信号与线性系统分析(第4版) 9787040174014 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吴大正 著

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040174014

商品编码：29252294990

包装：平装

出版时间：2008-01-01

基本信息

书名：信号与线性系统分析(第4版)

定价：33.00元

作者：吴大正

出版社：高等教育出版社

出版日期：2008-01-01

ISBN：9787040174014

字数：710000

页码：452

版次：4

装帧：平装

开本：

商品重量：0.699kg

编辑推荐

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信号与系统理论的发展愈来愈多地运用了现代数学的概念和方法。本书在基本理论和方法的阐述上，把物理问题与其数学表述和论证密切地结合起来，注意引入现代数学的概念，使这些理论和方法有较为坚实的数学基础，这对于深入准确地理解本书内容和进一步研究信号与系统理论都是有益的。此外，为了叙述和阅读的方便，将傅里叶级数、线性常微分方程和差分方程等数学内容也做了简要的叙述。将矩阵(主要是特征矩阵和矩阵函数)列为附录。对有些数学内容叙述的比较详细，这对于读者可能是方便的，但不必都作为课堂讲授内容。在使用本教材时，对于各章的顺序、内容的取舍等，请根据实际情况确定，不要受本书的约束。

内容提要

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本教材是在1998年高等教育出版社出版的《信号与线性系统分析》(第三版)一书的基础上经修编而成的。
　　本版保留了原教材连续与离散并行、先时域后变换域的体系结构，对少量内容做了调整、增删；结合近几年来教学内容和方法改革的成果，重新编写了全书部分章、节，并选编了许多新的例题、习题。本教材论述清楚、概念明确、重点突出、层次清晰、便于教学。
　　全书包括：信号与系统、连续系统的时域分析、离散系统的时域分析、傅里叶变换和系统的频域分析、连续系统的s域分析、离散系统的z域分析、系统函数、系统的状态变量分析以及附录。各章配有不同层次的习题，以供选用。
　　本教材是普通高等教育“十五”*规划教材和高等教育出版社百门精品课程教材(一类)。本书可作为高等学校电子信息和电气类各专业“信号与系统”课程的教材，也可供有关科技人员参考。

