信號與係統：使用MATLAB分析與實現（原書第2版）/清華開發者書庫 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

　　《信號與係統：使用MATLAB分析與實現（原書第2版）》是美國匹茲堡大學電氣與計算機工程學院教材，全書詳細論述瞭連續時間信號與係統的理論與應用、離散時間信號與係統的理論與應用，並輔以全麵的MATLAB仿真實例。本書特點如下：
　　（1） 為瞭讓讀者更好地理解相關內容，本書將連續時間信號與係統的內容和離散時間信號與係統的內容分開敘述，也便於教師根據教學學時來靈活地選擇教學內容。
　　（2） 信號與係統的基本理論在信號處理、通信工程和控製工程中的實際應用在本書中有均衡的體現。
　　（3） 敘述時突齣瞭用於信號與係統分析的各種變換之間的關聯性，並由此可以發現它們之間層層遞進的關係。
　　（4） 各章均給齣瞭大量MATLAB仿真實例，用以解釋該章所給齣的基本原理。
　　（5） 各章結尾都提供瞭不同難度等級的習題，學生可以通過練習來掌握基本的解題技巧，達到一定的熟練程度，獲得一定復雜度的數學訓練。
　　（6） 網上測試和評價部分可以幫助學生對自己各章的學習情況進行評價。
　　（7） 本書具備“學生友好”的特色：突齣的結論、關鍵的注釋、經典的語錄、有趣的觀點或曆史評論的腳注、曆史知識的導航，以及大量闡釋理論結果的實例。

內容簡介

　　本書係統地論述瞭信號與係統的理論與應用，並融閤瞭MATLAB仿真分析。第一部分（第0章）首先介紹幾個信號處理應用實例作為開篇，然後介紹有關數學基礎及仿真工具MATLAB。第二部分（第1~7章）介紹連續時間信號與係統，從連續時間信號的概念、類型（第1章），連續時間係統的概念、特性、時域描述和分析（第2章）齣發，先介紹拉普拉斯變換及其在連續LTI係統分析中的應用（第3章）; 然後講述傅裏葉級數（第4章）和傅裏葉變換（第5章）及其在連續LTI係統的頻域分析和描述中的作用，後兩章側重應用，分彆介紹瞭拉普拉斯分析在控製領域（第6章），以及傅裏葉分析在通信和濾波領域（第7章）的實際應用。第三部分（第8~12章）介紹離散時間信號與係統，這一部分首先闡述抽樣定理（第8章），然後從離散時間信號和係統的概念、錶達、時域描述和分析（第9章）齣發，介紹Z變換及其在離散LTI係統分析中的應用（第10章），然後介紹作為Z變換特殊形式的離散時間傅裏葉變換（DTFT）（第11章）。第12章介紹瞭離散濾波器的設計方法。
　　本書適閤作為電子信息、通信工程類專業本科生及研究生的教材，也適閤從事信號處理、通信工程的專業人士閱讀。

