內容簡介
《信號與綫性係統(第2版)》是根據教育部頒布的高等工業學校“信號與係統課程教學基本要求”編寫的。全書內容共九章:信號與係統的基本概念;連續係統時域分析;連續信號頻域分析;連續係統頻域分析;連續係統s域分析;s域係統函數與係統s域模擬;離散信號與係統時域分析;離散信號與係統z域分析;狀態變量法。每章後有習題。書後有兩個附錄。
《信號與綫性係統(第2版)》可作為高等工業學校電子、通信、自動化、自控、計算機、信號檢測、電力等專業的本科、高職、大專學生信號與係統課程的教材,也可供其他專業選用和工程技術人員參考。
內頁插圖
目錄
第一章 信號與係統的基本概念
1.1 信號的定義與分類
1.2 基本的連續信號及其時域特性
1.3 信號時域變換
1.4 信號時域運算
*1.5 信號時域分解
1.6 係統的定義與分類
1.7 綫性時不變係統的性質
1.8 綫性係統分析概論
習題
第二章 連續係統時域分析
2.1 連續係統的數學模型——微分方程與傳輸算子
*2.2 係統微分方程的解——係統的全響應
2.3 係統的零輸入響應及其求解
2.4 係統的單位衝激響應與單位階躍響應及其求解
2.5 捲積積分
2.6 求係統零狀態響應的捲積積分法
2.7 求係統全響應的零狀態一零輸入法
2.8 連續係統的時域模擬與框圖
習題二
第三章 連續信號頻域分析
3.1 非正弦周期函數展開成傅裏葉級數
3.2 非正弦周期信號的頻譜
3.3 非周期信號的頻譜
3.4 傅裏葉變換的性質
3.5 周期信號的傅裏葉變換
*3.6 功率信號與功率譜、能量信號與能量譜
習題三
第四章 連續係統頻域分析
4,1頻域係統函數
4.2 非周期信號激勵下係統的零狀態響應及其求解
4.3 無失真傳輸及其條件
4.4 理想低通濾波器及其響應特性
4.5 調製與解調係統
4.6 係統的正弦穩態響應及其求解
*4.7 非正弦周期信號激勵下係統的穩態響應!
4.8 抽樣信號與抽樣定理
習題四
第五章 連續係統s域分析
5.1 拉普拉斯變換
5.2 電路基爾霍夫定律的s域形式
5.3 電路元件伏安關係的s域形式
5.4 s域阻抗與s域導納
5.5 連續係統s域分析法
*5.6 用拉普拉斯變換法求解係統的微分方程
習題五
第六章 5域係統函數與係統s域模擬
6.1 s域係統函數
6.2 係統函數的一般錶示式及其零、極點圖
6.3 係統函數H(s)的應用
*6.4 係統的s域模擬圖與框圖
*6.5 係統的信號流圖與梅森公式
6.6 係統的穩定性及其判定
習題六
第七章 離散信號與係統時域分析
7.1 離散信號及其時域特性
7.2 離散係統及其數學模型——差分方程
7.3 綫性時不變離散係統的性質
7.4 離散係統的零輸入響應及其求解
7.5 離散係統的單位序列響應及其求解
7.6 離散係統的零狀態響應及其求解——捲積和法
7.7 求離散係統全響應的零狀態一零輸入法
習題七
第八章 離散信號與係統z域分析
第九章 狀態變量法
附錄
前言/序言
信號與係統課程是電子、通信、計算機、自控、信息處理等專業的重要技術基礎課之一。它主要研究信號與係統分析的基本理論與方法,在教學計劃中起著承前啓後的作用。本課程以工程數學和電路分析為基礎,同時又是後續的技術基礎課和專業課的基礎,是學生閤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麵,均起著極為重要的作用。
本書在編寫中考慮瞭以下的原則和特點:
講究教學法,遵循學生接受知識的規律,深入淺齣,循序漸進。教材的宏觀體係是,先連續,後離散;先信號,後係統;先時域,後變換域;先輸入一輸齣法,後狀態變量法;並自始至終貫徹辯證思維的思想方法,不搞煩瑣哲學與形而上學。
注意瞭堅持傳授知識、發展智力與培養能力相統一的教學原則。在培養能力方麵,著重培養學生的科學思維能力,創新思維能力,分析問題、解決問題的能力,研究問題的方法論。另外,還注意培養學生良好的非智力素質,嚴謹的治學態度和科學工作作風,激勵學生的學習精神。
內容結構上適閤於學生自學,也適閤於教師施教。在微觀結構上努力做到主題突齣,思路清晰,理論與實踐結閤,精選典型例題,以掌握基本理論、基本概念、基本方法和學會應用為目標。
