信号与系统：使用MATLAB分析与实现（原书第2版）/清华开发者书库 epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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编辑推荐

　　《信号与系统：使用MATLAB分析与实现（原书第2版）》是美国匹兹堡大学电气与计算机工程学院教材，全书详细论述了连续时间信号与系统的理论与应用、离散时间信号与系统的理论与应用，并辅以全面的MATLAB仿真实例。本书特点如下：
　　（1） 为了让读者更好地理解相关内容，本书将连续时间信号与系统的内容和离散时间信号与系统的内容分开叙述，也便于教师根据教学学时来灵活地选择教学内容。
　　（2） 信号与系统的基本理论在信号处理、通信工程和控制工程中的实际应用在本书中有均衡的体现。
　　（3） 叙述时突出了用于信号与系统分析的各种变换之间的关联性，并由此可以发现它们之间层层递进的关系。
　　（4） 各章均给出了大量MATLAB仿真实例，用以解释该章所给出的基本原理。
　　（5） 各章结尾都提供了不同难度等级的习题，学生可以通过练习来掌握基本的解题技巧，达到一定的熟练程度，获得一定复杂度的数学训练。
　　（6） 网上测试和评价部分可以帮助学生对自己各章的学习情况进行评价。
　　（7） 本书具备“学生友好”的特色：突出的结论、关键的注释、经典的语录、有趣的观点或历史评论的脚注、历史知识的导航，以及大量阐释理论结果的实例。

内容简介

　　本书系统地论述了信号与系统的理论与应用，并融合了MATLAB仿真分析。第一部分（第0章）首先介绍几个信号处理应用实例作为开篇，然后介绍有关数学基础及仿真工具MATLAB。第二部分（第1~7章）介绍连续时间信号与系统，从连续时间信号的概念、类型（第1章），连续时间系统的概念、特性、时域描述和分析（第2章）出发，先介绍拉普拉斯变换及其在连续LTI系统分析中的应用（第3章）; 然后讲述傅里叶级数（第4章）和傅里叶变换（第5章）及其在连续LTI系统的频域分析和描述中的作用，后两章侧重应用，分别介绍了拉普拉斯分析在控制领域（第6章），以及傅里叶分析在通信和滤波领域（第7章）的实际应用。第三部分（第8~12章）介绍离散时间信号与系统，这一部分首先阐述抽样定理（第8章），然后从离散时间信号和系统的概念、表达、时域描述和分析（第9章）出发，介绍Z变换及其在离散LTI系统分析中的应用（第10章），然后介绍作为Z变换特殊形式的离散时间傅里叶变换（DTFT）（第11章）。第12章介绍了离散滤波器的设计方法。
　　本书适合作为电子信息、通信工程类专业本科生及研究生的教材，也适合从事信号处理、通信工程的专业人士阅读。