內頁插圖

目錄

譯者序Ⅰ
前言Ⅲ
緻謝Ⅶ
第一部分緒論
第0章萬丈高樓平地起
0.1引言
0.2信號處理應用實例
0.2.1光盤（CD）播放器
0.2.2軟件無綫電和認知無綫電
0.2.3計算機控製係統
0.3連續和離散
0.3.1連續錶示和離散錶示
0.3.2導數和有限差分
0.3.3積分和求和
0.3.4微分方程和差分方程
0.4復數和實數
0.4.1復數和嚮量
0.4.2復變函數
0.4.3相量和正弦穩態
0.4.4相量與動態係統的聯係
0.5MATLAB軟件介紹
0.5.1數值計算
0.5.2符號計算
0.6本章練習題
0.6.1基礎題
0.6.2MATLAB實踐題
第二部分連續時間信號與係統的理論與應用
第1章連續時間信號
1.1引言
1.2時間依賴信號的分類
1.3連續時間信號
1.3.1基本信號運算——時移和反褶
1.3.2偶信號和奇信號
1.3.3周期信號和非周期信號
1.3.4有限能量信號和有限功率信號
1.4利用基本信號錶示連續時間信號
1.4.1復指數信號
1.4.2單位階躍信號、單位衝激信號和斜變信號
1.4.3信號的通式
1.5特殊信號——抽樣衝激序列和sinc信號
1.6基本信號運算——時間尺度變換、頻移和頻率加窗
1.7我們完成瞭什麼，我們嚮何處去
1.8本章練習題
1.8.1基礎題
1.8.2MATLAB實踐題
第2章連續時間係統
2.1引言
2.2係統的概念和分類
2.3綫性時不變(LTI)連續時間係統
2.3.1綫性
2.3.2時不變性
2.3.3捲積積分
2.4因果性
2.4.1捲積積分的圖形計算
2.5有界輸入有界輸齣（BIBO）穩定性
2.6我們完成瞭什麼，我們嚮何處去
2.7本章練習題
2.7.1基礎題
2.7.2MATLAB實踐題
第3章拉普拉斯變換
3.1引言
3.2雙邊拉普拉斯變換
3.2.1LTI係統的特徵函數
3.2.2收斂域
3.3單邊拉普拉斯變換
3.4單邊拉普拉斯變換的性質
3.4.1綫性
3.4.2微分
3.4.3積分
3.4.4時移
3.4.5捲積積分
3.5拉普拉斯逆變換
3.5.1單邊拉普拉斯變換的逆變換
3.5.2包含指數項函數的逆變換
3.5.3雙邊拉普拉斯變換的逆變換
3.6LTI係統的分析
3.6.1常微分方程描述的LTI係統
3.6.2捲積積分的計算
3.7我們完成瞭什麼，我們嚮何處去
3.8本章練習題
3.8.1基礎題
3.8.2MATLAB實踐題
第4章頻率分析： 傅裏葉級數
4.1引言
4.2重溫特徵函數
4.3復指數傅裏葉級數
4.3.1綫譜——分布在頻率上的功率
4.3.2三角傅裏葉級數
4.3.3由拉普拉斯求傅裏葉係數
4.3.4反褶周期信號反褶、偶信號和奇信號
4.3.5傅裏葉級數的收斂性
4.3.6時移和頻移
4.4LTI係統對周期信號的響應
4.4.1對周期信號濾波
4.5利用傅裏葉級數進行運算
4.5.1周期信號相加
4.5.2周期信號相乘
4.5.3周期信號的導數和積分
4.6我們完成瞭什麼，我們嚮何處去
4.7本章練習題
4.7.1基礎題
4.7.2MATLAB實踐題
第5章頻率分析： 傅裏葉變換
5.1引言
5.2從傅裏葉級數到傅裏葉變換
5.3傅裏葉變換的存在條件
5.4由拉普拉斯變換求傅裏葉變換
5.5綫性、反比例和對偶
5.5.1綫性
5.5.2時間和頻率的反比例關係
5.5.3對偶性
5.6譜錶示
5.6.1信號調製
5.6.2周期信號的傅裏葉變換
5.6.3帕色瓦爾能量關係
5.6.4譜錶示的對稱性
5.7捲積與濾波
5.7.1濾波基礎
5.7.2理想濾波器
5.7.3由極點和零點求頻率響應
5.7.4頻譜分析儀
5.8補充性質
5.8.1時移
5.8.2微分和積分
5.9我們完成瞭什麼,接下來是什麼
5.10本章練習題
5.10.1基礎題
5.10.2MATLAB實踐題
第6章拉普拉斯分析在控製係統中的應用
6.1引言
6.2係統連接和方框圖
6.3在經典控製中的應用
6.3.1穩定性和穩定化
6.3.2一階和二階控製係統的暫態分析
6.4LTI係統的狀態變量錶示
6.4.1標準型實現
6.4.2由狀態方程和輸齣方程求全解
6.4.3係統的外部和內部錶示
6.5我們完成瞭什麼,接下來是什麼
6.6本章練習題
6.6.1基礎題
6.6.2MATLAB實踐題
第7章通信和濾波中的傅裏葉分析
7.1引言
7.2應用於通信
7.2.1抑製載波調幅(AM�睸C)
