信号与系统分析(第2版)(工业和信息化普通高等教育“十二五”规划教材立项项目) 9787 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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聂小燕，杜娥，任璧蓉 著

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出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115353832

商品编码：29227161685

包装：平装

出版时间：2014-08-01

基本信息

书名：信号与系统分析(第2版)(工业和信息化普通高等教育“十二五”规划教材立项项目)

定价：36.00元

作者：聂小燕,杜娥,任璧蓉

出版社：人民邮电出版社

出版日期：2014-08-01

ISBN：9787115353832

字数：

页码：

版次：2

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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本教材突出的特点：
1.随着信息技术日新月异的发展，教材内容与时俱进，加强了(含深度和广度)离散信号及LTI离散系统分析的内容。
2.例题比较经典，使本教材更具可读性与可参考性。

内容提要

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本书全面介绍信号与系统分析的基本理论和分析方法。本书共分6章。笫1章绪论、第2章连续时间信号与LTI连续时间系统的时域分析、第3章连续时间信号与LTI连续时间系统的频域分析、笫4章连续时间信号与LTI连续时间系统的复频(s)域分析、第5章LTI离散时间系统的时域分析及第6章LTI离散时间系统的z域分析。
本书可作为普通高等院校的本科生教材，也可作为高职高专院校、成人教育和高等自学考试的参考用书。

目录

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第1章 绪论 1
1.1 信号的概念 1
1.1.1 信号的分类 1
1.1.2 连续时间信号的基本运算 5
1.1.3 常用连续时间信号 8
1.2 线性时不变(LTI)连续时间系统的概念 19
1.2.1 系统的概念 19
1.2.2 系统的数学模型 19
1.2.3 系统的初始状态的概念 20
1.2.4 5个基本概念 21
1.2.5 系统的分类 22
1.2.6 线性时不变系统的性质及描述 23
1.3 信号与系统分析概述 23
1.3.1 信号分析概述 23
1.3.2 LTI连续时间系统的系统分析概述 24
习题A 25
习题B 28

第2章 连续时间信号和LTI连续时间系统的时域分析 30
2.1 LTI连续时间系统的零输入响应ys(t) 30
2.2 LTI连续时间系统的零状态响应yf(t) 32
2.2.1 LTI连续时间系统的零状态响应yf(t)的定义 32
2.2.2 LTI连续时间系统的单位冲激响应h(t) 32
2.2.3 LTI连续时间系统的零状态响应yf(t)的求法 33
2.2.4 LTI连续时间系统的单位阶跃响应s(t) 34
2.3 卷积积分 34
2.3.1 卷积积分的定义 34
2.3.2 卷积积分的性质 36
2.4 LTI连续时间系统时域分析举例 40
习题A 46
习题B 49

第3章 连续时间信号与LTI连续时间系统的频域分析 50
3.1 周期信号的频谱分析——傅里叶级数 50
3.1.1 三角函数形式的FS 50
3.1.2 指数函数形式的傅里叶级数 51
3.1.3 周期信号的频谱 53
3.1.4 周期信号的带宽 53
3.2 傅里叶变换(FT) 54
3.2.1 FT的引入 54
3.2.2 FT的定义 55
3.2.3 傅里叶变换(FT)的性质 57
3.2.4 有理真分式的部分分式展开 76
3.3 LTI连续时间系统的频域分析 79
3.3.1 LTI连续时间系统的频率响应H(w) 79
3.3.2 LTI连续时间系统的频域分析 81
3.3.3 周期信号通过LTI连续时间系统的响应 82
3.3.4 无失真传输系统 85
3.3.5 调制、解调的概念 85
3.3.6 理想低通滤波器 87
3.3.7 时域取样 90
习题A 93
习题B 95

