《信號與系統(第3版)》全面系統地論述了信號與系統分析基礎理論。全書分兩篇共12章,第1章到第5章為信號篇,內容包括信號分析的基礎知識,信號線性變換(傅里葉變換、拉普拉斯變換和z變換)和快速傅里葉變換等;第6章到第12章為系統篇,主要包括連續系統和離散系統的分析方法(時域法和變換域法)、系統的狀態變量分析法及使用MATLAB對信號與系統的分析。每章都有一定數量的習題,書后給出參考答案!缎盘柵c系統(第3版)》可以作為通信工程、電子信息工程、電氣工程及自動化、計算機科學與技術等專業本科生的教材或教學參考書,也可供有關專業師生和科技人員自學參考。
“信號與系統”是電子信息學科相關專業的一門主要技術基礎課,對通信工程、電子信息工程、電氣工程及自動化、計算機科學與技術等理工科大學生的知識、能力和綜合素質的培養有著重要和深刻的影響,在躍升高學位的本科生的知識構成中具有不可替代的作用。
“信號與系統”的特點,首先是理論性比較強,這也是本課程地位和重要性的一個佐證。學生必須認識到這一點,在學習中是不能回避的。只有做到對課程中主要物理概念和數學概念的深刻理解,才能進入課程的自由天地。
目前,本課程國內教材的普遍結構是以系統分析為主線,并在各章中插入有關信號部分的內容。為了加強信號分析和系統分析二者的完整性和系統性,本書將此結構做了改變,把有關信號的內容集中放在前5章,而將系統分析內容集中在后面。全書分為兩篇共12章,其中信號篇內容包括信號分析的基礎知識、信號的線性變換(傅里葉變換,拉普拉斯變換和Z變換)和信號相關分析原理等;系統篇主要內容是連續系統和離散系統的分析方法,包括時域法和變換域法,DFT在離散系統分析中的應用,以及系統的狀態變量分析法。每章都配有一定數量的習題,并在書后給出了參考答案。
現代科學技術的不斷發展和進步,也在一定程度上反映到本課程教與學的各個方面。本教材第1、2版在哈爾濱工業大學出版社出版,歷經過18年使用和11次印刷。本次第3版是在前兩版教材使用的基礎上,聽取同行專家和廣大讀者的意見修訂而成的。具體內容做了如下改動。
。1) 將原第5章信號相關分析的內容按時域或頻域分別作為第1章和第2章的相應部分。
。2) 將原第11章快速傅里葉變換變為第5章,并在內容上做了精簡。
(3) 對拉普拉斯變換的終值定理,在敘述上做些變動,并增加了例題。
。4) 為提高教學效率,使學生適應計算機環境,增加了運用MATLAB分析信號與系統的一章內容。
。5) 關于第1章中討論的復變函數的正交條件,為簡化正文篇幅,將其作為附錄,放在書后。
本書可作為通信工程、電子工程、信息處理、電子儀器與測量和衛星工程等專業本科生的教科書。對其他需要開設本課的專業(如計算機、自動控制、機電等),根據其不同深度的要求可以選學書中的某些內容。建議做如下兩種內容編排:(1)學習第1、2、3、4、6、7、8、9、10章;(2)只學習第1、2、3、6、7、8章,不涉及離散信號與系統的內容。
本書由王寶祥主編,參加編寫的有張曄、胡航、李紹濱、陳靜、賈曉光、李玉萍等。書中有關MATLAB部分的前期準備和文字編寫均由陳靜完成。
本教材此次出版得到學校相關部門同仁的支持和幫助,特向他們表示衷心的感謝。
限于作者水平,書中問題和不妥之處難免,懇請讀者給予批評指正。請使用如下電子郵件地址聯系。
信號篇——信號分析與變換
第1章 信號分析的理論基礎
1.1 引言
1.2 信號的分類
1.3 信號的基函數表示法
1.4 正交函數
1.4.1 正交矢量
1.4.2 正交函數定義
1.4.3 正交函數集
1.4.4 完備正交函數集
1.5 奇異函數
1.5.1 單位斜坡函數
1.5.2 單位階躍函數
