信号与系统实验教程（MATLAB版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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胡永生，陈巩 著

图书标签:

• 信号与系统
• MATLAB
• 实验
• 教程
• 通信原理
• 电路分析
• 数字信号处理
• 控制系统
• 工程教育
• 高等教育
• 理工科

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030495709

版次：1

商品编码：12069590

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-11-01

用纸：胶版纸

页数：116

字数：148000

正文语种：中文

内容简介

　　《信号与系统实验教程（MATLAB版）》是“信号与系统”课程的实验教材，实验内容紧密结合“信号与系统”课程的理论教学，全面系统地介绍了利用MATLAB对信号与系统相关理论知识进行计算机仿真的具体方法，并给出了详细的示例分析。《信号与系统实验教程（MATLAB版）》共分为五章，内容分别是连续时间信号与系统的时域分析、离散时间信号与系统的时域分析、连续时间信号与系统的频域分析、连续时间信号与系统的s域分析以及离散时间信号与系统的z域分析，共安排设计15个实验项目。
　　《信号与系统实验教程（MATLAB版）》可作为应用型本科院校通信工程、电子信息工程、光电信息科学与工程、电气工程及自动化等专业学生的实验教材，也可作为其他相关专业科技工作人员的参考书。

内页插图

目录

前言
第一章 连续时间信号与系统的时域分析
1．1 连续时间信号的典型示例实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题
1．2 连续时间信号的基本运算实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题
1．3 连续时间系统的时域分析实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题
1．4 连续时间信号的卷积积分实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题

第二章 离散时间信号与系统的时域分析
2．1 离散时间信号的典型示例实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题
2．2 离散时间信号的基本运算实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题
2．3 离散时间系统的时域分析实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题

第三章 连续时间信号与系统的频域分析
3．1 周期信号的傅里叶级数实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题
3．2 非周期信号的频谱（傅里叶变换）实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题
3．3 连续时间信号的频域分析实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题
3．4 连续时间信号的取样与恢复实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题

第四章 连续时间信号与系统的s域分析
4．1 拉普拉斯变换实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题
4．2 连续时间系统的s域分析实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题

第五章 离散时间系统的z域分析
5．1 z变换实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题
5．2 离散时间系统的z域分析实验
一、实验目的
二、实验原理
三、实验内容
四、实验报告要求
五、思考题
参考文献

前言/序言

　　“信号与系统”课程是电子信息类专业，尤其是通信工程专业的一门非常重要的专业基础课程与必修课程，也是通信与信息系统、信号与信息处理等学科专业的硕士研究生入学考试的必考专业科目。同时，该课程还是引导学生从电路分析的知识，进入到通信信息的处理与传输领域的关键性课程，也是后续的通信原理、数字信号处理等专业课程的先修课程，在专业的教学过程中起着承上启下的关键作用，为从事相关领域的工程技术和科学研究工作奠定坚实的理论基础。
　　针对“信号与系统”课程的理论概念抽象，数学公式繁多，教学中缺乏直观的分析以及实际动手设计能力欠缺，学生学习理解起来比较困难等特点，充分考虑利用MATLAB软件对该课程相对应理论知识进行计算机仿真实验实现，克服了传统硬件实验箱实验的不足，实现了有机互补，进而实现“信号与系统”课程的实验教学改革。
　　本书是“信号与系统”课程的实验教材，实验内容紧密配合“信号与系统”课程的理论教学，全面系统地介绍了利用MATLAB对信号与系统相关理论知识进行计算机仿真的具体方法，并给出了详细的示例分析。全书共分为五章，内容分别是：连续时间信号与系统的时域分析、离散时间信号与系统的时域分析、连续时间信号与系统的频域分析、连续时间信号与系统的s域分析以及离散时间信号与系统的z域分析，共设计安排15个实验项目。其中，第一章介绍连续时间信号与系统的时域分析，分别包括连续时间信号的典型示例、连续时间信号的基本运算、连续时间系统的时域分析以及连续时间信号的卷积积分共4个实验项目：第二章介绍离散时间信号与系统的时域分析，分别包括离散时间信号的典型示例、离散时间信号的基本运算以及离散时间系统的时域分析共3个实验项目；第三章介绍连续时间信号与系统的频域分析，分别包括周期信号的傅里叶级数、非周期信号的频谱（傅里叶变换）、连续时间信号的频域分析以及连续时间信号的取样与恢复共4个实验项目：第四章介绍连续时间信号与系统的s域分析，分别包括拉普拉斯变换以及连续时间系统的s域分析共2个实验项目；第五章介绍离散时间信号与系统的z域分析，分别包括z变换以及离散时间系统的z域分析共2个实验项目。

