国家工科电工电子教学基地精品教材：信号与线性系统 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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潘双来，邢丽冬 编

图书标签:

• 信号与线性系统
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• 控制理论
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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302118367

版次：1

商品编码：10445894

品牌：清华大学

包装：平装

开本：16开

出版时间：2006-02-01

用纸：胶版纸

页数：313

字数：501000

正文语种：中文

内容简介

《国家工科电工电子教学基地精品教材：信号与线性系统》主要介绍确定信号通过线性时不变系统传输的基本理论和分析方法，并对数字信号处理的基础知识做了必要的介绍。全书共分7章，包括信号与系统的基本概念、连续时间系统的时域分析、连续时间信号与系统的频域分析、连续时间信号与系统的复频域分析、离散时间信号与系统的时域分析、离散系统的z域分析、离散信号的傅里叶变换及数字滤波器。
《国家工科电工电子教学基地精品教材：信号与线性系统》可供普通高等学校电气工程、自动控制、工业自动化、计算机、仪器仪表、电子信息工程、通信工程等专业的本科生作为“信号与系统”课程的教材，也可供相关工程技术人员参考。

目录

第1章 信号与系统的基本概念
1.1 信号的概念
1.2 基本的连续信号及其时域特性
1.3 连续信号的基本运算与时域变换
1.4 连续信号的时域分解
1.5 系统的概念与特性
1.6 信号与系统分析概述
1.7 信号变换与运算的MATLAB实现
习题
MATLAB习题

第2章 连续时间系统的时域分析
2.1 系统的微分算子方程与传输算子
2.2 LTI连续系统的零输入响应
2.3 LTI连续系统的冲激响应与阶跃响应
2.4 卷积积分
2.5 求系统零状态响应的卷积积分法
2.6 卷积积分的计算机辅助教学
习题
MATLAB习题

第3章 连续时间信号与系统的频域分析
3.1 信号的正交分解与傅里叶级数
3.2 周期信号的频谱
3.3 非周期信号的频谱——傅里叶变换
3.4 傅里叶变换的基本性质
3.5 周期信号的傅里叶变换
3.6 连续信号的抽样定理
3.7 调制与解调
3.8 频分复用与时分复用
3.9 连续系统的频域分析
3.10 周期信号通过线性系统的计算机辅助求解
习题
MATLAB习题

第4章 连续时间信号与系统的复频域分析
4.1 拉普拉斯变换
4.2 拉普拉斯变换的基本性质
4.3 拉普拉斯反变换
4.4 线性系统复频域分析法
4.5 连续系统的表示与模拟
4.6 系统函数与系统特性
4.7 连续时间系统复频域分析的MATLAB实现
习题
MATLAB习题

第5章 离散时间信号与系统的时域分析
5.1 离散时间信号——序列
5.2 离散时间系统的数学模型
5.3 常系数线性差分方程的求解
5.4 离散系统单位序列（单位冲激）响应
5.5 卷积和
5.6 离散系统时域响应的MATLAB实现
习题
MATLAB习题

第6章 离散系统的z域分析
6.1 离散信号的Z变换
6.2 Z变换的基本性质
6.3 Z逆变换
6.4 Z变换与拉普拉斯变换的关系
6.5 利用Z变换求解差分方程
6.6 z域的系统函数H（z）
6.7 利用MATLAB进行离散系统的z域分析
习题
MATLAB习题

第7章 离散信号的傅里叶变换及数字滤波器
7.1 序列的傅里叶变换
7.2 离散傅里叶级数
7.3 离散傅里叶变换
7.4 离散傅里叶变换的性质
7.5 快速傅里叶变换
7.6 IDFT的快速算法
7.7 数字滤波器
7.8 离散傅里叶变换的MATLAB实现
习题
MATLAB习题
部分习题答案
参考文献