目录

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章 信号与系统
　§1.1绪言
　§1.2信号
　　一、连续信号和离散信号
　　二、周期信号和非周期信号
　　三、实信号和复信号
　　四、能量信号和功率信号
　§1.3信号的基本运算
　　一、加法和乘法
　　二、反转和平移
　　三、尺度变换（横坐标展缩）
　§1.4阶跃函数和冲激函数
　　一、阶跃函数和冲激函数
　　二、冲激函数的广义函数定义
　　三、冲激函数的导数和积分
　　四、冲激函数的性质
　§1.5系统的描述
　　一、系统的数学模型
　　二、系统的框图表示
　§1.6系统的特性和分析方法
　　一、线性
　　二、时不变性
　　三、因果性
　　四、稳定性
　　五、1TI系统分析方法概述
　习题一
第二章 连续系统的时域分析
　§2.1 1TI连续系统的响应
　　一、微分方程的经典解
　　二、关于0一与O值
　　三、零输人响应
　　四、零状态响应
　　五、全响应
　§2.2冲激响应和阶跃响应
　　一、冲激响应
　　二、阶跃响应
　§2.3卷积积分
　　一、卷积积分
　　二、卷积的图示
　§2.4卷积积分的性质
　　一、卷积的代数运算
　　二、函数与冲激函数的卷积
　　三、卷积的微分与积分
　　四、相关函数
　习题二
第三章 离散系统的时域分析
　§3.1 1TI离散系统的响应
　　一、差分与差分方程
　　二、差分方程的经典解
　　三、零输入响应
　　四、零状态响应
　§3.2单位序列和单位序列响应
　　一、单位序列和单位阶跃序列
　　二、单位序列响应和阶跃响应
　§3.3卷积和
　　一、卷积和
　　二、卷积和的图示
　　三、卷积和的性质
　§3.4反卷积
　习题三
第四章 傅里叶变换和系统的频域分析
　§4.1信号分解为正交函数
　　一、正交函数集
　　二、信号分解为正交函数
　§4.2傅里叶级数
　　一、周期信号的分解
　　二、奇、偶函数的傅里叶级数
　　三、傅里叶级数的指数形式
　§4.3周期信号的频谱
　　一、周期信号的频谱
　　二、周期矩形脉冲的频谱
　　三、周期信号的功率
　§4.4非周期信号的频谱
　　一、傅里叶变换
　　二、奇异函数的傅里叶变换
　§4.5傅里叶变换的性质
　　一、线性
　　二、奇偶性
　　三、对称性
　　四、尺度变换
　　五、时移特性
　　六、频移特性
　　七、卷积定理
　　八、时域微分和积分
　　九、频域微分和积分
　　十、相关定理
　§4.6能量谱和功率谱
　　一、能量谱
　　二、功率谱
　§4.7周期信号的傅里叶变换
　　一、正、余弦函数的傅里叶变换
　　二、一般周期函数的傅里叶变换
　　三、傅里叶系数与傅里叶变换
　§4.8 1TI系统的频域分析
　　一、频率响应
　　二、无失真传输
　　三、理想低通滤波器的响应
　§4.9取样定理
　　一、信号的取样
　　二、时域取样定理
　　三、频域取样定理
　§4.10序列的傅里叶分析
　　一、周期序列的离散傅里叶级数（DFS）
　　二、非周期序列的离散时间傅里叶变换（DTFT）
　§4.11离散傅里叶变换及其性质
　　一、离散傅里叶变换（DFT）
　　二、离散傅里叶变换的性质
　习题四
第五章 连续系统的s域分析
　§5.1拉普拉斯变换
　　一、从傅里叶变换到拉普拉斯变换
　　二、收敛域
　　三、（单边）拉普拉斯变换
　§5.2拉普拉斯变换的性质
　　一、线性
　　二、尺度变换
　　三、时移（延时）特性
　　四、复频移（s域平移）特性
　　五、时域微分特性（定理）
　　六、时域积分特性（定理）
　　七、卷积定理
　　八、s域微分和积分
　　九、初值定理和终值定理
　§5.3拉普拉斯逆变换
　　一、查表法
　　二、部分分式展开法
　§5.4复频域分析
　　一、微分方程的变换解
　　二、系统函数
　　三、系统的s域框图
　　四、电路的s域模型
　　五、拉普拉斯变换与傅里叶变换
　§5.5双边拉普拉斯变换
　习题五
第六章 离散系统的z域分析
　§6.1 z变换
　　一、从拉普拉斯变换到z变换
　　二、z变换
　　三、收敛域
　§6.2 z变换的性质
　　一、线性
　　二、移位（移序）特性
　　三、z域尺度变换（序列乘a的k次）
　　四、卷积定理
　　五、z域微分（序列乘k）
　　六、z域积分（序列除k m）
　　七、k域反转
　　八、部分和
　　九、初值定理和终值定理
　§6.3逆z变换
　　一、幂级数展开法
　　二、部分分式展开法
　§6.4 z域分析
　　一、差分方程的z域解
　　二、系统函数
　　三、系统的z域框图
　　四、s域与z域的关系
　　五、借助DTFT求离散系统的频率响应
　习题六
第七章 系统函数
　§7.1系统函数与系统特性
　　一、系统函数的零点与极点
　　二、系统函数与时域响应
　　三、系统函数与频域响应
　§7.2系统的因果性与稳定性
　　一、系统的因果性
　　二、系统的稳定性
　§7.3信号流图
　　一、信号流图
　　二、梅森公式
　§7.4系统的结构
　　一、直接实现
　　二、级联和并联实现
　习题七
第八章 系统的状态变量分析
　§8.1状态变量与状态方程
　　一、状态与状态变量的概念
　　二、状态方程和输出方程
　§8.2连续系统状态方程的建立
　　一、由电路图直接建立状态方程
　　二、由输入一输出方程建立状态方程
　§8.3离散系统状态方程的建立与模拟
　　一、由输入一输出方程建立状态方程
　　二、由状态方程进行系统模拟
　§8.4连续系统状态方程的求解
　　一、用拉普拉斯变换法求解状态方程
　　二、系统函数矩阵H（s）与系统稳定性的判断
　　三、用时域法求解状态方程
　§8.5离散系统状态方程的求解
　　一、用时域法求解离散系统的状态方程
　　二、用z变换求解离散系统的状态方程
　　三、系统函数矩阵H（z）与系统稳定性的判断
　§8.6系统的可控制性和可观测性
　　一、状态矢量的线性变换
　　二、系统的可控制性和可观测性
　习题八
附录一 卷积积分表
附录二 卷积和表
附录三 常用周期信号的傅里叶系数表
附录四 常用信号的傅里叶变换表
附录五 拉普拉斯逆变换表
附录六 序列的z变换表
习题答案
索引（汉语拼音顺序）
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《深入探索：现代信号处理与系统动力学》 引言 在信息爆炸的时代，理解和驾驭瞬息万变的信号流，以及把握复杂系统内在的运行规律，已成为科学技术发展的基石。从通讯、控制到图像处理，再到生物医学工程，信号与系统分析无处不在，深刻影响着我们生活的方方面面。本书《深入探索：现代信号处理与系统动力学》旨在为读者提供一个全面而深入的视角，去理解和掌握这些核心概念。它并非对某一特定教材的复述，而是立足于信号与系统分析的广泛应用领域，从理论基础到实践演练，构建一个有机、连贯的学习体系，帮助读者建立扎实的理论功底，并能灵活运用于解决实际问题。 第一部分：信号的本质与分类 信号，作为信息传递的载体，其形式多种多样，理解信号的本质是进行一切分析的前提。本部分将深入探讨信号的定义、特征以及不同维度的分类。 信号的定义与基本属性： 我们将从信息的角度出发，阐释信号为何物，它是如何承载和传递信息的。接着，我们将考察信号的几个关键属性，如幅度、相位、频率、周期性、能量和功率等。这些属性将成为我们后续分析的基础，帮助我们量化和理解信号的特性。例如，幅度的变化直接反映了信息的强度，而频率则揭示了信号的“快慢”或“振动”特性。能量和功率的定义则为我们区分不同类型的信号（如能量信号和功率信号）提供了依据。 连续时间信号与离散时间信号： 这是一个至关重要的分类。我们将详细介绍连续时间信号（CT）的特点，即其在时间上是连续变化的，就像我们日常生活中接触到的声音或温度一样。随后，我们将引入离散时间信号（DT），其特点是在时间上是离散的，通常是由连续信号采样得到的，这在数字信号处理领域尤为重要。我们将探讨采样定理，理解为何以及如何将连续信号转化为离散信号，并讨论采样过程可能带来的失真（如混叠）及其避免方法。 