内页插图

目录

译者序Ⅰ
前言Ⅲ
致谢Ⅶ
第一部分绪论
第0章万丈高楼平地起
0.1引言
0.2信号处理应用实例
0.2.1光盘（CD）播放器
0.2.2软件无线电和认知无线电
0.2.3计算机控制系统
0.3连续和离散
0.3.1连续表示和离散表示
0.3.2导数和有限差分
0.3.3积分和求和
0.3.4微分方程和差分方程
0.4复数和实数
0.4.1复数和向量
0.4.2复变函数
0.4.3相量和正弦稳态
0.4.4相量与动态系统的联系
0.5MATLAB软件介绍
0.5.1数值计算
0.5.2符号计算
0.6本章练习题
0.6.1基础题
0.6.2MATLAB实践题
第二部分连续时间信号与系统的理论与应用
第1章连续时间信号
1.1引言
1.2时间依赖信号的分类
1.3连续时间信号
1.3.1基本信号运算——时移和反褶
1.3.2偶信号和奇信号
1.3.3周期信号和非周期信号
1.3.4有限能量信号和有限功率信号
1.4利用基本信号表示连续时间信号
1.4.1复指数信号
1.4.2单位阶跃信号、单位冲激信号和斜变信号
1.4.3信号的通式
1.5特殊信号——抽样冲激序列和sinc信号
1.6基本信号运算——时间尺度变换、频移和频率加窗
1.7我们完成了什么，我们向何处去
1.8本章练习题
1.8.1基础题
1.8.2MATLAB实践题
第2章连续时间系统
2.1引言
2.2系统的概念和分类
2.3线性时不变(LTI)连续时间系统
2.3.1线性
2.3.2时不变性
2.3.3卷积积分
2.4因果性
2.4.1卷积积分的图形计算
2.5有界输入有界输出（BIBO）稳定性
2.6我们完成了什么，我们向何处去
2.7本章练习题
2.7.1基础题
2.7.2MATLAB实践题
第3章拉普拉斯变换
3.1引言
3.2双边拉普拉斯变换
3.2.1LTI系统的特征函数
3.2.2收敛域
3.3单边拉普拉斯变换
3.4单边拉普拉斯变换的性质
3.4.1线性
3.4.2微分
3.4.3积分
3.4.4时移
3.4.5卷积积分
3.5拉普拉斯逆变换
3.5.1单边拉普拉斯变换的逆变换
3.5.2包含指数项函数的逆变换
3.5.3双边拉普拉斯变换的逆变换
3.6LTI系统的分析
3.6.1常微分方程描述的LTI系统
3.6.2卷积积分的计算
3.7我们完成了什么，我们向何处去
3.8本章练习题
3.8.1基础题
3.8.2MATLAB实践题
第4章频率分析： 傅里叶级数
4.1引言
4.2重温特征函数
4.3复指数傅里叶级数
4.3.1线谱——分布在频率上的功率
4.3.2三角傅里叶级数
4.3.3由拉普拉斯求傅里叶系数
4.3.4反褶周期信号反褶、偶信号和奇信号
4.3.5傅里叶级数的收敛性
4.3.6时移和频移
4.4LTI系统对周期信号的响应
4.4.1对周期信号滤波
4.5利用傅里叶级数进行运算
4.5.1周期信号相加
4.5.2周期信号相乘
4.5.3周期信号的导数和积分
4.6我们完成了什么，我们向何处去
4.7本章练习题
4.7.1基础题
4.7.2MATLAB实践题
第5章频率分析： 傅里叶变换
5.1引言
5.2从傅里叶级数到傅里叶变换
5.3傅里叶变换的存在条件
5.4由拉普拉斯变换求傅里叶变换
5.5线性、反比例和对偶
5.5.1线性
5.5.2时间和频率的反比例关系
5.5.3对偶性
5.6谱表示
5.6.1信号调制
5.6.2周期信号的傅里叶变换
5.6.3帕色瓦尔能量关系
5.6.4谱表示的对称性
5.7卷积与滤波
5.7.1滤波基础
5.7.2理想滤波器
5.7.3由极点和零点求频率响应
5.7.4频谱分析仪
5.8补充性质
5.8.1时移
5.8.2微分和积分
5.9我们完成了什么,接下来是什么
5.10本章练习题
5.10.1基础题
5.10.2MATLAB实践题
第6章拉普拉斯分析在控制系统中的应用
6.1引言
6.2系统连接和方框图
6.3在经典控制中的应用
6.3.1稳定性和稳定化
6.3.2一阶和二阶控制系统的暂态分析
6.4LTI系统的状态变量表示
6.4.1标准型实现
6.4.2由状态方程和输出方程求全解
6.4.3系统的外部和内部表示
6.5我们完成了什么,接下来是什么
6.6本章练习题
6.6.1基础题
6.6.2MATLAB实践题
第7章通信和滤波中的傅里叶分析
7.1引言
7.2应用于通信
7.2.1抑制载波调幅(AM�睸C)