第4章 连续时间信号与LTI连续时间系统的复频域分析 98
4.1 双边拉普拉斯变换 98
4.1.1 由傅里叶变换引入双边拉普拉斯变换 98
4.1.2 双边拉普拉斯变换的定义 99
4.1.3 双边LT的收敛域 101
4.1.4 双边拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系 102
4.1.5 双边拉普拉斯变换(双边LT)的性质 103
4.1.6 拉普拉斯逆变换(ILT) 111
4.2 单边拉普拉斯变换 114
4.2.1 单边拉普拉斯变换的定义 114
4.2.2 单边拉普拉斯变换的性质 115
4.3 LTI连续时间系统的复频域分析 121
4.3.1 LTI连续时间系统的系统函数H(s) 121
4.3.2 LTI连续时间系统对输入信号f(t)=es0t的响应 124
4.3.3 LTI连续时间系统零状态响应yf(t)的复频域分析 124
4.3.4 单边拉普拉斯变换(单边LT)解微分方程 130
4.3.5 电路的复频域分析 133
4.4 LTI连续时间系统的模拟 138
4.4.1 子系统的简单连接 138
4.4.2 LTI连续时间系统模拟所用基本器件 140
4.4.3 LTI连续时间系统的模拟 140
4.5 LTI连续时间系统的因果性、零极图及稳定性 144
4.5.1 LTI连续时间系统的因果性 144
4.5.2 LTI连续时间系统的零极图 144
4.5.3 因果LTI连续时间系统的稳定性判定 146
习题A 148
习题B 152

第5章 LTI离散时间系统的时域分析 154
5.1 离散时间信号 154
5.1.1 离散时间信号的概念 154
5.1.2 离散时间信号的描述 155
5.1.3 离散时间信号的基本运算 155
5.1.4 常用离散时间信号 159
5.2 LTI离散时间系统 162
5.2.1 LTI离散时间系统的性质 162
5.2.2 LTI离散时间系统的差分方程 162
5.3 LTI离散时间系统的时域分析 164
5.3.1 LTI离散时间系统的零输入响应ys 164
5.3.2 LTI离散时间系统的零状态响应yf 165
5.4 卷和(卷积和) 167
5.4.1 离散信号卷和的定义 167
5.4.2 离散信号卷和的性质 169
5.4.3 短序列间的卷和——列竖式法 171
5.5 LTI离散时间系统时域分析举例 173
5.6 小结 176
习题A 177
习题B 178

第6章 LTI离散时间系统的Z域分析 180
6.1 双边Z变换(双边ZT) 180
6.1.1 双边Z变换的定义 180
6.1.2 双边Z变换的收敛域 182
6.1.3 双边Z变换的性质 184
6.2 Z变换的逆变换 190
6.3 单边Z变换 191
6.3.1 单边Z变换(单边ZT)的定义 191
6.3.2 单边Z变换的性质 192
6.4 LTI离散时间系统的Z变换(ZT)分析 195
6.4.1 LTI离散时间系统的系统函数H(s) 195
6.4.2 LTI离散时间系统零状态响应yf的Z域(ZT)分析 198
6.4.3 用单边Z变换求解差分方程 200
6.4.4 LTI离散时间系统的模拟 202
6.4.5 LTI离散时间系统的零极图、因果性及稳定性 204
6.5 离散时间信号的傅里叶变换 208
6.6 离散时间系统的频率响应 209
习题A 211
习题B 213

