信号与线性系统分析(第4版) 吴大正 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：29572838011

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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信号与线性系统基础理论及其在工程实践中的应用 本书是一部深入探讨信号与线性系统理论的权威著作，旨在为读者构建扎实的理论基础，并将其与实际工程应用紧密结合。全书逻辑严谨，内容全面，从最基本的信号概念出发，逐步深入到复杂的线性系统分析，并通过大量的实例演示，揭示了这些理论在通信、控制、电子、机械等众多工程领域的关键作用。 第一部分：信号的表示与基本性质 本部分将引领读者进入信号的世界，理解信号的本质及其丰富多样的表现形式。我们将从信号的定义入手，阐述其作为信息载体的基本属性。接着，系统地介绍各种常见的信号类型，包括： 连续时间信号与离散时间信号： 区分两种信号表示方式的根本差异，理解它们在数学模型和实际应用中的不同场景。例如，连续时间信号如温度随时间的变化，而离散时间信号则可能是在特定时间点采集的音频采样。 周期信号与非周期信号： 深入分析信号的周期性特征，理解周期信号的频谱特性（如傅里叶级数展开）与非周期信号（如傅里叶变换）的谱密度表示之间的联系。 能量信号与功率信号： 探讨信号能量和功率的概念，以及它们在系统分析和信号传输中的重要性。我们将学习如何计算信号的能量和功率，并理解两者之间的关系。 奇函数与偶函数： 分析信号的对称性，理解奇偶性质如何简化信号的频谱分析，并揭示其在系统响应中的潜在影响。 基本信号单元： 详细介绍一些在信号分析中扮演基石角色的基本信号，如单位阶跃信号、单位冲激信号、指数信号、正弦信号等。我们将分析它们的数学表达式、时域和频域特性，以及它们在系统建模中的作用。例如，单位冲激信号作为一种理想化的输入，能够揭示系统的动态特性。 此外，本部分还将介绍信号的运算，包括加法、乘法、卷积、积分、微分等，以及这些运算在信号处理和系统分析中的基础作用。通过对这些基本概念的深入理解，读者将为后续更复杂的系统分析打下坚实的基础。 第二部分：线性时不变（LTI）系统的基本概念与分析方法 在理解了信号的本质之后，本部分将聚焦于线性时不变（LTI）系统，这是信号与线性系统分析的核心。LTI系统因其在实际工程中广泛存在且具有良好数学性质而备受关注。我们将从以下几个方面进行深入探讨： 系统的定义与特性： 明确系统的概念，并重点阐述线性（叠加性与齐次性）和时不变（系统特性不随时间改变）这两大关键特性。我们将通过实例来直观理解这些性质，例如一个简单的电阻-电容（RC）电路即为一个LTI系统。 卷积的数学含义与物理意义： 卷积是LTI系统分析的核心数学工具。本部分将详细介绍卷积的定义、计算方法，并深入探讨其物理意义。我们将理解卷积运算如何描述LTI系统对任意输入信号的响应，即系统的输出是输入信号与系统冲激响应的卷积。 冲激响应： 冲激响应是表征LTI系统特性的关键函数。我们将学习如何利用冲激响应来完全描述一个LTI系统的行为，以及如何通过已知输入和冲激响应来计算系统的输出。 系统函数与传递函数： 引入系统函数（在拉普拉斯域）和传递函数（在s域）的概念，它们是描述LTI系统频率响应特性的重要工具。我们将学习如何从微分方程或差分方程推导出系统的传递函数，以及如何利用传递函数分析系统的稳定性、频率响应等。 时域与频域分析： 深入阐述时域分析（如通过微分方程或卷积计算输出）与频域分析（如通过傅里叶变换或拉普拉斯变换分析系统对不同频率分量的响应）的互补性。我们将学习如何根据具体问题选择合适的分析域，并理解时域和频域分析结果之间的对应关系。 第三部分：傅里叶分析在信号与系统中的应用 傅里叶分析是连接时域与频域的桥梁，在信号与线性系统分析中占据着至关重要的地位。本部分将深入探讨傅里叶分析的各种形式及其在工程实践中的广泛应用。 傅里叶级数（FS）： 针对周期信号，我们将学习傅里叶级数，理解如何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。这将帮助我们理解周期信号的频谱结构，例如方波的傅里叶级数包含基波和一系列奇次谐波。 傅里叶变换（FT）： 对于非周期信号，傅里叶变换提供了一种将其分解为连续频率分量的有效方法，产生信号的频谱密度。我们将学习傅里叶变换的定义、性质（如线性性、时移性、频移性、卷积性质等），以及如何利用傅里叶变换来分析信号的频率成分、带宽等。 傅里叶变换的收敛性与实际应用： 讨论傅里叶变换的收敛条件，以及在实际应用中，如存在不连续点时，如何处理收敛问题。我们将学习一些常用的信号的傅里叶变换对，并探讨傅里叶变换在信号滤波、调制解调、频谱分析等方面的应用。 