7.2.2商用调幅
7.2.3单边带调幅
7.2.4正交幅度调制和频分复用
7.2.5角调制
7.3模拟滤波
7.3.1滤波基础
7.3.2巴特沃斯低通滤波器设计
7.3.3切比雪夫低通滤波器设计
7.3.4频率变换
7.3.5用MATLAB设计滤波器
7.4我们完成了什么，接下来是什么
7.5本章练习题
7.5.1基础题
7.5.2MATLAB实践题
第三部分离散时间信号与系统的理论与应用
第8章抽样理论
8.1引言
8.2均匀抽样
8.2.1脉冲幅度调制
8.2.2理想冲激抽样
8.2.3原始连续时间信号的重建
8.2.4由sinc函数插值重建信号
8.2.5奈奎斯特�蚕闩┏檠�定理
8.2.6用MATLAB模拟抽样
8.2.7对已调信号抽样
8.3实际抽样
8.3.1抽样保持
8.3.2量化与编码
8.3.3用MATLAB抽样、量化和编码
8.4应用于数字通信
8.4.1脉冲编码调制
8.4.2时分复用
8.5我们完成了什么，我们向何处去
8.6本章练习题
8.6.1基础题
8.6.2MATLAB实践题
第9章离散时间信号与系统
9.1引言
9.2离散时间信号
9.2.1周期信号和非周期信号
9.2.2有限能量和有限功率离散时间信号
9.2.3偶信号和奇信号
9.2.4基本离散时间信号
9.3离散时间系统
9.3.1递归和非递归离散时间系统
9.3.2由差分方程描述的动态离散时间系统
9.3.3卷积和
9.3.4用MATLAB进行线性和非线性滤波
9.3.5离散时间系统的因果性和稳定性
9.4我们完成了什么，我们向何处去
9.5本章练习题
9.5.1基础题
9.5.2MATLAB实践题
第10章Z变换
10.1引言
10.2抽样信号的拉普拉斯变换
10.3双边Z变换
10.3.1收敛域
10.4单边Z变换
10.4.1信号表现与极点
10.4.2用MATLAB计算Z变换
10.4.3卷积和与转移函数
10.4.4离散时间系统的互连
10.4.5初值和终值性质
10.5单边逆Z变换
10.5.1长除法
10.5.2部分分式展开法
10.5.3用MATLAB求逆Z变换
10.5.4差分方程的解
10.5.5双边Z变换的逆变换
10.6状态变量表示
10.6.1状态方程和输出方程的解
10.6.2标准实现
10.7我们完成了什么，我们向何处去
10.8本章练习题
10.8.1基础题
10.8.2MATLAB实践题
第11章离散时间信号与系统的傅里叶分析
11.1引言
11.2离散时间傅里叶变换（DTFT）
11.2.1抽样、Z变换、特征函数和DTFT
11.2.2时间和频率的对偶性
11.2.3用MATLAB计算DTFT
11.2.4时间支撑和频率支撑
11.2.5非周期离散时间信号的能量/功率
11.2.6时移和频移
11.2.7对称性
11.2.8卷积和
11.3离散时间周期信号的傅里叶级数
11.3.1离散时间周期信号的循环表达式
11.3.2复指数离散傅里叶级数
11.3.3与Z变换的联系
11.3.4周期信号的DTFT
11.3.5LTI系统对周期信号的响应
11.3.6循环移位和周期卷积
11.4离散傅里叶变换(DFT)
11.4.1周期离散时间信号的DFT
11.4.2非周期离散时间信号的DFT
11.4.3通过FFT计算DFT
11.4.4线性卷积与循环卷积
11.4.5快速傅里叶变换算法
11.4.6逆DFT的计算
11.5我们完成了什么，我们向何处去
11.6本章练习题
11.6.1基础题
11.6.2MATLAB实践题
第12章离散滤波器设计概论
12.1引言
12.2频率选择离散滤波器
12.2.1相位失真
12.2.2IIR和FIR离散滤波器
12.3滤波器指标
12.3.1频率指标
12.3.2时域指标
12.4IIR滤波器设计
12.4.1IIR离散滤波器的变换设计法
12.4.2巴特沃斯低通离散滤波器的设计
12.4.3切比雪夫低通离散滤波器的设计
12.4.4有理频率变换
12.4.5用MATLAB设计一般IIR滤波器
12.5FIR滤波器设计
12.5.1窗函数设计法
12.5.2窗函数
12.5.3冲激响应的线性相位及对称性
12.6离散滤波器的实现
12.6.1IIR滤波器的实现
12.6.2FIR滤波器的实现
12.7我们完成了什么，我们向何处去
12.8本章练习题
12.8.1基础题
12.8.2MATLAB实践题
附录常用数学公式