习题答案 215
参考文献 230

作者介绍

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文摘

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序言

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【信号与系统分析】 聚焦时域与频域的深度融合，构建严谨的理论框架与丰富的应用场景。 本书是一部系统阐述信号与系统基本理论、分析方法及其在工程领域应用的专著。它以严谨的数学推导为基础，辅以清晰的概念阐释与丰富的工程实例，旨在帮助读者建立起扎实的信号与系统分析能力，为进一步学习信号处理、通信系统、控制系统等相关课程打下坚实的基础。本书特别强调时域分析与频域分析的内在联系与相互补充，引导读者从不同角度理解信号与系统的本质。 核心内容： 第一部分：信号与系统的基本概念与描述 信号的定义与分类： 本章首先引入信号的基本概念，将其定义为携带信息的物理量，并根据不同的标准对其进行分类。我们将详细探讨连续时间信号与离散时间信号、周期信号与非周期信号、奇信号与偶信号、能量信号与功率信号、确定性信号与随机信号等，并给出各类信号的典型数学表达式和波形示例。理解信号的分类是后续分析的基础，能够帮助读者在面对不同信号时，选择合适的分析工具和方法。 系统的定义与分类： 紧接着，本书定义系统为对输入信号进行变换并产生输出信号的实体。系统同样可以按照多种维度进行分类，例如线性系统与非线性系统、时不变系统与时移变量系统、因果系统与非因果系统、稳定性系统与不稳定系统。我们将深入剖析这些分类的数学判据，并结合实际工程例子，如滤波器、放大器、通信信道等，说明不同类型系统的重要特性。重点在于揭示线性时不变（LTI）系统在信号处理中的核心地位。 信号与系统的数学模型： 本章将详细介绍描述信号与系统行为的数学工具。对于信号，我们将引入函数、序列、指数函数、三角函数、冲激函数（Delta函数）等基本元素。对于系统，我们将重点讲解差分方程（离散时间系统）和微分方程（连续时间系统）作为描述LTI系统的基本形式。读者将学习如何根据系统的物理特性或数学模型，建立起精确的数学描述。 第二部分：时域分析方法 卷积： 卷积是LTI系统分析的核心运算。本章将深入讲解离散时间信号的卷积和（summation）以及连续时间信号的卷积积分（integral）。我们将从数学定义出发，详细推导卷积的运算过程，并分析其几何意义。通过大量的例子，读者将掌握如何计算两个信号的卷积，以及输入信号与系统冲激响应（或单位阶跃响应）的卷积如何得到系统输出。理解卷积是掌握LTI系统响应的关键。 冲激响应与单位阶跃响应： 冲激响应定义为LTI系统在单位冲激信号作用下的输出，它完全表征了一个LTI系统的动态特性。单位阶跃响应则是在单位阶跃信号作用下的输出。本章将深入探讨冲激响应和单位阶跃响应在系统分析中的作用，以及它们之间的相互关系。掌握如何从系统方程或实验数据中获取冲激响应，以及如何利用冲激响应计算任意输入信号下的系统输出，是时域分析的重要技能。 系统特性的时域分析： 基于卷积和冲激响应的概念，本章将深入分析系统的时域特性，包括系统的稳定性（BIBO稳定性）、因果性。我们将通过数学判据，结合实例，讲解如何判断一个LTI系统在时域上的稳定性，以及哪些系统具有因果性。 第三部分：频域分析方法 傅里叶级数： 对于周期信号，傅里叶级数提供了一种将其分解为一系列正弦（或复指数）信号之和的方法。本章将详细介绍傅里叶级数的概念，包括指数形式和三角形式，以及计算傅里叶级数系数的方法（收敛性定理的介绍）。通过对傅里叶级数的研究，读者将理解信号的频谱特性，即信号由哪些频率成分组成及其相对强度。 傅里叶变换： 傅里叶变换是傅里叶级数在非周期信号上的推广。本章将定义傅里叶变换及其逆变换，并推导一系列基本信号的傅里叶变换对，例如矩形脉冲、指数信号、三角信号、冲激信号等。我们将深入探讨傅里叶变换的性质，如线性性、时移性、频移性、积分性、微分性、卷积性质等。傅里叶变换揭示了信号在频率域的分布，是分析系统频率响应的关键。 帕塞瓦尔定理： 帕塞瓦尔定理连接了信号在时域的能量（或功率）与其在频域的频谱能量（或功率）。本章将推导并讲解帕塞瓦尔定理，说明其在信号能量分析中的重要性，并给出相应的工程应用示例。 系统的频率响应： 对于LTI系统，其频率响应是输入信号频率成分通过系统时所经历的幅度变化和相位变化。本章将定义系统的频率响应（即冲激响应的傅里叶变换），并分析频率响应的幅频特性和相频特性。读者将学习如何利用频率响应来理解系统对不同频率信号的滤波作用，例如低通、高通、带通和带阻滤波器。 