《信號與系統分析》全面介紹信號與系統的基本理論和基本分析方法,從連續時間到離散時間,從輸入輸出描述到狀態描述,力求以統一的觀點闡明基本概念和方法。全書共分10章,第1章介紹信號與系統的基本概念;第2章講述連續信號與系統的時域分析方法;第3章和第4章討論連續信號和系統的頻域分析方法;第5章介紹了拉普拉斯的基本概念;第6章介紹了連續時間系統的復頻域分析;第7章離散信號與系統的時域分析;第8章介紹離散時間傅里葉變換等;第9章介紹了z變換;第10章介紹了離散時間系統的復頻域分析。
“信號與系統分析”課程是通信、電子、電氣工程與自動化等眾多電氣與電子信息專業的一門核心基礎課程,其主要內容涉及信號與系統的基本概念、基本理論和基本分析方法,研究方法包括信號與系統的時域、頻域和復頻域分析。
近年來,隨著現代科學技術的飛速發展,以及跟信號與系統相關的高新技術的大量涌現,信號與系統的理論和方法也在快速更新,同時,應用領域也在不斷擴充與深化,這些富有時代性的突出特點對該課程的教材體系和內容變革提出了全新的要求,也使得“信號與系統分析”這門課程的重要性日益為人們所認識。
編者在不斷追蹤、研習國內外“信號與系統分析”教材體系與內容變化的基礎上,結合自己長期從事該課程中文與全英文教學的實踐體會,并針對我國教學體系與教學實踐改革的現狀和要求,以及學生的具體情況,本著知識體系完備、例題典型豐富、強化基礎、貼近實際、敘述簡潔、講解透徹、便于讀者自學的編寫原則,精心編寫了這本可反映現代“信號與系統分析”基本原理、教學體系和內容的教材。
編者力求通過深入淺出、透徹清楚、邏輯關系明晰的敘述和數學推導過程簡單的分析將信號與系統的基本原理、具體知識有條理地介紹給讀者,以使他們能夠在融會貫通、深刻理解所學內容的基礎上進一步學好后續課程或者能夠將所掌握的知識靈活、有機地應用于實踐中。
本書由胡釙教授、秦亮、韓谷靜副教授共同撰寫,胡釙任主編并負責統稿和審校全書。本書第1、2章由韓谷靜編寫,第3、4章由秦亮編寫,第5~10章由胡釙編寫。劉開培教授審閱了全書內容并提出了許多寶貴意見,在此謹表誠摯的謝意。
在本書的編寫過程中,武漢大學電氣工程學院“信號與系統分析”課程組的全體教師,以及唐炬、劉開培、查曉明、劉滌塵、阮江軍、常湧等有關專家提出了很多有益的建議,在此向他們一并表示衷心感謝。另外,本書的編寫出版得到了機械工業出版社華章公司王穎副總編的鼓勵、指導和幫助,在此也表示感謝。
限于編者的水平,書中恐有疏誤之處,熱切期望讀者批評指正。
編者
前言
教學建議
第1章緒論
1.1信號與系統的基本概念
1.2信號的函數描述
1.3信號的分類
1.4系統的描述和模型求解
1.5系統的分類
1.6信號與系統分析的任務
習題
第2章連續信號與系統的時域分析
2.1連續信號的基本運算
2.2典型連續信號及其基本特性
2.3連續系統的數學模型:微分方程
2.4零輸入響應和零狀態響應
2.5用線性常系數微分方程描述的系統為線性時不變因果系統的條件
2.6沖激響應和階躍響應
2.7卷積及其性質
2.8零狀態響應的卷積法求解
2.9用算子表示微分方程
2.10“廣義函數”意義下的沖激信號
習題
第3章連續信號的頻域分析
3.1用完備正交函數集來表示信號
3.2周期信號的傅里葉級數
3.3傅里葉變換
3.4典型非周期信號的傅里葉變換
3.5周期信號的傅里葉變換
3.6能量譜和功率譜
習題
第4章連續系統的頻域分析
4.1系統的頻率特性
4.2無失真傳輸
4.3理想濾波器
4.4系統的物理可實現性
4.5希爾伯特變換及其應用
4.6調制與解調
4.7多路復用技術
習題