7.2.2商用調幅
7.2.3單邊帶調幅
7.2.4正交幅度調製和頻分復用
7.2.5角調製
7.3模擬濾波
7.3.1濾波基礎
7.3.2巴特沃斯低通濾波器設計
7.3.3切比雪夫低通濾波器設計
7.3.4頻率變換
7.3.5用MATLAB設計濾波器
7.4我們完成瞭什麼，接下來是什麼
7.5本章練習題
7.5.1基礎題
7.5.2MATLAB實踐題
第三部分離散時間信號與係統的理論與應用
第8章抽樣理論
8.1引言
8.2均勻抽樣
8.2.1脈衝幅度調製
8.2.2理想衝激抽樣
8.2.3原始連續時間信號的重建
8.2.4由sinc函數插值重建信號
8.2.5奈奎斯特�蠶閂┏檠�定理
8.2.6用MATLAB模擬抽樣
8.2.7對已調信號抽樣
8.3實際抽樣
8.3.1抽樣保持
8.3.2量化與編碼
8.3.3用MATLAB抽樣、量化和編碼
8.4應用於數字通信
8.4.1脈衝編碼調製
8.4.2時分復用
8.5我們完成瞭什麼，我們嚮何處去
8.6本章練習題
8.6.1基礎題
8.6.2MATLAB實踐題
第9章離散時間信號與係統
9.1引言
9.2離散時間信號
9.2.1周期信號和非周期信號
9.2.2有限能量和有限功率離散時間信號
9.2.3偶信號和奇信號
9.2.4基本離散時間信號
9.3離散時間係統
9.3.1遞歸和非遞歸離散時間係統
9.3.2由差分方程描述的動態離散時間係統
9.3.3捲積和
9.3.4用MATLAB進行綫性和非綫性濾波
9.3.5離散時間係統的因果性和穩定性
9.4我們完成瞭什麼，我們嚮何處去
9.5本章練習題
9.5.1基礎題
9.5.2MATLAB實踐題
第10章Z變換
10.1引言
10.2抽樣信號的拉普拉斯變換
10.3雙邊Z變換
10.3.1收斂域
10.4單邊Z變換
10.4.1信號錶現與極點
10.4.2用MATLAB計算Z變換
10.4.3捲積和與轉移函數
10.4.4離散時間係統的互連
10.4.5初值和終值性質
10.5單邊逆Z變換
10.5.1長除法
10.5.2部分分式展開法
10.5.3用MATLAB求逆Z變換
10.5.4差分方程的解
10.5.5雙邊Z變換的逆變換
10.6狀態變量錶示
10.6.1狀態方程和輸齣方程的解
10.6.2標準實現
10.7我們完成瞭什麼，我們嚮何處去
10.8本章練習題
10.8.1基礎題
10.8.2MATLAB實踐題
第11章離散時間信號與係統的傅裏葉分析
11.1引言
11.2離散時間傅裏葉變換（DTFT）
11.2.1抽樣、Z變換、特徵函數和DTFT
11.2.2時間和頻率的對偶性
11.2.3用MATLAB計算DTFT
11.2.4時間支撐和頻率支撐
11.2.5非周期離散時間信號的能量/功率
11.2.6時移和頻移
11.2.7對稱性
11.2.8捲積和
11.3離散時間周期信號的傅裏葉級數
11.3.1離散時間周期信號的循環錶達式
11.3.2復指數離散傅裏葉級數
11.3.3與Z變換的聯係
11.3.4周期信號的DTFT
11.3.5LTI係統對周期信號的響應
11.3.6循環移位和周期捲積
11.4離散傅裏葉變換(DFT)
11.4.1周期離散時間信號的DFT
11.4.2非周期離散時間信號的DFT
11.4.3通過FFT計算DFT
11.4.4綫性捲積與循環捲積
11.4.5快速傅裏葉變換算法
11.4.6逆DFT的計算
11.5我們完成瞭什麼，我們嚮何處去
11.6本章練習題
11.6.1基礎題
11.6.2MATLAB實踐題
第12章離散濾波器設計概論
12.1引言
12.2頻率選擇離散濾波器
12.2.1相位失真
12.2.2IIR和FIR離散濾波器
12.3濾波器指標
12.3.1頻率指標
12.3.2時域指標
12.4IIR濾波器設計
12.4.1IIR離散濾波器的變換設計法
12.4.2巴特沃斯低通離散濾波器的設計
12.4.3切比雪夫低通離散濾波器的設計
12.4.4有理頻率變換
12.4.5用MATLAB設計一般IIR濾波器
12.5FIR濾波器設計
12.5.1窗函數設計法
12.5.2窗函數
12.5.3衝激響應的綫性相位及對稱性
12.6離散濾波器的實現
12.6.1IIR濾波器的實現
12.6.2FIR濾波器的實現
12.7我們完成瞭什麼，我們嚮何處去
12.8本章練習題
12.8.1基礎題
12.8.2MATLAB實踐題
附錄常用數學公式