傅里叶变换的应用： 本章将通过实例展示傅里叶变换在信号处理中的广泛应用，包括频谱分析、滤波器设计、调制解调等。 第四部分：拉普拉斯变换与Z变换 拉普拉斯变换： 拉普拉斯变换是对傅里叶变换的进一步推广，它能够处理更广泛的信号，包括那些傅里叶变换不存在的信号（如指数增长信号）。本章将定义双边和单边拉普拉斯变换，推导基本函数的拉普拉斯变换，并讲解其重要性质，如线性性、时移性、微分性、积分性、卷积性质等。本章还将重点讲解收敛域（ROC）的概念，并分析ROC对系统稳定性和因果性的判断作用。 拉普拉斯逆变换： 本章将介绍计算拉普拉斯逆变换的方法，包括部分分式展开法和留数定理法，使读者能够从系统在s域的传递函数回到时域的冲激响应。 连续时间LTI系统的分析： 利用拉普拉斯变换，本章将重新审视连续时间LTI系统的分析，重点讲解传递函数（transfer function）的概念，以及如何通过传递函数分析系统的稳定性和暂态响应。 Z变换： Z变换是离散时间信号分析的有力工具，与拉普拉斯变换在连续时间系统中的作用类似。本章将定义Z变换和逆Z变换，推导基本离散时间信号的Z变换，并讲解其性质，包括线性性、时移性、乘积性质、卷积性质等。收敛域（ROC）在Z变换中同样至关重要。 离散时间LTI系统的分析： 本章将利用Z变换分析离散时间LTI系统，引入系统函数（system function）的概念，并讲解如何通过系统函数分析系统的稳定性、因果性和阶跃响应。 拉普拉斯变换与Z变换的联系： 本章将探讨拉普拉斯变换与Z变换之间的联系，理解它们在处理连续与离散系统时的相互对应关系。 第五部分：系统分析与应用 系统的时域与频域分析的统一： 本章将强调时域分析（如卷积）与频域分析（如频率响应）之间的内在联系，揭示它们是描述同一物理现象的不同视角。通过对不同分析方法的比较，帮助读者选择最适合解决特定问题的工具。 滤波器设计基础： 基于对系统频率响应的深刻理解，本章将介绍滤波器在信号处理中的基本作用，并初步探讨理想滤波器与实际滤波器的区别。读者将了解如何根据信号的频谱特性，设计满足特定需求的滤波器。 采样定理： 采样定理是连接连续时间信号与离散时间信号的关键桥梁。本章将详细阐述奈奎斯特采样定理，解释采样频率与信号最高频率之间的关系，以及欠采样或过采样可能带来的问题（混叠）。 应用案例分析： 本章将通过多个工程领域的实际应用案例，来巩固和拓展本书所学的理论知识。这些案例可能包括但不限于： 通信系统： 信号的调制与解调、信道传输特性分析。 控制系统： 系统稳定性分析、反馈控制器的设计。 音频与图像处理： 信号滤波、特征提取。 生物医学信号分析： 心电图（ECG）、脑电图（EEG）信号的滤波与分析。 经济与金融信号分析： 趋势分析、周期性模式识别。 学习目标： 通过学习本书，读者将能够： 1. 理解信号与系统的基本概念和分类，并能熟练运用数学工具描述它们。 2. 掌握LTI系统的时域分析方法，特别是卷积运算，并能计算系统的冲激响应。 3. 深入理解傅里叶级数和傅里叶变换，能够分析信号的频谱特性和系统的频率响应。 4. 熟练掌握拉普拉斯变换和Z变换，并能利用它们分析连续时间与离散时间LTI系统的稳定性、因果性及响应。 5. 能够根据工程问题的特点，选择合适的时间域或频率域分析方法。 6. 初步了解滤波器设计、采样定理等核心概念，并能将其应用于实际工程问题。 7. 建立起严谨的工程思维，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。 本书力求理论与实践相结合，不仅注重数学推导的严谨性，更强调概念的直观性和工程应用的普适性。希望本书能成为读者在信号与系统领域探索学习的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版设计真是让人眼前一亮，虽然是技术类教材，但整体风格却显得格外清晰、现代。打开第一页，我就被那种简洁明了的字体和恰到好处的行间距吸引住了。书中大量的图示和表格，不仅仅是简单的信息呈现，而是精心设计过的视觉辅助，很多时候一个直观的图例比长篇大论的文字更能帮助我理解那些复杂的信号处理概念。例如，在讲解傅里叶变换的部分，书中那些脉冲信号、方波信号经过傅里叶变换后在频域的图形变化，都绘制得非常细腻，不同参数下的曲线变化趋势也勾勒得一目了然。我特别喜欢它在关键公式旁边配的解释性文字，它们不像其他教材那样干巴巴地罗列公式，而是用更贴近实际应用场景的语言，帮助我们理解公式背后的物理意义和工程含义。有时候，我会反复翻看某些章节，不仅仅是阅读文字，更是欣赏那些图表的设计，它们仿佛在用另一种语言讲述着信号与系统背后的数学美感。这种注重视觉呈现和信息组织的出版方式，极大地降低了阅读门槛，也让学习过程变得更加生动有趣，对于我这种需要多维度理解知识点的读者来说，简直是一场视觉盛宴。