周期信号与非周期信号： 周期信号在时间上具有重复性，其分析往往可以借助傅里叶级数等工具。我们将深入理解周期性的概念，并学习如何识别和分析周期信号。非周期信号则不具备这种重复性，但其分析可以通过傅里叶变换等更广义的工具来完成。我们将讨论周期信号与非周期信号之间的联系和区别。 能量信号与功率信号： 依据信号的总能量和平均功率，我们将信号划分为能量信号和功率信号。能量信号在整个时间区间上的能量是有限的，通常是非周期信号。功率信号则在有限时间区间上的平均功率是有限的，通常是周期信号或具有类似特性的非周期信号。这种分类有助于我们选择合适的分析工具和方法。 实信号与复信号： 我们将探讨实信号，即信号取值为实数的信号，以及复信号，其取值可以包含虚数部分。虽然我们日常接触到的大多是实信号，但在信号处理的许多理论和应用中，复信号能够极大地简化分析，尤其是在涉及频率域表示时。我们将介绍复指数信号在描述和分析信号中的强大作用。 其他信号类型： 除了上述基本分类，我们还会触及一些特殊的信号类型，如单位冲激信号（Delta函数）、单位阶跃信号等。这些信号虽然在数学上是理想化的，但在工程实践中扮演着极其重要的角色，是分析系统响应的基础。我们将深入理解它们的定义、性质以及在信号分析中的作用。 第二部分：线性时不变（LTI）系统的深度解析 系统是信号处理的核心对象，它们对输入信号进行变换，产生输出信号。而线性时不变（LTI）系统作为信号与系统理论中最基础、最重要的模型，其分析贯穿始终。本部分将聚焦于LTI系统的特性、表示方法及其对信号的处理能力。 系统的定义与分类： 我们将首先建立系统作为输入-输出关系的抽象模型。接着，我们将详细阐述何为“线性”系统：满足叠加原理（齐次性和可加性）。线性系统能够将输入信号的组合转化为输出信号的相应组合。然后，我们将深入理解“时不变”系统的概念：系统的特性不随时间的推移而改变。这意味着无论何时施加相同的输入，系统都会产生相同的输出行为。 LTI系统的特性： 线性与时不变性结合，赋予了LTI系统一系列独特的、强大的性质。我们将详细分析这些性质，例如，LTI系统可以由其“冲激响应”完全表征。这意味着，一旦我们知道了LTI系统对单位冲激信号的响应（即冲激响应），我们就能计算出该系统对任意输入信号的响应。 卷积：LTI系统的“指纹”： 卷积是LTI系统分析中的核心运算。我们将深入理解卷积的数学定义，并在时域和频域上对其进行解释。我们还将通过丰富的例子，展示卷积运算如何将输入信号与系统的冲激响应结合，从而得到系统的输出信号。理解卷积的意义，就等于掌握了LTI系统如何“塑造”输入信号，将其转化为输出信号。 时域分析： 在时域内，我们将利用差分方程（对于离散时间系统）和微分方程（对于连续时间系统）来描述LTI系统的动态行为。我们将学习如何求解这些方程，以得到系统的瞬态响应和稳态响应。通过时域分析，我们可以直观地了解系统在不同输入下的行为过程。 频域分析： 频域分析是将信号和系统置于频率的维度上进行考察。对于LTI系统，其在频域的特性可以通过“频率响应”来描述。我们将引入傅里叶变换和拉普拉斯变换（对于连续时间系统），以及Z变换（对于离散时间系统）等数学工具，来将时域的差分/微分方程和卷积运算转化为频域的代数运算。在频域中，系统的分析变得更加直观，我们可以清晰地看到系统对不同频率分量的放大或衰减作用，这在滤波、均衡等应用中至关重要。 系统函数（传递函数）： 频率响应在数学上通常表示为系统的“系统函数”或“传递函数”。我们将深入理解系统函数在频域中的意义，它是描述LTI系统输入-输出关系的复有理式。通过系统函数，我们可以方便地分析系统的极点和零点，这直接关系到系统的稳定性、频率选择性等重要特性。 第三部分：信号的变换与分析工具 为了更有效地分析信号和系统，我们需要强大的数学工具来将信号从一个域转换到另一个域，从而揭示隐藏在信号中的信息。本部分将深入探讨几种核心的信号变换方法。 傅里叶级数与傅里叶变换： 傅里叶级数是分析周期信号在频域表示的有力工具，它将一个周期信号分解为一系列不同频率的正弦和余弦分量的叠加。傅里叶变换则是傅里叶级数的推广，它可以将任意（非周期）信号分解为无限多个频率分量的叠加，揭示信号的频谱特性。我们将深入理解傅里叶变换的定义、性质及其在信号分析中的广泛应用，例如频谱分析、信号去噪等。 拉普拉斯变换： 对于连续时间信号和系统，拉普拉斯变换是一种更为强大的分析工具。它能够处理更广泛的信号类型，并且在分析系统的稳定性、瞬态响应以及解决微分方程方面具有显著优势。我们将深入理解单边拉普拉斯变换的定义、性质，并重点关注其在LTI系统分析中的应用，特别是与系统函数和稳定性分析的联系。 Z变换： 对应于离散时间信号和系统，Z变换扮演着与拉普拉斯变换相似的角色。它能够将离散时间序列转换到复频率域，从而简化差分方程的求解，并帮助我们分析离散时间LTI系统的稳定性、频率响应等。我们将详细介绍Z变换的定义、性质，以及它在数字信号处理中的核心地位。 其他变换方法： 除了上述核心变换，我们还将简要介绍一些其他相关的变换方法，例如短时傅里叶变换（STFT）用于分析随时间变化的信号的频谱，小波变换用于同时在时间和频率上进行多分辨率分析等，以拓宽读者的视野。 第四部分：从理论到实践：应用与进阶 理论的学习最终是为了指导实践。本部分将目光投向信号与系统分析在各个领域的实际应用，并介绍一些进阶的主题。 滤波器的设计与分析： 滤波器是信号处理中最常见也最重要的组成部分，它们能够选择性地允许某些频率分量的信号通过，而抑制另一些频率分量的信号。我们将探讨各种滤波器类型（如低通、高通、带通、带阻滤波器），理解它们的频率特性，并介绍一些基本的滤波器设计原则。 抽样理论与数字信号处理： 随着数字技术的发展，数字信号处理（DSP）已成为研究的重点。我们将重新审视抽样定理，并探讨在实际中如何进行有效的数字信号处理，包括量化、编码以及常见的数字滤波器设计技术。 系统稳定性分析： 系统的稳定性是其能否正常工作的关键。我们将深入研究如何利用系统函数（传递函数）的极点位置来判断LTI系统的稳定性，这在控制系统、通信系统等领域尤为重要。 应用案例分析： 为了更好地理解理论的实际意义，我们将选取一些典型的应用案例进行深入剖析，例如： 通信系统： 信号的调制、解调，信道的建模与分析。 控制系统： 系统建模，反馈控制器的设计，稳定性与鲁棒性分析。 图像处理： 图像的滤波、增强，边缘检测。 音频处理： 音频信号的压缩、去噪，音效处理。 生物医学信号处理： 心电图（ECG）、脑电图（EEG）等生物信号的分析。 进阶主题展望： 本书的最后，我们将对信号与系统分析领域的一些更高级的主题进行展望，例如随机信号分析、非线性系统、自适应信号处理等，为读者提供进一步学习和研究的方向。 结语 《深入探索：现代信号处理与系统动力学》旨在成为一本引导读者穿越信号与系统分析海洋的指南。我们强调理解核心概念的内在联系，而非孤立地记忆公式。通过深入浅出的讲解、丰富的例证以及对实际应用的展望，我们希望能够激发读者对这一领域的热情，培养其独立分析和解决问题的能力。无论您是初涉此道的学生，还是寻求深化理解的工程师，本书都将是您宝贵的学习伙伴。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在校的大学生，正在学习电子信息工程专业。我们专业有一门核心课程就是信号与线性系统，这本书在我们学校的教学计划里被列为重要的参考书目。我平时在学习过程中，遇到了一些比较难理解的概念，比如卷积、系统稳定性判断等等，总觉得教材上的讲解有些晦涩难懂。所以我一直想找一本讲解更清晰、更易于理解的书籍来辅助学习。听说这本第四版在内容上有所更新和优化，更加贴近当前的教学需求。我特别希望这本书能提供一些直观的解释和生动的例子，帮助我理解那些抽象的数学原理。同时，我也希望这本书的习题设计能够有梯度，能够从易到难，帮助我巩固所学的知识，并逐步提高解决问题的能力。总之，我非常期待这本书能成为我学习信号与系统过程中的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