精彩書摘

　　第3章拉普拉斯變換
　　我們懂得的不多，我們不知道的卻是浩瀚無垠。
　　皮埃爾�參髏傘だ�普拉斯侯爵（Pierre�睸imon，marquis de Laplace）（1749—1827年）
　　法國數學傢和天文學傢
　　3.1引言
　　第3至第5章的內容在連續時間信號和係統的分析中非常重要。本章開始連續時間信號和係統的頻域分析，采用的是拉普拉斯變換，而後麵兩章則分彆采用傅裏葉級數和傅裏葉變換來進行分析。拉普拉斯變換是這些變換最一般的形式，不過所有這些變換都為我們錶示信號提供瞭除時域形式之外的其他一些不同的錶達形式。拉普拉斯變換是復變量s=σ+jΩ的函數，該復變量由一個阻尼係數σ和一個頻率變量Ω構成，而傅裏葉變換隻是頻率Ω的函數。信號在時域裏的增長或衰減即阻尼，還有它的重復屬性即頻率，在拉普拉斯域裏是由信號的拉普拉斯變換的分子和分母的根，或者說零點和極點的位置來錶徵的。轉移函數的極點和零點的位置與係統的動態特性有關。
　　拉普拉斯變換為連續時間係統提供瞭一個重要的代數錶徵方式： 輸齣的拉普拉斯變換與輸入的拉普拉斯變換之比即係統的轉移函數。轉移函數的概念將LTI情況下的捲積積分和常微分方程錶示統一瞭起來。轉移函數的概念不僅在係統分析中有用，在係統設計中也很有用，這一點將在第7章中看到。
　　連續時間係統的某些特性隻有經過拉普拉斯變換之後纔能加以研究，例如穩定性、暫態響應和穩態響應等，這也是為什麼在學習傅裏葉分析之前先學習拉普拉斯分析的一個重要原因，要知道傅裏葉分析是專門用來處理連續時間信號和係統的頻率特性的。在經典控製論中，穩定性和瞬態是主要的問題，因此拉普拉斯變換在這個領域非常重要； 而在通信領域，信號的頻率特性和係統的頻率響應非常重要，這些則是由傅裏葉變換提供的。
　　考慮到因果信號（在負的時間等於零的信號）和因果係統（衝激響應在負的時間等於零的係統）的普遍性，拉普拉斯變換通常被稱為“單邊的”，但其實“雙邊的”變換也存在！雖然給人的印象是它們是兩個不同的變換，但實際上這是拉普拉斯變換應用於不同類型的信號和係統的結果。後麵將會證明，通過將信號分成因果分量和反因果分量兩個部分，我們隻需要應用單邊變換即可。不過在求逆變換時，要想得到正確的信號，還是需要小心謹慎。
　　由於拉普拉斯變換需要在無限域內進行積分，所以有必要考慮積分是否收斂以及在哪裏收斂，即在s平麵上的收斂區域。如果這個區域包含s平麵上的jΩ�倉幔�那麼當s=jΩ時的拉普拉斯變換存在，且此時的拉普拉斯變換與將在第5章介紹的傅裏葉變換是一緻的，因此對於一大類函數來說，它們的傅裏葉變換可以直接由它們的拉普拉斯變換獲得，這是先學習拉普拉斯變換的另一個理由。拉普拉斯變換還以一種微妙的方式與周期連續時間信號的傅裏葉級數錶示相關聯，當已經得到瞭信號的一個周期的拉普拉斯變換時，利用二者之間的這種關係可以消除積分從而減少傅裏葉級數的計算復雜度。
　　綫性時不變係統響應復指數信號的方式非常特彆： 係統的輸齣等於輸入的復指數信號，不過其幅度和相位都被係統的響應所改變。這個事實提供瞭用拉普拉斯變換錶徵係統的方法（當指數是復頻率s時），如果指數是jΩ，我們就用傅裏葉變換錶徵係統。特徵函數的概念與用於計算電路穩態響應的相量有關。
　　拉普拉斯(LAPLACE)和海維塞德(HEAVISIDE)
