在信號分析方面主要講解連續(xù)和離散信號分析的基本理論和方法，內(nèi)容包括：連續(xù)和離散信號的運(yùn)算，連續(xù)周期信號的傅立葉級數(shù)，連續(xù)非周期信號的傅立葉變換、連續(xù)信號的拉普拉斯變換、離散信號(序列)的z變換等。在系統(tǒng)分析方面，主要講解連續(xù)及離散系統(tǒng)的各種描述方法，包括：連續(xù)系統(tǒng)微分方程的建立、離散系統(tǒng)差分方程的建立，系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)的概念及其計算。在分析方法應(yīng)用方面，則主要涉及卷積積分、卷積和以及傅立葉級數(shù)、傅立葉變換、拉普拉斯變換、z變換等方法求解線性系統(tǒng)等內(nèi)容。
第1 版自2013 年出版以來, 先后印刷了4 次, 其間, 作者經(jīng)過廣泛調(diào)研, 從使用第1版的教師、學(xué)生(含備考研究生的高年級學(xué)生)和同行專家處得到許多意見和建議, 在此基礎(chǔ)上, 結(jié)合多年來作者在教學(xué)實(shí)踐中的體會, 對第1 版進(jìn)行了補(bǔ)充和修訂。
本書沿襲第1 版的風(fēng)格和組織架構(gòu)。但與第1 版相比, 本書在保留原有特色的基礎(chǔ)上強(qiáng)化了系統(tǒng)方程(微分和差分方程)、圖(方框圖和仿真框圖)與系統(tǒng)傳遞函數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系,突出了它們與變換域系統(tǒng)響應(yīng)的關(guān)系。特別是針對第1 版中的特色內(nèi)容“ 應(yīng)用示例及MATLAB 實(shí)踐”, 通過引入不同領(lǐng)域且具有實(shí)際應(yīng)用背景的真實(shí)數(shù)據(jù)以及逼近工程實(shí)際問題的應(yīng)用案例, 強(qiáng)化了物理概念、應(yīng)用數(shù)學(xué)和工程背景的深入理解與融合, 使讀者在處理多域(時/ 頻/ s / z 域)問題時思路清晰, 能夠自由地從一個域轉(zhuǎn)換到另一個域。本書主要修訂之處如下:第1 章, 根據(jù)讀者的反饋意見, 對本章內(nèi)容進(jìn)行了重新組織, 刪減了概括性的介紹內(nèi)容, 重寫了1. 1 節(jié)和1. 2 節(jié), 重點(diǎn)介紹了信號的軟件算法生成以及系統(tǒng)建模的概念。
第2 章, 本章的核心是信號的建模和系統(tǒng)微分方程的解算。根據(jù)教學(xué)中的反饋, 對本章部分內(nèi)容進(jìn)行了重新組織, 全面更新了應(yīng)用示例及MATLAB 實(shí)踐一節(jié)的內(nèi)容。特別針對常微分方程的標(biāo)準(zhǔn)求解問題, 通過引入算法仿真的概念和基本的MATLAB 程序代碼, 給讀者展示了基于先進(jìn)計算軟件進(jìn)行物理信息系統(tǒng)建模機(jī)理的探索及方程解算器的調(diào)用技術(shù); 同時針對一般常微分方程的解析求解問題, 則通過介紹MATLAB 符號運(yùn)算的基本概念和基本編程技術(shù), 以期幫助讀者建立機(jī)器推理的概念。
第4 章, 為突出信號與系統(tǒng)的譜分析, 對本章相關(guān)章節(jié)進(jìn)行了刪減重組, 增加了“信號與系統(tǒng)的傅里葉分析”一節(jié)。另外針對傅里葉分析的應(yīng)用難點(diǎn), 通過引進(jìn)全新的案例全面改寫和更新了應(yīng)用示例及MATLAB 實(shí)踐一節(jié)。
第5 章, 通過對相關(guān)章節(jié)的增刪重組, 進(jìn)一步強(qiáng)化了5. 9 節(jié), 即電氣系統(tǒng)與機(jī)電系統(tǒng)相似性的介紹。更新了5. 11 節(jié)(應(yīng)用示例及MATLAB 實(shí)踐)的部分內(nèi)容, 增加了基于MATLAB符號運(yùn)算的微分方程變換域應(yīng)用案例。
第6 章, 通過對相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容調(diào)整, 新獨(dú)立出兩節(jié), 更新了應(yīng)用示例及MATLAB 實(shí)踐一節(jié), 增加了太陽黑子活動周期分析的應(yīng)用案例。