这次买书，主要是想提升一下自己的理论基础。我之前接触过一些相关的课程，但总觉得学得不够扎实，很多概念性的东西理解得模棱两可。特别是对于一些比较抽象的数学工具，比如傅里叶变换、Z变换这些，每次用到的时候都感觉心里没底，不知道它们背后的数学原理到底是怎么回事，也无法灵活运用。听说这本书在这方面讲解得非常到位，而且循序渐进，能帮助读者逐步掌握这些关键的分析工具。我个人比较喜欢那种理论讲解严谨，同时又能结合大量实例的教材。这样的教材不仅能让我理解“为什么”，更能让我知道“怎么做”。如果这本书能做到这一点，那对我来说就是一本非常宝贵的参考书了。我希望通过这本书的学习，能够真正理解信号与系统的核心概念，并且能够独立完成相关的分析和设计任务。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我都在关注一些基础科学领域的发展，尤其是那些对现代科技有深远影响的学科。信号与系统分析无疑是其中非常重要的一环。我个人对科学理论的学习抱有极大的热情，喜欢深入探究事物的本质。这本书既然是该领域的经典著作，相信其内容一定非常丰富且具有深度。我希望通过阅读这本书，能够更全面地了解信号的各种特性，以及线性系统是如何对信号进行处理的。特别是关于系统响应的分析，比如瞬态响应和稳态响应，以及如何通过各种变换工具来简化分析过程，这些都是我非常感兴趣的内容。我期待这本书能够为我打开一扇通往更深层次理解的大门，让我能够从更宏观的视角去审视和分析各种信号与系统的问题。

