與傅里葉變換的關系
習題5
第6章 復頻域系統函數與系統模擬
6.1 復頻域系統函數及其零、極點圖
6.1.1 復頻域系統函數
6.1.2 零、極點圖
6.2 系統函數的應用
6.2.1 求單位沖激響應h(t)
6.2.2 研究H(s)的零、極點分布對h(t)的影響
6.2.3 根據H(s)的極點分布判斷系統的穩定性
6.2.4 根據H(s)可寫出系統的微分方程
6.2.5 根據給定或求得的系統的初始值,從H(s)的極點求系統的零輸入響應yx(t)
6.2.6 對給定的激勵f(t)求系統的零
……