周期信号的傅里叶变换： 探讨周期信号的傅里叶变换形式，理解其频谱中包含离散的冲激，以及这些冲激的位置与信号的基波频率和谐波分量有关。 帕斯瓦尔定理： 介绍帕斯瓦尔定理，它揭示了信号在时域的能量与其在频域的能量之间的关系，为信号能量的分析提供了便利。 第四部分：拉普拉斯变换及其在系统分析中的应用 拉普拉斯变换是傅里叶变换的推广，尤其适用于分析瞬态响应和非周期信号，并且在处理含有初始条件的微分方程时更为便捷。本部分将系统地介绍拉普拉斯变换及其在LTI系统分析中的核心作用。 双边拉普拉斯变换与单边拉普拉斯变换： 区分这两种拉普拉斯变换形式，理解它们各自的适用场景。单边拉普拉斯变换常用于分析具有初始条件的系统响应。 收敛域（ROC）： 拉普拉斯变换的关键概念是收敛域，它决定了逆拉普拉斯变换的唯一性，并与系统的因果性、稳定性密切相关。我们将学习如何确定收敛域，并理解其物理意义。 拉普拉斯变换的性质： 学习拉普拉斯变换的各种重要性质，如线性性、时移性、频移性、卷积性质、微分性质、积分性质等。这些性质极大地简化了对复杂信号和系统的分析。 利用拉普拉斯变换求解微分方程： 演示如何利用拉普拉斯变换将时域的线性常系数微分方程转化为代域的代数方程，从而方便地求解系统的响应，特别是在考虑初始条件的情况下。 系统函数与稳定性分析： 再次强调系统函数在拉普拉斯域中的作用，以及如何通过分析系统函数极点的位置来判断LTI系统的稳定性。 第五部分：Z变换及其在离散时间系统分析中的应用 随着数字信号处理和数字控制技术的兴起，离散时间系统分析变得越来越重要。Z变换是离散时间LTI系统分析的有力工具，其作用类似于拉普拉斯变换在连续时间系统中的作用。 Z变换的定义与性质： 介绍Z变换的定义，以及它与离散时间傅里叶变换（DTFT）之间的联系。我们将学习Z变换的各种性质，如线性性、时移性、卷积性质等，以及它们在离散系统分析中的应用。 收敛域（ROC）在Z域的意义： 讨论Z变换的收敛域，并理解其与离散时间系统的因果性、稳定性之间的关系。 利用Z变换求解差分方程： 演示如何利用Z变换将时域的线性常系数差分方程转化为Z域的代数方程，从而方便地求解离散系统的响应，包括考虑初始条件的情况。 离散时间系统函数与稳定性： 引入离散时间系统的系统函数，并讲解如何通过分析其零极点来判断系统的稳定性。 第六部分：系统模型与实际应用 本部分将前面章节介绍的理论与实际工程应用相结合，展示信号与线性系统理论在不同领域的强大威力。 滤波器设计与分析： 介绍各种类型的滤波器（如低通、高通、带通、带阻滤波器）的原理和设计方法，包括模拟滤波器和数字滤波器的设计。我们将理解滤波器如何选择性地允许或阻止特定频率的信号通过，以及它们在噪声抑制、信号增强等方面的作用。 调制与解调： 讲解通信系统中常见的调制技术（如幅度调制AM、频率调制FM、相位调制PM）和解调技术。我们将理解如何利用不同载波信号来传输信息，以及如何从接收到的信号中恢复原始信息。 反馈控制系统： 深入分析反馈控制系统的基本原理，包括系统建模、控制器设计、稳定性分析等。我们将学习如何设计控制器来稳定和优化系统的性能，例如在机器人控制、航空航天等领域。 信号采样与重建： 探讨连续时间信号如何被采样成离散时间信号，以及根据采样信号如何重建原始信号。我们将学习奈奎斯特采样定理，并理解其在数字信号处理和通信中的关键意义。 随机信号与系统： 简要介绍随机信号的基本概念，如概率密度函数、自相关函数、功率谱密度等，以及如何分析LTI系统对随机信号的响应，例如在噪声分析和信号检测中的应用。 通过对这些实际应用场景的深入剖析，读者将能够更深刻地理解信号与线性系统理论的价值，并将其应用到自己的工程问题解决中。本书旨在培养读者扎实的理论功底和解决实际工程问题的能力，为他们在信号与系统及相关工程领域的发展奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本《信号与线性系统分析（第4版）》简直是为我们这些电子信息工程专业的学生量身定做的教材。第一次翻开它的时候，我就被那种清晰的逻辑和详实的讲解所吸引。特别是关于傅里叶变换和拉普拉斯变换那一章节，作者的处理方式非常直观，不是那种干巴巴的公式堆砌，而是通过大量的工程实例和图形辅助来阐述背后的原理。记得有一次我们在做电路分析作业时遇到了瓶颈，回到书上查阅，作者对系统稳定性的分析，特别是使用频率响应图来判断的步骤，写得那叫一个透彻。很多其他教材里常常一笔带过的内容，比如离散时间系统的Z变换，在这本书里都给出了非常细致的推导过程，甚至连收敛域的判断都讲解得丝丝入扣。我感觉这本书的作者对教学的理解非常深刻，他知道我们这些初学者在面对抽象的数学工具时最容易卡在哪里，并且提前为我们铺好了路。毫不夸张地说，这本书是我理解“信号”和“系统”这两个核心概念的基石，读完之后，看待任何一个电子系统的眼光都变得不一样了，充满了结构美感。