《信号与系统实验教程（MATLAB版）》：探索信号世界的奥秘 本书旨在为广大读者提供一个全面、深入且实践性强的学习平台，以掌握信号与系统的核心理论，并通过MATLAB这一强大的工程计算软件进行验证与探索。我们坚信，理论与实践的结合是理解复杂概念、培养解决问题能力的关键。因此，本书不仅会系统地阐述信号与系统的基本原理，更会提供一系列精心设计的实验，引导读者亲手操作，在实践中感受理论的魅力，洞察信号在不同场景下的行为特征。 为何选择MATLAB？ MATLAB作为一种广泛应用于工程、科学计算和数据分析的强大工具，其简洁的语法、丰富的函数库以及直观的可视化能力，使其成为信号与系统实验教学的理想选择。通过MATLAB，我们可以便捷地生成各种信号，执行复杂的系统分析，并通过图形化界面清晰地展示实验结果。这不仅大大提高了实验效率，更使得抽象的理论概念变得触手可及，易于理解和掌握。本书将充分发挥MATLAB的优势，引导读者利用其强大的功能，深入理解信号与系统的方方面面。 本书内容梗概： 本书的结构设计遵循由浅入深的原则，从最基础的信号概念入手，逐步深入到复杂的系统分析，并通过丰富的实验将理论与实践紧密结合。 第一部分：信号的初步认识与生成 在开始学习信号与系统之前，理解“信号”本身是至关重要的。本部分将从信号的基本概念出发，介绍不同类型的信号，如连续时间信号与离散时间信号，周期信号与非周期信号，能量信号与功率信号等。我们将深入探讨信号的数学表示，包括其幅值、相位、频率等关键属性。 信号的分类与特性： 读者将学习如何区分和描述不同类型的信号，理解它们在现实世界中的应用场景。例如，音频信号、图像信号、通信信号等。 基本信号的生成： 本章将详细介绍如何使用MATLAB生成一系列基本信号，包括： 正弦信号与余弦信号： 这些是最基础的周期信号，理解它们的幅值、频率、相位等参数对于后续的信号分析至关重要。我们将通过MATLAB命令生成不同参数的正弦波，并观察它们波形的变化。 指数信号： 包括实指数信号和复指数信号，它们是理解更复杂信号的基础。我们将演示如何生成衰减或增长的指数信号，并探索其在系统响应中的作用。 单位冲激信号（Dirac Delta Function）与单位阶跃信号（Heaviside Function）： 这两个信号在信号分析和系统理论中扮演着核心角色，它们可以看作是许多复杂信号的“构建块”。我们将学习其数学定义，以及如何在MATLAB中近似模拟它们。 矩形脉冲信号与三角脉冲信号： 这些非周期信号在通信和数据传输等领域有广泛应用。我们将通过MATLAB代码生成不同宽度和幅度的脉冲信号，并分析它们的频谱特性。 信号的运算： 信号之间可以进行加、减、乘、除、积分、微分等运算，这些运算在信号处理中扮演着重要角色。本章将演示如何使用MATLAB实现这些基本信号运算，并观察运算结果的波形变化。 能量与功率计算： 读者将学习如何计算信号的能量和功率，并理解这两个概念在信号分类中的意义。MATLAB函数将帮助我们高效完成能量与功率的计算。 第二部分：线性时不变（LTI）系统的基本原理 信号与系统理论的核心在于研究系统如何处理和改变信号。本部分将专注于线性时不变（LTI）系统，这是信号处理中最重要的一类系统。 系统的定义与分类： 我们将介绍系统的基本概念，并区分不同类型的系统，如线性系统、非线性系统、时变系统、时不变系统、因果系统、稳定系统等。 卷积积分与卷积和： 卷积是LTI系统分析的核心运算。本章将深入讲解连续时间LTI系统的卷积积分和离散时间LTI系统的卷积和，并详细阐述其物理意义。我们将通过MATLAB实现卷积运算，并可视化输入信号、系统冲激响应以及输出信号之间的关系。 系统表示：差分方程与微分方程： 差分方程（离散时间系统）和微分方程（连续时间系统）是描述LTI系统的数学模型。我们将学习如何利用这些方程来分析系统的零输入响应和零状态响应。MATLAB的符号计算工具箱将帮助我们求解这些方程。 系统函数的概念： 系统函数是描述LTI系统行为的另一种强大工具，尤其是在频域分析中。我们将介绍系统函数如何通过拉普拉斯变换（连续时间）和Z变换（离散时间）得到，并展示如何利用系统函数分析系统的稳定性、频率响应等特性。 第三部分：傅里叶分析：信号的频域探索 频域分析是理解信号特性和系统行为的重要手段。本部分将系统地介绍傅里叶分析的各种工具，并辅以MATLAB实验，帮助读者深入理解信号的频谱构成。 傅里叶级数（FS）： 对于周期信号，傅里叶级数可以将其分解为一系列不同频率的正弦和余弦分量的叠加。本章将讲解傅里叶级数的原理，并演示如何使用MATLAB计算周期信号的傅里叶级数系数，进而分析其频谱。 傅里叶变换（FT）： 对于非周期信号，傅里叶变换可以将信号映射到频域，揭示其频谱特性。我们将详细介绍傅里叶变换的定义、性质以及其在信号分析中的重要应用。 离散时间傅里叶变换（DTFT）与离散傅里叶变换（DFT）： 针对离散时间信号，我们将学习DTFT和DFT。DFT作为DFT的有限长近似，是数字信号处理的核心工具，我们将通过MATLAB的快速傅里叶变换（FFT）算法，高效地计算信号的频谱。 频谱分析实验： 本部分将包含大量的MATLAB实验，引导读者： 计算不同信号（如方波、锯齿波、三角波）的傅里叶级数，观察其频谱随谐波分量的变化。 对各种非周期信号进行傅里叶变换，分析其频谱特性，如带宽、主瓣宽度等。 使用FFT算法分析离散信号的频谱，例如音频信号、图像信号等。 观察滤波器的频率响应，理解它们如何选择性地通过或衰减特定频率的信号。 第四部分：拉普拉斯变换与Z变换：系统分析的利器 拉普拉斯变换和Z变换是处理更广泛的信号和系统（包括不稳定系统）的强大数学工具。本部分将深入讲解这些变换的原理及其在系统分析中的应用。 拉普拉斯变换： 讲解单边拉普拉斯变换和双边拉普拉斯变换，以及它们与傅里叶变换的关系。我们将学习拉普拉斯变换的收敛域（ROC），以及它如何决定系统的稳定性。 