前言/序言

信号与线性系统：探秘信息流动的奥秘 本书旨在为广大读者，特别是高等院校工科专业学生，深入浅出地剖析“信号与线性系统”这一信息科学的基础学科。它不仅是理解现代电子工程、通信技术、自动控制、计算机科学乃至众多交叉学科的基石，更是洞察信息如何在复杂环境中产生、传播、变换和处理的钥匙。本书力求在继承经典理论体系的基础上，融入时代发展的最新视角，以严谨的逻辑、清晰的阐述和丰富的实例，引导读者构建起一套扎实的理论框架，培养出解决实际工程问题的分析能力和创新思维。 第一部分：信号的本质与分类 在信息爆炸的时代，我们无时无刻不被各种各样的信号所包围：手机通讯中的电磁波，音乐欣赏中的声波，医学诊断中的生理信号，甚至股票市场的波动都可以被视为信号。那么，什么是信号？本书将从数学和物理的角度，对信号进行精确的定义。我们将理解信号是物理量随时间、空间或其他独立变量变化的表现，它承载着信息。 随后，我们将系统地介绍信号的各种分类。 按独立变量分类： 连续时间信号（CT信号）：其自变量是连续的，例如声音的波形，温度随时间的变化。我们将深入探讨连续时间信号的数学表示，包括其采样、截断等特性。 离散时间信号（DT信号）：其自变量是离散的，通常是采样后的连续时间信号，如数字音频、图像像素值。我们将重点分析离散时间信号的序列表示，以及它在数字信号处理中的关键作用。 按幅度分类： 模拟信号（Analog Signals）：其幅度是连续变化的，能够取任意值。我们将讨论模拟信号的特性，如动态范围和精度问题。 数字信号（Digital Signals）：其幅度被量化为有限的几个离散值。我们将理解数字信号的量化过程，以及它在抗干扰、存储和处理方面的优势。 按周期性分类： 周期信号（Periodic Signals）：其波形在时间上重复出现，具有固定的周期。我们将学习如何识别周期信号，并理解其傅里叶级数展开的数学表示，这将为后续的频谱分析奠定基础。 非周期信号（Aperiodic Signals）：其波形不重复，没有固定的周期。我们将探讨如何用傅里叶变换来分析非周期信号的频谱特性。 按能量和功率分类： 能量信号（Energy Signals）：其总能量是有限的。例如，短暂的脉冲信号。我们将学习如何计算信号的能量，并理解能量信号在通信系统中的应用。 功率信号（Power Signals）：其平均功率是有限的。例如，连续的正弦波信号。我们将研究功率信号的平均功率计算，并探讨其在稳定系统中的意义。 按奇偶性分类： 偶信号（Even Signals）：满足 $f(t) = f(-t)$ 的性质。 奇信号（Odd Signals）：满足 $f(t) = -f(-t)$ 的性质。 我们将学习如何判断信号的奇偶性，并理解奇偶性在信号分解和系统分析中的重要性。 本书还将介绍一些重要的基本信号，如单位冲激信号（Dirac Delta Function）、单位阶跃信号（Heaviside Step Function）、矩形脉冲信号、指数信号、正弦信号和余弦信号等。这些基本信号是构建更复杂信号的“原子”，对它们的深入理解是掌握信号分析的关键。我们将详细介绍它们的数学表达式、时域特性和在系统分析中的作用。 第二部分：线性时不变（LTI）系统的核心概念 在现实世界中，许多系统都表现出良好的线性与时不变特性，例如许多电子电路、机械系统和通信信道。理解这类系统是分析和设计各种工程系统的基础。 线性性（Linearity）：系统满足齐次性（scaling）和叠加性（additivity）。这意味着，如果输入信号 $x_1(t)$ 产生输出 $y_1(t)$，输入信号 $x_2(t)$ 产生输出 $y_2(t)$，那么输入信号 $a x_1(t) + b x_2(t)$ 将产生输出 $a y_1(t) + b y_2(t)$，其中 $a$ 和 $b$ 是任意常数。本书将通过实例，深入剖析线性系统的数学定义和物理意义，并提供判断系统是否线性的方法。 时不变性（Time Invariance）：系统的特性不随时间的推移而改变。也就是说，如果输入信号 $x(t)$ 产生输出 $y(t)$，那么延迟输入信号 $x(t - au)$ 将产生延迟输出信号 $y(t - au)$，无论 $ au$ 是多少。我们将通过具体例子，说明时不变系统的特性，以及如何验证一个系统是否为时不变系统。 线性时不变（LTI）系统的数学描述：差分方程与微分方程 对于离散时间的LTI系统，我们通常用差分方程来描述其输入输出关系。例如，一个简单的RC滤波电路在离散域上的表现可以用一阶线性常系数差分方程来表示。我们将学习如何建立和求解这些差分方程，以预测系统的行为。 对于连续时间的LTI系统，则常用微分方程来描述。例如，RLC电路的电压电流关系就可以用二阶线性常系数微分方程来刻画。本书将详细讲解如何建立微分方程模型，并介绍求解方法，包括经典的拉普拉斯变换法和初值法的应用。 卷积：LTI系统的核心运算 卷积是LTI系统分析中最核心、最重要的数学工具。它描述了系统如何“记忆”过去的输入，并将其与系统的“冲激响应”结合起来，生成当前的输出。 冲激响应（Impulse Response）：一个LTI系统在输入为单位冲激信号 $delta(t)$（或 $delta[n]$）时产生的输出，记作 $h(t)$（或 $h[n]$）。冲激响应完全表征了一个LTI系统。我们将深入理解冲激响应的物理含义，并学习如何利用它来分析系统的行为。 