1.5.3 單位沖激函數
1.5.4 單位沖激偶
1.6 信號的時域分解與變換
1.6.1 任意函數表示為階躍函數之和
1.6.2 任意函數表示為沖激函數之和
1.6.3 信號的時域變換
1.7 離散時間信號——序列
1.8 信號的卷積
1.8.1 卷積的計算
1.8.2 卷積的圖解說明
1.8.3 卷積的性質
1.8.4 函數f(t)與沖激函數或階躍函數的卷積
1.8.5 卷積積分的數值計算
1.9 信號的相關
1.9.1 信號的自相關函數
1.9.2 信號的互相關函數
1.9.3 相關與卷積的關系
習題1
第2章 傅里葉變換
2.1 周期信號的頻譜分析——傅里葉級數
2.1.1 三角形式的傅里葉級數
2.1.2 指數傅里葉級數
2.1.3 函數波形的對稱性與傅里葉系數的關系
2.2 典型周期信號的頻譜
2.2.1 周期矩形脈沖信號
2.2.2 常用周期信號
2.3 非周期信號的頻譜分析——傅里葉變換
2.4 典型非周期信號的頻譜
2.5 傅里葉變換的性質
2.6 周期信號的傅里葉變換
2.6.1 正弦、余弦信號的傅里葉變換
2.6.2 周期信號的傅里葉變換
2.7 抽樣信號的頻譜
2.7.1 抽樣信號的頻譜
2.7.2 抽樣定理
2.8 已調信號的頻譜
2.8.1 調幅信號的頻譜
2.8.2 調角信號的頻譜
2.9 信號的能量譜與功率譜
2.9.1 能譜與功率譜
2.9.2 互能量和互能譜
2.9.3 自相關函數與能譜和功率譜的關系
習題2
第3章 拉普拉斯變換
3.1 引言
3.2 拉普拉斯變換定義
3.3 拉普拉斯變換的收斂域
3.4 常用函數的拉普拉斯變換
3.5 拉普拉斯反變換
3.5.1 部分分式展開法
3.5.2 圍線積分法(留數法)
3.6 拉普拉斯變換的基本性質
習題3
第4章 Z變換
4.1 Z變換及其收斂域
4.1.1 Z變換定義
4.1.2 Z變換的收斂域
4.1.3 典型序列的Z變換
4.2 Z反變換
4.2.1 冪級數展開法(長除法)
4.2.2 部分分式展開法
4.2.3 圍線積分法(留數法)
4.3 Z變換的性質
4.4 Z變換與拉普拉斯變換的關系
4.4.1 z平面與s平面的映射關系
4.4.2 Z變換與拉氏變換的關系
4.5 信號線性變換小結
習題4
第5章 離散傅里葉變換
5.1 離散傅里葉級數(DFS)
5.2 離散傅里葉變換(DFT)
5.3 離散傅里葉變換的性質
5.4 離散傅里葉變換與Z變換的關系
5.5 快速傅里葉變換(FFT)
習題5
系統篇——線性系統分析
第6章 連續系統的時域分析
6.1 系統概述
6.1.1 系統的概念
6.1.2 系統的分類
6.1.3 線性非時變系統的基本性質
6.1.4 系統的分析方法
6.2 微分方程的經典解法
6.3 零輸入響應
6.4 沖激響應與階躍響應
6.5 零狀態響應
習題6
第7章 連續系統的頻域分析
7.1 傅里葉變換分析法
7.1.1 頻域分析原理
7.1.2 非周期信號激勵下系統的響應
7.1.3 周期信號激勵下系統的響應7.2 無失真傳輸條件
7.3 理想低通濾波器
7.3.1 理想低通濾波器的沖激響應
7.3.2 理想低通濾波器的階躍響應
習題7
第8章 連續系統的復頻域分析
8.1 拉普拉斯變換分析法
8.1.1 復頻域分析原理
8.1.2 零狀態響應
8.1.3 零輸入響應
8.1.4 積分微分方程的拉普拉斯變換解法
8.2 系統函數的表示法
8.3 極點零點分布與時域響應特性
8.4 極點零點分布與系統頻率特性
8.5 波特圖
8.6 線性系統的模擬
8.7 信號流圖
習題8
第9章 離散系統的時域分析
9.1 引言