评分☆☆☆☆☆

这本书真正体现了“深入浅出”的精髓，尤其是在处理系统因果性和稳定性这些抽象概念时，作者的表达方式非常具有启发性。他不是简单地给出条件不等式，而是结合了诸如RLC电路的物理特性或者机械系统的阻尼情况来类比，使得这些看似纯数学的条件忽然有了现实的重量。我记得关于频率响应分析的部分，作者详细探讨了低通、高通滤波器在不同截止频率下的表现，并且用不同阶数的伯德图（Bode Plot）实例来辅助讲解，读者可以直观地看到系统增益和相位的变化趋势。这种“先建立直觉，再验证理论”的教学路径，让我对信号处理有了更深刻的内化。这本书不只是教会了我如何计算，更是培养了我一种系统性的思维方式，让我能够预判一个给定系统可能呈现出的动态特性，这对于我后续的学习和工作都是极其宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和细节处理也值得点赞。对于一本理工科的教科书来说，图表的质量直接决定了阅读体验。这第四版在这方面做得非常出色，所有的波形图、频域特性图都绘制得清晰锐利，线条的粗细、颜色的区分都恰到好处，使得区分不同情况下的信号响应变得容易得多。我对比过几本其他版本的教材，常常会因为图示模糊不清而不得不花费大量时间去猜测作者的意图。但在这本书里，即便是处理双边拉普拉斯变换的区域收敛性（ROC）时，相关的图形也标注得非常精确，没有丝毫歧义。此外，书中对关键术语的定义和标记也保持了高度的一致性，这在跨章节学习时尤其重要，极大地减少了因符号混淆而产生的认知负担。总而言之，这是一本在视觉传达上同样优秀的专业书籍。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，我刚开始接触这个领域的教材时，觉得内容枯燥且晦涩难懂，但《信号与线性系统分析（第4版）》成功地扭转了我的看法。这本书最让我欣赏的一点是它对“线性时不变（LTI）”系统的坚持与深入剖析。作者用一种非常连贯的方式，将时域分析、频域分析（傅里叶）和复频域分析（拉普拉斯/Z变换）完美地串联起来，展现了信号处理的统一性。我特别喜欢它在讲解不同变换时，总是会回到系统的冲激响应上来，强调这是连接所有分析方法的桥梁。这种结构化的叙述方式，避免了知识点的碎片化。即便是面对一些看似复杂的数学推导，作者的行文也保持着一种优雅的克制，不会过度卖弄复杂的理论，而是专注于如何利用这些理论解决实际问题。阅读过程中，我能感受到作者作为资深教育者的匠心，他知道如何引导读者从“知道是什么”进阶到“理解为什么”以及“学会怎么做”。

评分☆☆☆☆☆

我得说，这本书的编排确实是下了大功夫的，它的深度和广度拿捏得非常到位。对于像我这种，希望不仅掌握基础运算，还想深入理解背后的数学物理意义的学生来说，简直是宝藏。不同于市面上一些只注重公式和计算的参考书，这本书在引入新的概念时，总是会先建立起一个清晰的物理图像。比如，当讨论卷积积分时，它不仅仅是给出一个积分公式，而是通过“滑动”和“翻转”的几何解释，让你立刻明白为什么两个信号的乘积在时域上的积分代表了系统的响应。这种讲解方式极大地降低了学习曲线的陡峭程度。而且，书中的例题和习题的设计也极富巧思，它们不是孤立的计算题，很多都是围绕着实际的通信、控制系统展开的，做完之后，你不仅掌握了知识点，还对工程应用有了初步的认识。特别是附录部分，对一些高级主题的简要介绍，也为我们后续深入学习打下了很好的基础，让人读起来非常有成就感。