　　皮埃爾�參髏傘だ�普拉斯侯爵(The Marquis Pierre�睸imon de Laplace)（1749—1827年）是法國數學傢和天文學傢。雖然齣身貧賤，他卻憑藉著自己的政治能力成為瞭貴族。作為天文學傢，他畢生緻力於將牛頓萬有引力定律應用於整個太陽係的工作。他被認為是一位應用數學傢，作為法國科學院的院士，他認識同一時期的其他偉大的數學傢，如勒讓德（Legendre）、拉格朗日（Lagrange）和傅裏葉（Fourier）。除瞭在天體力學領域的貢獻，拉普拉斯在概率論方麵也做瞭重要的工作，而且拉普拉斯變換可能就是從概率論中來的，他覺得“概率論隻不過是把常識化成計算而已”。歐拉（Euler）和拉格朗日在早前曾用過類似於拉普拉斯變換的變換，然而，是奧利弗·海維塞德（Oliver Heaviside）（1850—1925年）將拉普拉斯變換應用於常微分方程的求解。海維塞德是個英國人，他自學成材成為瞭電氣工程師、數學傢和物理學傢。
　　3.2雙邊拉普拉斯變換
　　先來憑直覺看看如何得到拉普拉斯變換及其逆變換，而不是直接給齣它們的定義。正如前麵指齣的那樣，在錶徵信號以及將其輸入LTI係統所得到的響應時，有一個基本思想，那就是把它們看作為一些基本信號的組閤，且係統對這些基本信號的響應很容易求齣。在第2章考慮“時域”解法時，我們是把輸入錶示成無限多個衝激信號的組閤，這些衝激被輸入信號的值所加權，而且是齣
　　圖3.1LTI係統的特徵函數性質
　　係統的輸入是x(t)=es0t=eσ0tejΩ0t，係統的輸齣是同樣的輸入乘以復數值H(s0)，其中H(s)=L［h(t)］或者說係統衝激響應h(t)的拉普拉斯變換。
　　現在所有可能的時間，之所以將信號錶示為衝激之和是因為由衝激引起的響應正是LTI係統的衝激響應，它是我們學習的基礎。若想獲得輸入LTI係統的信號的“頻域”錶示，可以采用相似的做法，這種情況下所用的基本函數是復指數函數或正弦函數。接下來要討論的特徵函數概念，最初讀者可能會覺得有點兒抽象，但是當看到它在本章以及後麵傅裏葉錶達式中的應用之後，你就知道它為我們提供瞭一個獲得類似於衝激錶示的錶達式的途徑（見圖3.1）。
　　……

前言/序言

　　在此書中，我所做的僅僅是采摘他人之鮮花，用我的絲綫將它們捆紮在一起而已。
　　M.De濛田(Montaigne)(1533—1592年)
　　法國散文傢
　　本書是第2版，第2版的總體框架與第1版保持一緻，但從內容上講，第2版對第1版的部分內容進行瞭改寫，補充瞭一些素材，並重新進行瞭組織。所做的修改很多都來自於使用本書的師生們在教學過程中所提齣的有益建議，對此嚮他們錶示誠摯的感謝。
　　正如在第1版中指齣的那樣，雖然科學與工程的進步很難與技術的進步保持同步，但令人欣慰的是通過對基本原理的深刻理解，要保持科學和工程的發展與創新是存在可能的。信號與係統理論是這些基本原理之一，它將在未來幾年裏成為眾多工程研發的基礎。在不久的將來，不僅僅是工程師們需要瞭解信號與係統，從某種程度上來說我們每一個人都需要瞭解信號與係統，計算機、手機、數字記錄和數字通信等等的廣泛應用，使得我們都需要信號與係統理論。
　　信號與係統結閤瞭抽象的數學和學科上的具

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