系统函数与极零点： 学习如何利用系统函数（有理函数）的极点和零点来分析LTI系统的稳定性、频率响应和瞬态响应。 逆拉普拉斯变换： 学习如何通过逆拉普拉斯变换从系统函数或复频域表示回到时域。 Z变换： 针对离散时间系统，Z变换提供了与拉普拉斯变换类似的强大分析工具。我们将学习Z变换的定义、性质，特别是收敛域（ROC）在离散系统中的作用。 离散系统函数： 学习离散系统函数，及其与差分方程的关系，以及如何通过极零点分析离散系统的稳定性。 逆Z变换： 学习求解逆Z变换的方法，以获得系统的时域响应。 MATLAB实验： 利用MATLAB计算信号的拉普拉斯变换和Z变换。 分析系统函数的极零点图，预测系统的稳定性。 通过系统函数求解系统响应，并与直接求解差分/微分方程的结果进行对比。 研究不同极零点位置对系统响应的影响。 第五部分：滤波器设计与应用 滤波器在信号处理中扮演着至关重要的角色，它们用于去除噪声、提取有用信息等。本部分将介绍滤波器的基本类型和设计方法。 滤波器的分类： 介绍低通、高通、带通、带阻滤波器等基本类型，以及它们的幅频特性和相频特性。 连续时间滤波器： 介绍巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）等经典模拟滤波器设计。 离散时间滤波器（数字滤波器）： 无限冲激响应（IIR）滤波器： 介绍IIR滤波器的设计原理，及其与连续时间滤波器的对应关系。 有限冲uld响应（FIR）滤波器： 介绍FIR滤波器的设计原理，特别是窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗等）和频率采样法。 MATLAB滤波器设计工具箱： 本部分将大量利用MATLAB的强大滤波器设计工具箱，引导读者： 根据滤波器的技术指标（如截止频率、通带纹波、阻带衰减）设计数字滤波器。 绘制滤波器的幅频响应和相频响应图，验证设计效果。 使用设计的滤波器对实际信号进行滤波处理，并观察滤波效果。 对比不同设计方法（如IIR与FIR）的优缺点。 第六部分：采样与重建：从连续到离散的桥梁 采样是将连续时间信号转换为离散时间信号的关键步骤。本部分将深入探讨采样定理，并介绍信号的重建技术。 采样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）： 详细阐述奈奎斯特采样定理，解释采样频率与信号最高频率之间的关系，以及欠采样可能导致的混叠现象。 采样过程的数学描述： 介绍理想采样、脉冲采样和阶梯（保持）采样等不同采样模型。 混叠（Aliasing）： 深入分析混叠现象产生的原因和后果，并通过MATLAB实验直观展示混叠的效果。 信号重建： 讲解理想低通滤波器在信号重建中的作用，以及如何从采样信号中恢复原始连续信号。 MATLAB实验： 对不同频率的信号进行不同采样率的采样，观察采样点以及混叠现象。 使用MATLAB模拟不同采样率下的信号重建过程，并分析重建信号的质量。 通过实验验证采样定理，找出混叠发生的临界采样频率。 第七部分：相关性与卷积的应用 本部分将进一步拓展卷积和相关性的应用，展示它们在信号分析和系统识别中的重要性。 自相关函数与互相关函数： 介绍自相关函数和互相关函数的定义，以及它们在信号检测、模式识别等领域的应用。 相关性的性质： 学习相关函数的各种性质，并理解它们在实际问题中的意义。 MATLAB实验： 计算不同信号的自相关函数，分析信号的周期性或随机性。 计算两个信号的互相关函数，用于寻找信号中的相似性或延迟。 利用相关性来估计信号的到达时间。 第八部分：通信系统中的信号与系统 本部分将把前面学习到的信号与系统理论应用于一个实际的通信系统模型，以加深读者对理论知识的理解和应用能力。 调制与解调： 介绍幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）等基本调制技术，以及相应的解调过程。 信道模型： 简要介绍通信信道对信号的影响，如加性高斯白噪声（AWGN）。 MATLAB通信系统仿真： 搭建一个简单的模拟通信系统，包括信号生成、调制、加噪、解调等环节。 利用MATLAB仿真分析不同调制方式下的系统性能，如误码率（BER）。 观察噪声对解调信号的影响，并思考如何通过滤波等手段改善性能。 探索不同信道模型对通信系统的影响。 实验设计理念： 本书的实验设计遵循以下原则： 1. 理论与实践紧密结合： 每个实验都与理论章节的内容紧密对应，旨在通过动手操作来巩固和加深对理论概念的理解。 2. 由易到难，循序渐进： 实验从简单的信号生成和运算开始，逐步深入到复杂的系统分析和滤波器设计。 3. 贴近实际应用： 实验案例力求贴近实际工程应用，使读者能够感受到信号与系统理论的实用价值。 4. 充分利用MATLAB功能： 实验充分利用MATLAB的各种函数和工具箱，引导读者掌握高效的信号处理方法。 5. 鼓励探索与创新： 在完成基本实验要求的同时，鼓励读者进行参数调整、变通设计，甚至提出自己的创新性实验，以培养独立思考和解决问题的能力。 预期学习成果： 完成本书的学习后，读者将能够： 熟练掌握信号与系统的基本概念和理论。 精通使用MATLAB进行信号的生成、分析和处理。 理解并能够应用傅里叶分析、拉普拉斯变换和Z变换等工具分析信号和系统。 掌握基本的滤波器设计方法，并能够应用于实际问题。 深刻理解采样定理及其在数字信号处理中的重要性。 将信号与系统理论应用于简单的通信系统仿真。 培养独立解决信号与系统相关问题的能力，为进一步深入学习或从事相关领域工作打下坚实基础。 本书是一本面向电气工程、电子信息工程、自动化、通信工程以及计算机科学等相关专业的学生、研究生和工程师的理想教材。我们期待本书能成为您探索信号世界、掌握信号与系统技术的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