本書保留了第1 版的大部分習(xí)題, 補(bǔ)充了一些新習(xí)題, 并在每章習(xí)題頁附加參考答案的二維碼, 供讀者掃碼閱讀。
本書的修訂得益于許多使用第1 版的教師、選修該課程的學(xué)生、備考研究生的高年級學(xué)生以及廣大讀者的意見和建議。另外, 本書的一些新觀點(diǎn)和新思想則來源于與加拿大Carleton 大學(xué)的Fei. Richard Yu 教授的科研合作和范圍廣泛的研討。研究生劉碩、楊磊、楊旭月、國珉、陳雅雯和畢瑞琪等修改整理了書中部分應(yīng)用案例, 畢瑞琪對全書的習(xí)題部分進(jìn)行了系統(tǒng)的整理和補(bǔ)充。在此一并致謝!Ⅳ “信號與系統(tǒng)”是電子、電氣工程領(lǐng)域的重要技術(shù)基礎(chǔ)課, 主要研究信號分析與系統(tǒng)分析的基本理論、基本方法與應(yīng)用。然而, 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展, 原本以“電”為核心的內(nèi)容架構(gòu)正面臨著機(jī)電工程與信號處理技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的滲透與融合。例如, 傳統(tǒng)上信號與系統(tǒng)側(cè)重于對電系統(tǒng)及其應(yīng)用的討論, 往往先研究連續(xù)時間信號與系統(tǒng)模型, 繼而討論離散時間信號與系統(tǒng)模型。但如今, 電子、電氣工程專業(yè)的畢業(yè)生, 卻更有可能從事軟件編程或者數(shù)字組網(wǎng), 而不是單純的電路分析工作。這就意味著信號與系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)于無線通信系統(tǒng)、微機(jī)電系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)儀器、計算機(jī)組網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)以及流媒體信息處理等系統(tǒng)中存在的共性問題, 當(dāng)然也包括解決電路系統(tǒng)問題。
本書基于工程數(shù)學(xué)和電路分析, 涉及連續(xù)時間和離散時間信號與系統(tǒng)、傅里葉級數(shù)、傅里葉變換、拉普拉斯變換和z 變換等經(jīng)典內(nèi)容。通過對時域、頻域重要概念及其時-頻轉(zhuǎn)換關(guān)系的討論, 希望讀者掌握變換和濾波的基本原理, 并能夠在時域和頻域中進(jìn)行自由的轉(zhuǎn)換。
關(guān)于讀者本書要求讀者對初等微積分和復(fù)變函數(shù)有一定的了解, 對矩陣代數(shù)也有初步的認(rèn)識。
本書的組成全書共6 章。其中, 第1 章討論信號與系統(tǒng)中的基本概念; 第2 章討論連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的一般特性及其建模方法; 第3 章討論離散時間信號與系統(tǒng)的一般特性及其建模方法;第4 章介紹連續(xù)時間信號的譜分析; 第5 章是對連續(xù)時間線性時不變系統(tǒng)的變換域分析; 第6 章是對離散時間線性時不變系統(tǒng)的變換域分析。
本書的使用本書一方面可作為普通大專院校“信號與系統(tǒng)”課程的教科書, 另一方面也能夠成為多學(xué)科工程技術(shù)人員的基礎(chǔ)參考書。作為教科書, 它首先面向IT 類(包括電子、電氣)專業(yè)的學(xué)生; 而作為參考書, 則試圖通過引入具有實(shí)際應(yīng)用背景的真實(shí)數(shù)據(jù)以及逼近工程實(shí)際問題的應(yīng)用例題或獨(dú)立論題來擴(kuò)大視野。
本書各章的例題來源于不同的應(yīng)用領(lǐng)域, 具有較強(qiáng)的工程背景。特別強(qiáng)化了(信號與系統(tǒng)的) 頻域、s 域和z 域的分析, 重點(diǎn)突出了系統(tǒng)的頻率特性和傳遞函數(shù)的概念及其應(yīng)用。
對于離散信號與系統(tǒng), 加強(qiáng)了雙邊z 變換與非因果系統(tǒng)的分析。
本書的特點(diǎn)與同類教材相比, 本書具有如下特點(diǎn):● 本書注重物理概念和應(yīng)用背景的理