评分☆☆☆☆☆

这本书在例题和习题的设计上，可以说是下足了功夫，既有深度又不乏广度，完美契合了“工业和信息化普通高等教育‘十二五’规划教材”的定位。书中的例题不仅仅是简单地套用公式，很多都来源于实际的工程问题，例如通信系统中的信号调制、控制系统中的滤波器设计等，读起来非常有代入感。作者在讲解例题时，步骤清晰，逻辑严谨，并且会详细分析每一步的原理和意义，这对于我这种喜欢刨根问底的学习者来说，简直是福音。我尤其欣赏那些“拓展阅读”或者“思考题”，它们往往会引导我们去探究更深层次的原理，或者尝试将学到的知识应用到新的场景中，这极大地激发了我的学习兴趣和独立思考能力。习题的设计也很有梯度，从基础巩固到综合应用，再到一些具有挑战性的难题，能够满足不同水平读者的需求。我常常会花很多时间去钻研那些难题，即使一时无法解决，但思考的过程本身就非常有价值，能够帮助我更牢固地掌握知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常朴实严谨，没有过多花哨的辞藻，却又恰到好处地传递了知识的精髓。作者在专业术语的使用上非常规范，同时也会用通俗易懂的语言来解释那些相对晦涩的数学概念，使得整个阅读过程显得尤为舒缓。我特别喜欢书中那些“旁征博引”的部分，比如在讲解采样定理时，作者会简要提及奈奎斯特的生平事迹，或者在讲解卷积时，会稍微介绍其在图像处理中的应用，这些细节的补充，不仅增加了知识的趣味性，也让我们看到了信号与系统学科的广阔应用前景，激励我们去更深入地探索。有时候，我会感觉作者就像一位经验丰富的老师，耐心细致地引导着我们一步步走进信号与系统的世界。他不会把问题简单化，但也绝不会故弄玄虚，而是以一种令人信服的方式，将复杂的理论体系展现在我们面前。这种严谨又不失温度的叙述风格，让我在学习过程中始终保持着高度的专注和积极性。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我之前对信号与系统这个科目一直有些畏惧，总觉得它充斥着抽象的数学公式和晦涩的理论。然而，这本书却彻底改变了我的看法。作者在内容编排上，似乎深谙初学者的心理，循序渐进的讲解方式让我觉得学习过程非常顺畅。从最基础的信号分类、系统性质入手，到傅里叶级数、傅里叶变换，再到拉普拉斯变换和Z变换，每一个概念的引入都显得那么自然，仿佛是前一个知识点的必然延伸。更重要的是，作者在讲解过程中，非常注重概念的联系和贯穿。很多时候，一个在前期看似独立的知识点，在后面的章节中会以意想不到的方式被整合起来，形成一个更宏大的知识体系。例如，傅里叶变换的视角如何被拉普拉斯变换所推广，又如何与Z变换在离散时间信号处理中相呼应，这些脉络的梳理，让我对信号与系统的整体框架有了深刻的认识，不再是零散的知识碎片。这种“以终为始”的教学设计，使得学习不再是机械的记忆，而是逻辑的推演和体系的构建，这种学习体验的提升，对于建立学科信心至关重要。

评分☆☆☆☆☆

从实际应用的层面来说，这本书的价值不言而喻。它不仅仅是在讲述理论，更是在构建一个解决问题的框架。书中大量提及了信号与系统在通信、控制、信号处理等领域的实际应用案例，让我深刻理解了书本知识如何转化为实际的生产力。我尤其关注那些涉及具体算法和实现方法的章节，比如数字滤波器的设计原理，以及如何利用离散傅里叶变换进行频谱分析等，这些内容对我未来的工程实践非常有指导意义。书中的一些图解，比如不同滤波器对信号的幅频和相频特性的影响，都非常直观，让我能够迅速把握不同滤波器的特性和适用场景。虽然我可能还无法立即将所有内容都运用到工作中，但通过这本书，我建立起了一个扎实的理论基础和清晰的工程思维，这对于我未来面对实际的工程问题，无疑是巨大的帮助。它让我明白，信号与系统不是一门孤立的学科，而是连接理论与实践的重要桥梁。