卷积定理（Convolution Theorem）：一个LTI系统的输出信号 $y(t)$（或 $y[n]$）等于输入信号 $x(t)$（或 $x[n]$）与系统冲激响应 $h(t)$（或 $h[n]$）的卷积。 连续时间信号的卷积：$y(t) = x(t) h(t) = int_{-infty}^{infty} x( au) h(t - au) d au$ 离散时间信号的卷积：$y[n] = x[n] h[n] = sum_{k=-infty}^{infty} x[k] h[n - k]$ 本书将通过图示和具体的计算实例，详细讲解卷积的计算方法，包括图解法和代数法。我们将强调卷积在理解系统动态行为、预测输出信号形态中的关键作用。 第三部分：频域分析：傅里叶变换与拉普拉斯变换 时域分析固然重要，但许多信号和系统的特性在频域中表现得更为清晰。频域分析能够揭示信号的频率成分、系统的频率响应特性，为系统设计和优化提供强大的指导。 傅里叶级数（Fourier Series）：用于表示周期信号。任何周期信号都可以表示为一系列不同频率的正弦（或余弦）信号之和。我们将学习如何计算傅里叶级数的系数，并理解其在频谱分析中的意义。 傅里叶变换（Fourier Transform）：用于表示非周期信号。傅里叶变换将一个时域信号转换到频域，揭示了信号在各个频率上的成分。 连续时间傅里叶变换 (CTFT)：$X(omega) = int_{-infty}^{infty} x(t) e^{-jomega t} dt$ 离散时间傅里叶变换 (DTFT)：$X(e^{jomega}) = sum_{n=-infty}^{infty} x[n] e^{-jomega n}$ 本书将详细介绍傅里叶变换的性质，如线性性、时移、频移、卷积等，以及其在信号滤波、频谱分析和系统识别中的应用。我们还将探讨傅里叶变换在物理学、工程学中的广泛应用，如音频处理、图像压缩等。 拉普拉斯变换（Laplace Transform）：是傅里叶变换的推广，适用于更广泛的信号，特别是那些在时域上可能无限增长但有界衰减的信号。拉普拉斯变换将信号从时域转换到一个复频率域（s域）。 单边拉普拉斯变换：$X(s) = int_{0}^{infty} x(t) e^{-st} dt$ 拉普拉斯变换在求解线性常系数微分方程、分析系统的稳定性、研究系统频率响应等方面具有极其重要的作用。本书将重点介绍拉普拉斯变换的收敛域（ROC）概念，以及它与系统稳定性的关系。我们将通过大量实例，展示如何利用拉普拉斯变换来分析动态系统的瞬态响应和稳态响应。 第四部分：系统分析与设计 在掌握了信号的表示和系统的基本数学描述后，本书将进一步深入系统分析和设计。 系统稳定性（System Stability）：一个系统是稳定的，意味着当输入有界时，输出也是有界的。我们将学习如何判断LTI系统的稳定性，特别是在频域和s域中的判据（如特征根、传递函数极点）。 频率响应（Frequency Response）：描述了LTI系统对不同频率信号的放大或衰减程度，以及相位移。频率响应是系统设计中至关重要的概念，它决定了系统能否有效传输特定频率范围的信号。我们将通过幅频特性和相频特性曲线，深入理解频率响应的含义，并探讨其在滤波器设计中的应用。 滤波器设计（Filter Design）：滤波器是用于选择性地通过或阻止特定频率分量的电子电路或算法。我们将介绍不同类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器，并简要介绍其基本设计原理。 应用展望 本书的理论知识与众多工程领域紧密相连。通过对信号与线性系统的深入学习，读者将能够： 通信工程：理解信号的调制、解调、信道传输与接收，以及各种通信系统的设计原理。 自动控制：分析控制系统的稳定性、动态响应，设计控制器以实现预期的系统性能。 电子工程：设计和分析模拟电路和数字电路，理解信号在电路中的传播和变换。 计算机科学：理解数字信号处理（DSP）技术，如音频、图像和视频信号的处理与压缩。 生物医学工程：分析生理信号，如心电图（ECG）、脑电图（EEG）等。 本书的编写过程中，力求做到： 理论体系严谨：基于公认的数学和工程原理。 阐述清晰直观：避免晦涩的专业术语，尽可能用通俗易懂的语言解释。 图示丰富：通过大量图表，帮助读者理解抽象的概念。 实例贴近实际：结合工程实际中的典型例子，加深理论的应用理解。 循序渐进：从基本概念到复杂应用，逐步引导读者深入。 希望通过本书的学习，读者能够构建起坚实的“信号与线性系统”知识体系，为未来在信息科学和工程技术领域的学习与实践打下坚实的基础，并能够从信息流动的角度，更深刻地理解我们所处的世界。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的期待，更多是源于它所承载的“精品教材”的定位。在电子信息领域，信号与线性系统无疑是核心课程之一，其重要性不言而喻。我希望这本书能够成为一本权威的参考书，不仅适合在校学生学习，也能作为工程技术人员的案头必备。我关注的是书中内容的全面性和深度，是否涵盖了该领域最前沿的理论发展和应用。此外，我非常看重教材的严谨性和准确性，对数学推导的清晰度和逻辑性有很高的要求。如果书中能够包含一些历史背景的介绍，讲述一些重要理论的提出过程，那会更有助于理解其深远意义。我希望这本书能够提供清晰的学习路径，引导读者从基础走向深入，最终掌握信号与线性系统的精髓，为解决更复杂的科学技术问题提供强大的理论支撑。