第2 版前言
第1 版前言
第1 章 概述 1
1. 1 信號 1
1. 2 系統(tǒng) 10
1. 3 關(guān)于MATLAB 的說明 15
第2 章 連續(xù)時間信號與系統(tǒng) 17
2. 1 信號的基本運(yùn)算 17
2. 2 信號的特性 22
2. 3 奇異函數(shù)族 28
2. 4 常用工程信號 38
2. 5 信號的廣義傅里葉級數(shù)描述 42
2. 6 連續(xù)時間系統(tǒng) 49
2. 7 連續(xù)時間系統(tǒng)的特性 54
2. 8 卷積積分 63
2. 9 卷積積分的性質(zhì) 71
2. 10 LTI 系統(tǒng)的微分方程描述 74
2. 11 LTI 微分方程的求解 76
2. 12 微分方程系統(tǒng)的特性 86
2. 13 系統(tǒng)的圖形化建模與仿真 91
2. 14 LTI 系統(tǒng)的狀態(tài)變量描述 96
2. 15 應(yīng)用示例及MATLAB 實(shí)踐 104
習(xí)題 113
第3 章 離散時間信號與系統(tǒng) 123
3. 1 離散時間序列 123
3. 2 序列的運(yùn)算 134
3. 3 序列的分解與卷積和 140
3. 4 序列的相關(guān)性 146
3. 5 卷積和與單位樣值響應(yīng) 152
3. 6 離散時間系統(tǒng) 158
3. 7 差分方程 165
3. 8 差分方程系統(tǒng)的特征 173
3. 9 數(shù)字濾波器 176
3. 10 應(yīng)用示例及MATLAB 實(shí)踐 181
習(xí)題 190
第4 章 傅里葉分析 198
4. 1 三角函數(shù)系 198
4. 2 傅里葉級數(shù) 203
4. 3 傅里葉系數(shù)的對稱性 211
4. 4 吉布斯現(xiàn)象 216
4. 5 傅里葉級數(shù)的收斂條件 218
4. 6 頻譜的概念 219
4. 7 傅里葉級數(shù)的性質(zhì) 226
4. 8 從傅里葉級數(shù)到傅里葉變換 235
4. 9 傅里葉變換與傅里葉級數(shù)的比較 242
4. 10 傅里葉變換的性質(zhì) 246
4. 11 廣義傅里葉變換 267
4. 12 傅里葉逆變換 272
4. 13 信號的采樣和重構(gòu) 274
4. 14 信號與系統(tǒng)的傅里葉分析 283
4. 15 應(yīng)用示例及MATLAB 實(shí)踐 297
習(xí)題 308
第5 章 拉普拉斯變換與傳遞函數(shù)
描述 319
5. 1 拉普拉斯變換 319
5. 2 收斂域及其性質(zhì) 322
5. 3 單邊拉普拉斯變換及其性質(zhì) 328
5. 4 拉普拉斯逆變換 341
5. 5 求解含初始條件的微分方程 347
5. 6 傳遞函數(shù)與單位沖激響應(yīng) 349
5. 7 系統(tǒng)的響應(yīng) 353
5. 8 電路的傳遞函數(shù) 358
5. 9 電氣系統(tǒng)與機(jī)電系統(tǒng)的相似性 363
5. 10 LTI 系統(tǒng)的性質(zhì)和框圖描述 367
5. 11 應(yīng)用示例及MATLAB 實(shí)踐 374
習(xí)題 382
第6 章 z 變換 392
Ⅶ
6. 1 雙邊z 變換及其收斂域 392
6. 2 雙邊z 變換的性質(zhì)及綜合應(yīng)用 400
6. 3 零點(diǎn)、極點(diǎn)和z 平面 408
6. 4 逆z 變換 412
6. 5 極點(diǎn)位置和序列的形式 424
6. 6 傳遞函數(shù) 428
6. 7 系統(tǒng)的響應(yīng) 435
6. 8 頻率響應(yīng)函數(shù) 439
6. 9 單邊z 變換 440
6. 10 系統(tǒng)方程與z 變換解 445
6. 11 系統(tǒng)的框圖與仿真 448
6. 12 應(yīng)用示例及MATLAB 實(shí)踐 454
習(xí)題 464
附錄 475
附錄A 傅里葉變換及其性質(zhì) 475
附錄B 拉普拉斯變換及其性質(zhì) 477
附錄C z 變換及其性質(zhì) 479
參考文獻(xiàn) 481
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