注意瞭與工程數學、電路基礎、數字信號處理、通信原理、自動控製理論等課程的分工與協作,既體現瞭信號與係統課程自身的“相對獨立性”,也體現瞭其“相對服務性”。
適閤於不同層次的學校使用。三類、二類學校的本科可以使用,一類學校的本科也可使用;在篩選一些內容後,高職、大專院校也可使用。在使用的過程中,不會給教師的施教和學生的學習造成睏難,而且被刪減和不講授的內容,還可為學有餘力的學生通過自學掌握,‘以滿足這些學生的個人發展。
努力做到:物理描述與數學描述並重;信號分析與係統分析並重;輸入一輸齣法與狀態變量法並重;時域分析法與變域分析法並重;連續時間係統與離散時間係統並重;學理論、做習題與做實驗並重。
書中標有“*”號的內容不計在計劃學時之內,為選學內容,供學有餘力或有不同專業要求的學生自學,以拓寬知識麵。
西北工業大學齣版社齣版的《信號與係統導教·導學·導考》一書,是與本書配套的教學與學習參考用書,此參考書對本書中的習題全部做瞭解答。
本書的編寫與齣版,得到瞭西北工業大學明德學院和西北工業大學齣版社的支持和幫助;在編寫中參閱瞭大量的國、內外書籍、資料及試題庫試題,編者在此一並謹緻誠摯的謝意。
編者
2006年3月
《信號與綫性係統(第2版)》書籍簡介 《信號與綫性係統(第2版)》是一部深入淺齣、係統性強的經典教材,旨在為讀者構建堅實的信號與係統分析理論基礎。本書麵嚮電子工程、通信工程、自動控製、信號處理以及相關理工科專業的學生和研究人員,旨在幫助他們理解和掌握如何分析和設計各種信號處理和係統控製問題。全書結構清晰,內容豐富,理論闡述嚴謹,同時輔以大量的實例和練習,力求使讀者在理論學習的同時,也能培養解決實際工程問題的能力。 第一部分:信號分析基礎 本書的開篇,我們將從最基本的概念——信號入手。信號是信息的載體,它的形式多種多樣,可以是電信號、聲信號、圖像信號,甚至是更抽象的數據序列。我們將首先區分連續時間信號與離散時間信號,以及周期信號與非周期信號、偶信號與奇信號等基本分類。理解這些基本屬性是後續分析的前提。 接下來,本書將重點介紹幾種重要的信號類型。例如,單位衝激信號(狄拉剋衝激)和單位階躍信號,它們是信號分析中最基礎的構建塊,能夠用來錶示和分析更復雜的信號。傅裏葉級數將被引入,作為一種強大的工具,用於將周期信號分解為一係列不同頻率的正弦和餘弦分量的疊加。這將揭示信號的頻譜特性,使我們能夠從頻率域的角度理解信號。 對於非周期信號,傅裏葉變換將成為核心內容。傅裏葉變換能夠將時域信號轉換為頻域錶示,揭示信號的頻率成分及其強度。我們將詳細介紹傅裏葉變換的性質,如綫性、時移、頻移、捲積性質等,並展示如何利用傅裏葉變換來解決各種信號分析問題,例如信號的濾波、調製和解調。 除瞭傅裏葉分析,拉普拉斯變換也是本書的重要組成部分。拉普拉斯變換能夠處理更廣泛的信號,特彆是包含指數衰減或增長的信號,並且在分析綫性時不變係統時具有天然的優勢。我們將深入探討拉普拉斯變換的定義、收斂域以及各種重要的性質,並通過實例演示如何利用它來求解微分方程,分析係統的暫態響應和穩態響應。 此外,Z變換作為離散時間信號分析的有力工具,也將得到詳細介紹。Z變換與拉普拉斯變換在離散時間領域扮演著相似的角色,它能夠方便地將差分方程轉換為代數方程,簡化離散時間係統的分析。本書將詳細闡述Z變換的定義、性質以及收斂域的概念,並展示如何利用它來分析離散時間係統的穩定性、頻率響應等重要特性。 第二部分:綫性時不變係統(LTI係統) 在建立瞭堅實的信號分析基礎之後,本書將轉嚮對綫性時不變係統(LTI係統)的深入研究。LTI係統在工程領域無處不在,從簡單的濾波器到復雜的通信係統,都屬於LTI係統的範疇。 我們將首先定義LTI係統的基本特性:疊加性和時不變性。疊加性意味著係統的響應與輸入信號的疊加成正比;時不變性則意味著係統的特性不隨時間而改變。這兩個特性使得LTI係統的分析變得相對容易。 本書將重點介紹LTI係統的另一種描述方式——捲積。輸入信號與係統的衝激響應的捲積,恰好等於係統的輸齣信號。因此,衝激響應的獲取和理解成為分析LTI係統的關鍵。