精彩书摘

　　第3章拉普拉斯变换
　　我们懂得的不多，我们不知道的却是浩瀚无垠。
　　皮埃尔�参髅伞だ�普拉斯侯爵（Pierre�睸imon，marquis de Laplace）（1749—1827年）
　　法国数学家和天文学家
　　3.1引言
　　第3至第5章的内容在连续时间信号和系统的分析中非常重要。本章开始连续时间信号和系统的频域分析，采用的是拉普拉斯变换，而后面两章则分别采用傅里叶级数和傅里叶变换来进行分析。拉普拉斯变换是这些变换最一般的形式，不过所有这些变换都为我们表示信号提供了除时域形式之外的其他一些不同的表达形式。拉普拉斯变换是复变量s=σ+jΩ的函数，该复变量由一个阻尼系数σ和一个频率变量Ω构成，而傅里叶变换只是频率Ω的函数。信号在时域里的增长或衰减即阻尼，还有它的重复属性即频率，在拉普拉斯域里是由信号的拉普拉斯变换的分子和分母的根，或者说零点和极点的位置来表征的。转移函数的极点和零点的位置与系统的动态特性有关。
　　拉普拉斯变换为连续时间系统提供了一个重要的代数表征方式： 输出的拉普拉斯变换与输入的拉普拉斯变换之比即系统的转移函数。转移函数的概念将LTI情况下的卷积积分和常微分方程表示统一了起来。转移函数的概念不仅在系统分析中有用，在系统设计中也很有用，这一点将在第7章中看到。
　　连续时间系统的某些特性只有经过拉普拉斯变换之后才能加以研究，例如稳定性、暂态响应和稳态响应等，这也是为什么在学习傅里叶分析之前先学习拉普拉斯分析的一个重要原因，要知道傅里叶分析是专门用来处理连续时间信号和系统的频率特性的。在经典控制论中，稳定性和瞬态是主要的问题，因此拉普拉斯变换在这个领域非常重要； 而在通信领域，信号的频率特性和系统的频率响应非常重要，这些则是由傅里叶变换提供的。
　　考虑到因果信号（在负的时间等于零的信号）和因果系统（冲激响应在负的时间等于零的系统）的普遍性，拉普拉斯变换通常被称为“单边的”，但其实“双边的”变换也存在！虽然给人的印象是它们是两个不同的变换，但实际上这是拉普拉斯变换应用于不同类型的信号和系统的结果。后面将会证明，通过将信号分成因果分量和反因果分量两个部分，我们只需要应用单边变换即可。不过在求逆变换时，要想得到正确的信号，还是需要小心谨慎。
　　由于拉普拉斯变换需要在无限域内进行积分，所以有必要考虑积分是否收敛以及在哪里收敛，即在s平面上的收敛区域。如果这个区域包含s平面上的jΩ�仓幔�那么当s=jΩ时的拉普拉斯变换存在，且此时的拉普拉斯变换与将在第5章介绍的傅里叶变换是一致的，因此对于一大类函数来说，它们的傅里叶变换可以直接由它们的拉普拉斯变换获得，这是先学习拉普拉斯变换的另一个理由。拉普拉斯变换还以一种微妙的方式与周期连续时间信号的傅里叶级数表示相关联，当已经得到了信号的一个周期的拉普拉斯变换时，利用二者之间的这种关系可以消除积分从而减少傅里叶级数的计算复杂度。
　　线性时不变系统响应复指数信号的方式非常特别： 系统的输出等于输入的复指数信号，不过其幅度和相位都被系统的响应所改变。这个事实提供了用拉普拉斯变换表征系统的方法（当指数是复频率s时），如果指数是jΩ，我们就用傅里叶变换表征系统。特征函数的概念与用于计算电路稳态响应的相量有关。
　　拉普拉斯(LAPLACE)和海维塞德(HEAVISIDE)
