《信號與系統/普通高等教育“十二五”電子信息類規劃教材》通過分析連續時間信號與系統的時域特性,頻域特性和復頻域特性,給出了從時域,頻域和復頻域角度分析確定連續時間信號通過線性時不變系統的基本原理與常規處理方法,還分析了離散時間信號與系統的Z域分析過程和傅里葉分析方法。教材遵循從時域到變換域,從連續到離散,從輸入-輸出到狀態描述的循序漸進的推進方式,注重闡明信號與系統中相關的物理概念和方法。教材還注重將相關概念與工程應用背景相結合!缎盘柵c系統/普通高等教育“十二五”電子信息類規劃教材》適用于作為通信工程、電子科學與技術、測控技術與儀器等專業的本科教材,也適合于其他包括電類、信息類理工科專業本科及研究生使用,也可供相關工程技術人員自學參考使用。
前言
第1章信號與系統分析導論1
1.1信號的描述與分類1
1.1.1信號的描述1
1.1.2信號的分類和特性3
1.2常用連續時間信號及其
時域特性6
1.2.1常用連續時間信號及其描述6
1.2.2連續時間信號的基本運算16
1.2.3確定信號的時域分解20
1.2.4信號的正交函數
表示法23
1.3常用離散時間信號及其
時域特性29
1.3.1離散時間信號及其描述30
1.3.2離散時間信號的基本運算30
1.3.3常用的離散時間信號33
1.4系統的描述與分類36
1.4.1系統的描述36
1.4.2系統的分類39
1.4.3線性時不變系統的基本性質42
1.5信號與系統分析方法概述44
1.5.1信號與系統的分析方法44
1.5.2信號與系統理論的應用45
本章小結45
習題45
第2章連續時間系統的時域分析49
2.1連續時間系統的經典時域
分析方法49
2.1.1連續時間系統的數學模型50
2.1.2連續時間LTI系統的經典
分析法51
2.2連續時間系統的零輸入響應
與零狀態響應57
2.2.1系統的起始狀態到初始狀態57
2.2.2零輸入響應與零狀態響應
的定義62
2.2.3零輸入響應與零狀態響應
的求解63
2.2.4零輸入線性與零狀態線性67
2.3沖激響應與階躍響應68
2.4卷積73
2.4.1卷積的定義73
2.4.2卷積的計算74
2.4.3卷積的性質76
2.5零狀態響應的卷積積分法求解80
2.6微分方程的算子符號表示法82
2.6.1算子符號的基本規則82
2.6.2用算子符號建立微分方程83
本章小結85
習題85
第3章線性時不變離散時間系統
時域分析90
3.1離散時間系統的數學模型90
3.1.1離散時間系統的性質91
3.1.2離散時間系統的數學模型——
差分方程92
3.2離散時間系統的經典時域
分析方法95
3.3離散時間系統的零輸入響應
與零狀態響應99
3.4離散時間系統的單位抽樣響應與
單位階躍響應102
3.4.1離散時間系統的單位
抽樣響應102
3.4.2離散時間系統的單位
階躍響應104
3.5卷積和及其在求離散時間系統
響應中的應用104
3.5.1卷積和的定義及圖解法計算104
3.5.2用卷積和求解離散時間
系統響應106
3.6系統的穩定性與因果性107
本章小結108
習題108
第4章連續時間信號與系統的
頻域分析110
4.1周期信號的傅里葉級數110
4.1.1傅里葉級數110
4.1.2傅里葉級數收斂條件114
4.1.3利用函數對稱性簡化傅
里葉級數運算115
4.2周期信號的頻譜118
4.2.1時域與頻域的關系118
4.2.2周期信號的頻譜及其特點119
4.3非周期信號的傅里葉變換125
4.4典型非周期信號的頻譜127
4.5傅里葉變換的性質132
4.6周期信號的傅里葉變換146
4.7抽樣定理149
4.7.1信號的抽樣150
4.7.2時域抽樣定理151
4.7.3頻域抽樣定理154
4.8連續時間信號通過LTI系統的
頻率響應分析154
4.8.1LTI系統的頻率響應154
4.8.2用頻域分析法求零
狀態響應155
本章小結161
習題161
第5章連續時間信號的復頻域
分析165
5.1拉普拉斯變換165
5.1.1拉普拉斯變換的定義165
5.1.2拉普拉斯變換的收斂域167
5.2常用函數的拉普拉斯變換169
5.3拉普拉斯逆變換171
5.4拉普拉斯變換的基本性質177
5.5拉普拉斯變換與傅里葉
變換的關系184
本章小結186
習題187
第6章連續時間系統的復頻域
分析189
6.1線性系統復頻域分析法189
6.1.1基本元件的復頻域特性189
6.1.2用元件S域模型分析
系統響應191
6.1.3用微分特性分析系統的復頻
域響應193
6.2系統函數及其零、極點195
6.2.1系統函數195
6.2.2系統函數的零、極點196
6.3系統函數的零、極點分布與
時域響應197
6.4由系統函數求頻率響應203
6.4.1用零、極點分布確定系統的