评分☆☆☆☆☆

我是一个对信号与系统充满好奇的学习者，尽管我可能还没有专业的背景，但我坚信理解信号如何在这个世界上流动和交互是理解许多现代技术的基础。我希望这本书能够以一种相对易懂的方式，将复杂的数学概念转化为可以被理解的原理。比如，通过生动的图示或者类比，来解释傅里叶变换如何揭示信号的频率组成，或者卷积是如何描述系统对输入信号的响应的。我希望书中能够包含一些基础的信号类型（如正弦波、方波、脉冲信号）和基本的系统类型（如RC电路、RLC电路）的分析，并逐步深入。如果能有一些简单的模拟实验或者在线资源的链接，帮助我亲手验证一些理论概念，那就更棒了。我希望这本书能够点燃我对信号与系统学习的热情，让我觉得这项知识是触手可及的，并且能启发我去探索更广阔的领域。

评分☆☆☆☆☆

作为一个有着几年工作经验的电子工程师，我在实际工作中经常会遇到各种信号处理方面的问题。例如，在设计滤波器时，我需要清楚地知道不同滤波器类型对信号频谱的影响；在分析系统稳定性时，我也需要对系统的传递函数有深入的理解。然而，在工作中，我们往往依赖于一些工具和库，对背后的理论原理掌握得并不够牢固。我购买这本书，正是希望能够系统地回顾和深化我对信号与线性系统知识的理解。我特别希望书中能够包含一些更高级的主题，比如多维信号处理、非线性系统初步，或者是一些更复杂的系统分析方法。如果书中能够穿插一些实际工程案例的分析，并且能够给出具体的代码实现思路，那就更具参考价值了。我希望这本书能够帮助我弥补理论上的短板，提升我在解决实际工程问题时的深度和广度。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚刚接触到信号与系统这门课程的学生，最初的几周学习让我感到有些吃力。老师在课堂上讲解的概念，虽然逻辑清晰，但总感觉缺少了一些直观的理解。比如，傅里叶变换的意义、拉普拉斯变换的收敛域究竟代表着什么，这些问题在脑海中总是挥之不去。在图书馆里偶然看到了这本书，厚实的篇幅和工整的目录结构让我眼前一亮。我特别关注了其中关于“时域分析”和“频域分析”的章节，希望能找到一些能够帮助我建立直观理解的例子和讲解。我希望作者能够用生动形象的比喻，或者是一些基础但重要的实例，来帮助我们这些初学者理解这些抽象的概念。如果书中能够包含一些引导性的思考题，或者一些简单的互动式的小练习，那就更好了。我希望这本书不仅仅是知识的堆砌，更能激发我的学习兴趣，让我真正爱上信号与系统这门课。

评分☆☆☆☆☆

初次翻开这本书，就被它沉甸甸的分量和严谨的排版所吸引。我一直对信号与线性系统这一领域抱有浓厚的兴趣，但苦于缺乏一本真正能将理论与实践完美结合的教材。市面上很多书籍要么过于理论化，抽象的概念让人望而却步，要么过于注重应用，但对底层原理讲解不清，导致知其然不知其所以然。我期待的是一本能够引导我深入理解系统内部运作机制，并且能够将这些知识灵活应用于解决实际工程问题的教材。这本书的封面设计虽然朴实，但传递出一种扎实的学术气息，让我对即将展开的学习之旅充满了期待。我希望通过这本书的学习，能够构建起坚实的理论基础，更重要的是，能够培养出独立分析和解决复杂工程问题的能力，为日后的学习和工作打下坚实的基础。这本书的出现，仿佛是为我打开了一扇通往信号与系统奥秘的大门，迫不及待地想一探究竟。