　　皮埃尔�参髅伞だ�普拉斯侯爵(The Marquis Pierre�睸imon de Laplace)（1749—1827年）是法国数学家和天文学家。虽然出身贫贱，他却凭借着自己的政治能力成为了贵族。作为天文学家，他毕生致力于将牛顿万有引力定律应用于整个太阳系的工作。他被认为是一位应用数学家，作为法国科学院的院士，他认识同一时期的其他伟大的数学家，如勒让德（Legendre）、拉格朗日（Lagrange）和傅里叶（Fourier）。除了在天体力学领域的贡献，拉普拉斯在概率论方面也做了重要的工作，而且拉普拉斯变换可能就是从概率论中来的，他觉得“概率论只不过是把常识化成计算而已”。欧拉（Euler）和拉格朗日在早前曾用过类似于拉普拉斯变换的变换，然而，是奥利弗·海维塞德（Oliver Heaviside）（1850—1925年）将拉普拉斯变换应用于常微分方程的求解。海维塞德是个英国人，他自学成材成为了电气工程师、数学家和物理学家。
　　3.2双边拉普拉斯变换
　　先来凭直觉看看如何得到拉普拉斯变换及其逆变换，而不是直接给出它们的定义。正如前面指出的那样，在表征信号以及将其输入LTI系统所得到的响应时，有一个基本思想，那就是把它们看作为一些基本信号的组合，且系统对这些基本信号的响应很容易求出。在第2章考虑“时域”解法时，我们是把输入表示成无限多个冲激信号的组合，这些冲激被输入信号的值所加权，而且是出
　　图3.1LTI系统的特征函数性质
　　系统的输入是x(t)=es0t=eσ0tejΩ0t，系统的输出是同样的输入乘以复数值H(s0)，其中H(s)=L［h(t)］或者说系统冲激响应h(t)的拉普拉斯变换。
　　现在所有可能的时间，之所以将信号表示为冲激之和是因为由冲激引起的响应正是LTI系统的冲激响应，它是我们学习的基础。若想获得输入LTI系统的信号的“频域”表示，可以采用相似的做法，这种情况下所用的基本函数是复指数函数或正弦函数。接下来要讨论的特征函数概念，最初读者可能会觉得有点儿抽象，但是当看到它在本章以及后面傅里叶表达式中的应用之后，你就知道它为我们提供了一个获得类似于冲激表示的表达式的途径（见图3.1）。
　　……

前言/序言

　　在此书中，我所做的仅仅是采摘他人之鲜花，用我的丝线将它们捆扎在一起而已。
　　M.De蒙田(Montaigne)(1533—1592年)
　　法国散文家
　　本书是第2版，第2版的总体框架与第1版保持一致，但从内容上讲，第2版对第1版的部分内容进行了改写，补充了一些素材，并重新进行了组织。所做的修改很多都来自于使用本书的师生们在教学过程中所提出的有益建议，对此向他们表示诚挚的感谢。
　　正如在第1版中指出的那样，虽然科学与工程的进步很难与技术的进步保持同步，但令人欣慰的是通过对基本原理的深刻理解，要保持科学和工程的发展与创新是存在可能的。信号与系统理论是这些基本原理之一，它将在未来几年里成为众多工程研发的基础。在不久的将来，不仅仅是工程师们需要了解信号与系统，从某种程度上来说我们每一个人都需要了解信号与系统，计算机、手机、数字记录和数字通信等等的广泛应用，使得我们都需要信号与系统理论。
　　信号与系统结合了抽象的数学和学科上的具

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