頻率響應203
6.4.2用解析法確定系統的
頻率響應208
6.5系統穩定性及其判定210
6.5.1系統的穩定性210
6.5.2系統穩定性判據211
6.6信號流圖和梅森公式214
6.6.1由系統框圖到信號
流圖的轉換214
6.6.2信號流圖中的常用術語216
6.6.3信號流圖的運算法則216
6.6.4信號流圖的梅森
增益公式218
本章小結219
習題219
第7章信號與系統在通信中的
應用223
7.1無失真傳輸223
7.2理想濾波器225
7.2.1理想低通濾波器及其
頻率特性226
7.2.2帶通濾波器及其特性229
7.2.3系統的物理可實現性及佩利-
維納準則232
7.3調制與解調234
7.3.1信號的幅度調制原理234
7.3.2幅度調制信號的解調原理234
7.4抽樣信號的重構235
7.5信號的相關239
7.5.1相關系數239
7.5.2相關函數241
7.5.3相關函數的性質242
7.5.4相關函數的計算242
7.5.5相關定理243
7.6能量譜和功率譜244
7.6.1能量和功率244
7.6.2信號的能量譜與功率譜245
7.6.3維納-辛欽關系248
7.6.4信號通過LTI系統的能
量譜與功率譜249
7.7匹配濾波器251
本章小結254
習題254
第8章離散時間信號與系統的Z
域分析259
8.1Z變換及其收斂域259
8.1.1Z變換259
8.1.2Z變換的收斂域260
8.1.3典型序列的收斂域260
8.2常用序列的Z變換263
8.3Z反變換264
8.4Z變換的性質269
8.5Z變換與拉普拉斯變換的
關系275
8.5.1S平面與Z平面的映射關系275
8.5.2Z變換與拉普拉斯變換表達
式間的轉換277
8.6Z域中求解離散時間系統的
響應278
8.6.1零輸入響應的Z域求解279
8.6.2零狀態響應的Z域求解279
8.6.3全響應的Z域求解280
8.7Z域系統函數及其應用282
8.7.1系統函數H(z)282
8.7.2系統函數H(z)的解法282
8.7.3系統函數零、極點分布與
h(n)的關系283
8.7.4利用H(z)判斷離散時間
系統的穩定性284
8.8離散時間系統的頻率
響應特性285
8.8.1離散時間系統的頻率響應285
8.8.2幾何法求離散時間系統的頻率
響應特性287
本章小結288
習題289
第9章離散時間系統的傅里葉分析291
9.1離散傅里葉級數291
9.1.1周期序列離散傅里
葉級數的引入294
9.1.2x(n)的k次諧波系數
X(k)的求法294
9.1.3用Z變換、傅里葉變換
求X(k)296
9.1.4離散傅里葉級數的性質297
9.2離散傅里葉變換300
9.2.1有限長序列x(n)和周期序列
x(n)的關系300
9.2.2有限長序列X(k)和周期序列
X(k)的關系301
9.2.3有限長序列的離散傅
里葉變換301
9.3離散傅里葉變換的基本性質302
9.3.1離散傅里葉變換的
基本性質302
9.3.2有限長序列的線性卷積與
圓周卷積309
9.4離散傅里葉變換與Z變換
的關系312
9.5快速傅里葉變換313
9.5.1減少DFT運算次數的方法314
9.5.2時間抽選算法(DIT)的
基本原理315
9.5.3快速傅里葉變換的運算量321
9.5.4按時間抽。―IT)的FFT
算法的特點321
9.6快速傅里葉變換的應用323
本章小結326
習題327
第10章系統的狀態變量分析法329
10.1連續時間系統狀態方程
的建立330
10.1.1連續時間系統狀態方程的
一般形式330
10.1.2由電路圖直接建立狀態
方程331
10.1.3由系統微分方程建立
狀態方程334
10.1.4由系統傳遞函數建立
狀態方程337
10.2連續時間系統狀態方程的
S域求解340
10.2.1狀態方程的S
域求解過程340
10.2.2輸出方程的S域解法340
10.2.3矩陣A的特征值與
系統的自然頻率341
10.3連續時間系統狀態方程的
時域求解345
10.3.1狀態方程的時域求解345
10.3.2輸出方程的時域求解與單位
沖激響應矩陣h(t)346
10.3.3狀態轉移矩陣φ(t)=eAt
的性質346
10.3.4矩陣指數函數eAt的計算348
10.4離散時間系統狀態方程的
建立與求解351
10.4.1離散時間系統狀態方程的
建立351
10.4.2離散時間系統狀態方程的
求解352
本章小結358
習題358
附錄362
附錄A常見信號的傅里葉變
換表362
附錄B常見信號的單邊拉普拉斯變
換表363
附錄C常見信號的Z變換表363
附錄DZ變換的主要性質364
附錄E幾何級數的求值公式表364
附錄F常用數學公式365
習題答案369
參考文獻389