评分☆☆☆☆☆

作为一名多年从事电子设计工作的工程师，我深知扎实的理论基础对于解决实际工程问题的重要性。在我的职业生涯中，我经常会遇到需要分析和处理各种信号的情况，而对信号与系统原理的深刻理解，无疑是进行有效设计和故障排查的关键。尽管我已经积累了一定的实践经验，但我总觉得自己在理论层面还有提升的空间。特别是对于一些高级的信号处理技术，比如滤波器的设计、调制解调系统的分析等，都离不开对信号与系统理论的熟练掌握。这本书既然是该领域的权威著作，我非常希望它能帮助我巩固和深化现有的理论知识，同时也能学习到一些新的分析方法和技术。我期待通过阅读这本书，能够进一步提升自己在信号分析和系统设计方面的能力，更好地应对工作中的挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书我早就想入手了，一直没找到合适的机会。听说它在信号与系统领域算是经典之作，而且是第四版，内容肯定很扎实。我平时对这方面的内容比较感兴趣，总觉得理解了信号和系统的原理，就能更好地理解很多工程问题，甚至是一些看似复杂的现象。比如，我之前在学习一些通信原理的时候，就经常会遇到傅里叶变换、拉普拉斯变换之类的概念，当时虽然看过一些资料，但总感觉不够系统，理解得不够透彻。这本书既然是信号与系统领域的权威教材，想必能帮助我建立起更完整的知识体系。我特别期待它在概念的讲解上能清晰易懂，同时又能兼顾深度和广度。我希望通过学习这本书，能够对信号的各种变换、系统的时域和频域分析方法有更深入的理解，并且能够将这些理论知识应用到实际问题中去。毕竟，学习的目的不仅仅是为了考试，更重要的是能够解决实际问题，提升自己的专业能力。所以，我非常看重这本书的实用性和理论深度。