我們將詳細講解捲積的計算方法,包括圖解法和解析法,並闡述衝激響應在描述係統特性中的重要作用。 對於連續時間LTI係統,其分析通常涉及微分方程。本書將展示如何利用拉普拉斯變換來求解描述LTI係統的微分方程,從而獲得係統的零輸入響應(暫態響應)和零狀態響應(穩態響應),並進一步分析係統的穩定性。 對於離散時間LTI係統,其分析則主要依賴差分方程。我們將運用Z變換的強大工具,將差分方程轉換為代數方程,求解離散LTI係統的輸齣,並討論離散係統的穩定性。 頻率響應是LTI係統分析的另一個重要方麵。本書將通過傅裏葉變換,深入分析LTI係統在不同頻率下的響應特性,例如增益和相位延遲。理解頻率響應對於設計濾波器、均衡器等信號處理係統至關重要。我們將分析各種濾波器的頻率響應,如低通、高通、帶通和帶阻濾波器,並探討它們在實際應用中的作用。 第三部分:係統分析與應用 在掌握瞭信號和LTI係統的基本分析方法後,本書將進一步拓展到更廣泛的應用領域。 采樣理論: 隨著數字信號處理的興起,將連續時間信號轉換為離散時間信號的采樣過程變得尤為重要。本書將詳細介紹采樣定理,即奈奎斯特-香農采樣定理,闡述采樣率與信號帶寬之間的關係,以及欠采樣可能導緻的混疊現象。我們將探討零階保持器等實際采樣過程中的重要環節,並展示如何通過閤適的采樣策略來準確地重構原始連續時間信號。 狀態空間分析: 對於更復雜的係統,特彆是涉及多輸入多輸齣(MIMO)係統時,傳統的時域或頻域分析方法可能顯得力不從心。狀態空間方法提供瞭一種更通用和強大的分析工具。本書將引入狀態變量的概念,並建立描述LTI係統的狀態方程和輸齣方程。我們將介紹狀態轉移矩陣,並利用它來求解綫性狀態方程,分析係統的可控性和可觀測性。這種方法在現代控製理論和係統工程中扮演著核心角色。 係統穩定性: 係統的穩定性是評價係統性能的關鍵指標。本書將從不同角度探討LTI係統的穩定性。對於連續時間係統,我們將通過拉普拉斯變換的零極點位置來判斷係統的穩定性。對於離散時間係統,我們將通過Z變換的零極點位置來分析係統的穩定性。我們將詳細介紹Routh-Hurwitz判據和Nyquist判據等穩定性判據,並結閤實例分析如何設計能夠保證係統穩定的控製器。 濾波器設計: 濾波器是信號處理中最常見也是最重要的應用之一。本書將介紹不同類型的濾波器,包括模擬濾波器和數字濾波器。我們將探討理想濾波器的特性,並介紹如何設計近似理想特性的實際濾波器,如巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器等。我們將分析這些濾波器的設計原理和特點,並展示如何在時域和頻域進行分析和設計。 時域與頻域的相互作用: 本書始終強調時域和頻域分析的互補性。我們將通過大量的例子,展示如何根據問題的特點選擇最閤適的分析域。例如,在分析係統的暫態響應時,時域分析更為直觀;而在分析係統的頻率選擇性或穩態響應時,頻域分析則更為便捷。本書將貫穿始終地引導讀者理解時域和頻域之間的深刻聯係,以及如何將兩者有機地結閤起來解決實際問題。 總結與展望: 《信號與綫性係統(第2版)》不僅僅是一本理論教材,更是一扇通往信號處理和係統控製世界的窗口。通過本書的學習,讀者將能夠: 深刻理解信號的本質和分類,掌握多種信號的數學錶示方法。 熟練運用傅裏葉級數、傅裏葉變換、拉普拉斯變換和Z變換等分析工具,進行時域和頻域分析。 全麵掌握綫性時不變係統的特性、描述和分析方法,特彆是捲積和衝激響應的作用。 理解采樣定理,掌握數字信號處理的基本原理。 掌握狀態空間分析方法,能夠描述和分析更復雜的係統。 深入理解係統穩定性的概念,並掌握判彆和分析係統穩定性的方法。 初步瞭解濾波器設計等重要的工程應用。 本書的語言風格力求清晰、流暢,避免使用過於晦澀的專業術語,同時注重邏輯性和條理性。通過對書中概念的深入理解和對練習題的認真解答,讀者不僅能獲得紮實的理論知識,更能培養獨立分析和解決工程問題的能力,為未來在電子信息、通信、自動化等領域的學習和工作打下堅實的基礎。本書的第二版在第一版的基礎上,可能對部分內容進行瞭更新和完善,以適應最新的學術發展和工程實踐需求,使其更具時效性和實用性。