9.2 離散系統的描述和模擬
9.2.1 離散系統的描述——差分方程
9.2.2 離散時間系統的模擬
9.3 差分方程的經典解法
9.4 零輸入響應和零狀態響應
9.4.1 零輸入響應
9.4.2 零狀態響應
習題9
第10章 離散系統的Z域分析
10.1 離散系統的Z變換分析法
10.1.1 零輸入響應
10.1.2 零狀態響應
10.1.3 全響應
10.2 離散系統的系統函數
10.3 離散系統的頻率響應
10.3.1 序列的傅里葉變換
10.3.2 頻率響應特性
10.3.3 頻率特性的幾何表示法
習題10
第11章系統的狀態變量分析法
11.1 引言
11.2 狀態方程的建立
11.2.1 連續系統狀態方程的建立
11.2.2 離散系統狀態方程的建立
11.3 連續系統狀態方程的解法
11.3.1 矩陣指數函數eAt
11.3.2 矢量微分方程的解法
11.3.3 矩陣指數eAt的計算
11.3.4 狀態方程的拉普拉斯解法
11.4 離散系統狀態方程的解法
11.4.1 矢量差分方程的解法
11.4.2 An的計算
11.4.3 狀態方程的Z變換解法
11.5 系統的可控性和可觀性
11.5.1 系統的可控性
11.5.2 系統的可觀性
習題11
第12章 運用MATLAB分析信號與系統
12.1 MATLAB簡介
12.2 運用MATLAB顯示和分析信號波形
12.2.1 用MATLAB編程獲取信號和顯示信號波形
12.2.2 用MATLAB工具箱函數獲取信號
12.2.3 利用MATLAB圖形界面工具(SPTool)生成信號和觀察信號波形
12.3 運用MATLAB顯示和分析信號的頻譜
12.4 運用MATLAB求解和分析線性時不變系統
12.4.1 求解和分析由單輸入-單輸出法描述的線性時不變系統
12.4.2 求解和分析由狀態變量法描述的線性時不變系統
習題12
附錄A常用周期信號的傅里葉級數表
附錄B常用信號的傅里葉變換表
B.1 功率信號的傅里葉變換
B.2 能量信號的傅里葉變換
附錄C常用數學表
附錄D復函數的正交條件
習題答案
參考文獻
自20世紀初開始,摧毀或破壞為軍事力量提供支持的通信、供給和經濟基礎設施便成為一條重要的軍事原則,被認為同攻擊軍事力量幾乎同等重要,這是各國大力保護關鍵基礎設施的根本原因。傳統上,各國的關鍵基礎設施一般處于對手能夠作用到的物理范圍之外,而信息時代的到來則為其潛在對手提供了全新的選擇,使其基礎設施正處在若干年前看起來還遙不可及的攻擊方式的危險之中。導致這一情況出現的根本原因,是信息安全攻擊與防御的非對稱性。
1.攻防技術非對稱信息技術屬于高科技技術,但大量自動化攻擊工具的出現,已經使得入侵網絡與信息系統的門檻降到極低。操作系統、應用軟件不可避免地存在大量漏洞,雖然根據業界的規則,在補丁程序發布之前,漏洞信息不會事先公布于眾,但由于很多網絡與信息系統疏于及時更新補丁程序,導致這些網絡與信息系統存在巨大的安全脆弱性。網絡的全球互聯特點,使這些安全脆弱性完全對全球開放。針對已知的系統漏洞以及用戶的一些不良使用習慣(如隨意下載來歷不明的軟件、口令過于簡單等),攻擊者們開發了很多強有力的攻擊工具,并通過互聯網廣泛傳播。這些工具使用方便,且往往伴有詳細的攻擊教程,甚至只掌握初級計算機應用水平的人,都可以依靠這些工具完成復雜的攻擊行動。對于某些功能特別強大的攻擊軟件,則有人明碼標價公開出售。甚至有攻擊者在使用木馬程序控制別人計算機后(受害主機俗稱“肉雞”)出售對計算機的控制權。
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