第5章拉普拉斯變換
5.1雙邊拉氏變換的定義
5.2典型信號的雙邊拉氏變換
5.3拉氏變換的零、極點定義與階數
5.4呈有理函數形式的拉氏變換式的零、極點及其性質
5.5拉氏變換收斂域的基本性質
5.6連續信號的特征與其雙邊拉氏變換式收斂域的對應關系
5.7單邊拉氏變換的定義
5.8單邊拉氏變換的收斂域
5.9拉氏反變換
5.10拉氏變換與傅里葉變換的關系
習題
第6章連續時間系統的復頻域分析
6.1線性時不變系統的系統函數
6.2用常微分方程描述的連續系統的零狀態響應與零輸入響應的s域求解
6.3利用線性時不變系統的系統函數的零、極點分布確定系統的時域特性
6.4利用系統函數和輸入信號的極點分布分析自由響應和強迫響應、暫態響應和穩態響應
6.5利用系統函數的極點分布確定線性時不變系統的因果性與穩定性
6.6勞斯穩定性判據
6.7利用系統函數的零、極點分布確定線性時不變系統的頻率特性
6.8連續因果時不變穩定系統的正弦穩態響應
6.9線性時不變系統的模擬
6.10線性時不變系統的表示
習題
第7章離散信號與系統的時域分析
7.1離散信號——序列
7.2序列的基本運算
7.3典型序列及其基本特性
7.4離散系統的基本概念與基本特性
7.5離散系統的數學模型:差分方程
7.6用常系數線性差分方程描述的系統為線性移不變因果系統的條件
7.7線性常系數差分方程的建立與主要應用
7.8離散系統的單位樣值響應與單位階躍響應
7.9線性移不變系統的卷積和
7.10用單位樣值響應表征的線性移不變系統的特性
7.11反卷積
習題
第8章離散時間傅里葉變換、離散傅里葉變換和快速傅里葉變換
8.1線性移不變系統對復指數輸入序列的響應
8.2周期序列的離散時間傅里葉級數
8.3非周期序列的離散時間傅里葉變換
8.4離散時間傅里葉變換與連續時間傅里葉變換之間的關系
8.5典型非周期序列的離散時間傅里葉變換
8.6周期序列的離散時間傅里葉變換
8.7離散時間傅里葉變換的基本性質
8.8離散傅里葉變換:有限長序列的傅里葉分析
8.9離散傅里葉變換的性質
8.10分段卷積法:短序列與長序列的線性卷積
8.11利用離散傅里葉變換近似分析連續非周期信號的頻譜
8.12利用離散傅里葉變換分析連續信號譜時的參數選擇
8.13FFT算法
8.14快速傅里葉反變換
習題
第9章z變換
9.1z變換的定義
9.2雙邊z變換與單邊z變換的關系
9.3z變換的零、極點定義與階數
9.4呈有理函數形式的z變換式的零、極點及其性質
9.5雙邊z變換的收斂域與z變換收斂域的基本性質
9.6序列特征與其雙邊z變換收斂域的對應關系
9.7單邊z變換的收斂域
9.8常用序列的z變換
9.9z變換的基本性質
9.10z反變換
9.11z變換與拉氏變換的關系
9.12離散時間傅里葉變換、離散傅里葉變換及z變換之間的關系
習題
第10章離散時間系統的復頻域分析
10.1線性移不變系統的系統函數
10.2離散時間系統的零狀態響應與零輸入響應的z域求解
10.3利用線性移不變系統的系統函數的零、極點分布分析系統的時域特性
10.4利用系統函數的零、極點分布分析自由響應和強迫響應、暫態響應和穩態響應
10.5利用系統函數的極點分布確定線性移不變系統的因果性、穩定性
10.6朱里穩定性判據
10.7線性移不變系統的可逆性
10.8離散時間系統的頻域特性
10.9利用離散系統函數的零、極點分布確定系統的頻率響應
10.10連續系統與離散系統之間的相互轉換
10.11線性移不變系統的模擬
10.12線性移不變系統的表示
10.13線性移不變系統的信號流圖形式
習題
參考文獻