作为一名工作多年的工程师，我一直在寻找一本能够快速更新知识体系，并且实用性强的信号与系统参考书。这本书恰好满足了我的需求。我尤其欣赏它在理论讲解和实际应用之间的平衡。它并没有回避复杂的理论，但同时又非常注重如何将这些理论转化为实际的工程解决方案。书中大量的MATLAB实例，让我能够快速地看到理论是如何在代码中实现的，并且能够直接运行和修改，这比单纯地看公式要高效得多。我特别喜欢书中关于滤波器设计的部分，它不仅讲解了各种滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫）的原理，还提供了相应的MATLAB代码，可以直接调用，并对参数进行调整，来观察滤波器性能的变化。这种“学以致用”的模式，让我感觉这本书的价值远超其价格。而且，书中的案例也涵盖了通信、控制等多个领域，让我能够看到信号与系统在不同工程领域的广泛应用，为我解决实际工作中的问题提供了新的思路和方法。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在校大学生，最近正在学习数字信号处理，在老师的推荐下入手了这本《信号与系统实验教程（MATLAB版）》。这本书最让我惊艳的地方在于它的实验指导部分。我之前接触过一些编程类的书籍，很多都只是简单地罗列代码，对于代码的逻辑和原理讲解得不够深入。但这本书不同，它为每一个实验都提供了详细的背景介绍，解释了实验的目的和预期的结果，然后才给出实现的代码。更重要的是，它对每一段关键代码都进行了详细的注释，解释了每一行代码的作用，甚至包括一些MATLAB函数的用法。这对于我这种MATLAB初学者来说，简直是福音！我不再是盲目地复制粘贴，而是能真正理解代码是如何实现信号处理的。而且，书中的实验设计也非常贴合课程内容，涵盖了信号的生成、采样、滤波、频谱分析等多个方面，我通过这些实验，把课堂上学到的理论知识得到了很好的巩固和实践。完成每一个实验后，都会有结果分析的指导，让我知道如何解读和评价实验结果，这比仅仅跑通代码更有意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就足够吸引人，那种淡淡的蓝色和白色交织，给人一种严谨又充满活力的感觉。我本来对信号与系统这个科目有些畏惧，总觉得它抽象又难懂。但翻开这本书，首先映入眼帘的是清晰的目录结构，每一章都配有小图标，让人一目了然。我特别喜欢它在介绍理论知识的时候，会穿插一些实际应用的例子，比如音频信号的处理、图像压缩等，这让我觉得不再是枯燥的公式推导，而是真正与生活息息相关的东西。更重要的是，它没有上来就抛出一大堆复杂的数学概念，而是循序渐进，从最基础的信号类型讲起，逐步深入到傅里叶变换、拉普拉斯变换等核心内容。而且，作者在讲解每一个概念时，都力求用最简洁明了的语言，辅以生动的类比，让我这个初学者也能慢慢领会其中的奥妙。书中的图示也非常精美，清晰地展示了信号的波形、频谱等，这对于理解抽象概念至关重要。我感觉这本书就像一位循循善诱的老师，耐心引导我一步步走进信号与系统的世界，让我重拾了学习的信心。

评分☆☆☆☆☆

这本《信号与系统实验教程（MATLAB版）》真的让我眼前一亮，它在内容编排上非常有条理，而且逻辑性非常强。我之前也看过一些关于信号与系统的书籍，有些内容跳跃性太大，或者理论讲解过于生涩。但这本书，从基础的概念入手，比如周期信号、非周期信号的区别，以及它们的时域和频域表示，都讲解得非常到位。然后逐步深入到卷积、傅里叶变换、Z变换等核心内容，每一步都显得那么自然流畅。而且，书中大量的图示和表格，将抽象的概念具象化，让我在理解起来更加容易。我特别喜欢作者在讲解傅里叶变换的时候，使用了非常直观的图形来展示信号如何分解成不同频率的正弦和余弦分量，这让我对频谱分析有了全新的认识。此外，书中的练习题设计得也很巧妙，既有理论计算题，也有MATLAB编程题，能够很好地检验我对知识的掌握程度。我感觉这本书就像一本武林秘籍，将博大精深的信号与系统知识，以一种易于理解和掌握的方式传授给了我。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对工程技术充满好奇心的爱好者，最近对信号处理产生了浓厚的兴趣。在朋友的推荐下，我购买了这本《信号与系统实验教程（MATLAB版）》。尽管我不是专业的学生，但这本书的语言风格非常平易近人，没有太多过于学术化的术语，让我这个门外汉也能轻松读懂。我尤其喜欢书中关于信号在时域和频域之间转换的讲解。作者用了很多生活化的例子，比如把声音信号比作一个乐曲，然后解释它在频域上对应着不同的音高和响度，这种类比让我瞬间就明白了信号的频谱到底是什么。而且，书中的MATLAB实验部分，虽然我还没有深入学习MATLAB，但光是看那些代码，就能大概理解程序是怎样模拟信号的产生和处理的。作者还提供了很多如何修改参数来观察结果变化的指导，这让我觉得即使不具备深厚的编程功底，也能通过这本书来探索信号与系统的奥秘。我感觉这本书就像一位热情的向导，带领我进入了一个充满趣味的科学世界。