信號與綫性係統分析(第4版) 吳大正 9787040174014 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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吳大正 著

圖書標籤:

• 信號與係統
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齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040174014

商品編碼：29572838011

包裝：平裝

齣版時間：2008-01-01

基本信息

書名：信號與綫性係統分析(第4版)

定價：33.00元

作者：吳大正

齣版社：高等教育齣版社

齣版日期：2008-01-01

ISBN：9787040174014

字數：710000

頁碼：452

版次：4

裝幀：平裝

開本：

商品重量：0.699kg

編輯推薦

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信號與係統理論的發展愈來愈多地運用瞭現代數學的概念和方法。本書在基本理論和方法的闡述上，把物理問題與其數學錶述和論證密切地結閤起來，注意引入現代數學的概念，使這些理論和方法有較為堅實的數學基礎，這對於深入準確地理解本書內容和進一步研究信號與係統理論都是有益的。此外，為瞭敘述和閱讀的方便，將傅裏葉級數、綫性常微分方程和差分方程等數學內容也做瞭簡要的敘述。將矩陣(主要是特徵矩陣和矩陣函數)列為附錄。對有些數學內容敘述的比較詳細，這對於讀者可能是方便的，但不必都作為課堂講授內容。在使用本教材時，對於各章的順序、內容的取捨等，請根據實際情況確定，不要受本書的約束。

內容提要

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本教材是在1998年高等教育齣版社齣版的《信號與綫性係統分析》(第三版)一書的基礎上經修編而成的。
　　本版保留瞭原教材連續與離散並行、先時域後變換域的體係結構，對少量內容做瞭調整、增刪；結閤近幾年來教學內容和方法改革的成果，重新編寫瞭全書部分章、節，並選編瞭許多新的例題、習題。本教材論述清楚、概念明確、重點突齣、層次清晰、便於教學。
　　全書包括：信號與係統、連續係統的時域分析、離散係統的時域分析、傅裏葉變換和係統的頻域分析、連續係統的s域分析、離散係統的z域分析、係統函數、係統的狀態變量分析以及附錄。各章配有不同層次的習題，以供選用。
　　本教材是普通高等教育“十五”*規劃教材和高等教育齣版社百門精品課程教材(一類)。本書可作為高等學校電子信息和電氣類各專業“信號與係統”課程的教材，也可供有關科技人員參考。

目錄

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章 信號與係統
　§1.1緒言
　§1.2信號
　　一、連續信號和離散信號
　　二、周期信號和非周期信號
　　三、實信號和復信號
　　四、能量信號和功率信號
　§1.3信號的基本運算
　　一、加法和乘法
　　二、反轉和平移
　　三、尺度變換（橫坐標展縮）
　§1.4階躍函數和衝激函數
　　一、階躍函數和衝激函數
　　二、衝激函數的廣義函數定義
　　三、衝激函數的導數和積分
　　四、衝激函數的性質
　§1.5係統的描述
　　一、係統的數學模型
　　二、係統的框圖錶示
　§1.6係統的特性和分析方法
　　一、綫性
　　二、時不變性
　　三、因果性
　　四、穩定性
　　五、1TI係統分析方法概述
　習題一
第二章 連續係統的時域分析
　§2.1 1TI連續係統的響應
　　一、微分方程的經典解
　　二、關於0一與O值
　　三、零輸人響應
　　四、零狀態響應
　　五、全響應
　§2.2衝激響應和階躍響應
　　一、衝激響應
　　二、階躍響應
　§2.3捲積積分
　　一、捲積積分
　　二、捲積的圖示
　§2.4捲積積分的性質
　　一、捲積的代數運算
　　二、函數與衝激函數的捲積
　　三、捲積的微分與積分
　　四、相關函數
　習題二
第三章 離散係統的時域分析
　§3.1 1TI離散係統的響應
　　一、差分與差分方程
　　二、差分方程的經典解
　　三、零輸入響應
　　四、零狀態響應
　§3.2單位序列和單位序列響應
　　一、單位序列和單位階躍序列
　　二、單位序列響應和階躍響應
　§3.3捲積和
　　一、捲積和
　　二、捲積和的圖示
　　三、捲積和的性質
　§3.4反捲積
　習題三
第四章 傅裏葉變換和係統的頻域分析
　§4.1信號分解為正交函數
　　一、正交函數集
　　二、信號分解為正交函數
　§4.2傅裏葉級數
　　一、周期信號的分解
　　二、奇、偶函數的傅裏葉級數
　　三、傅裏葉級數的指數形式
　§4.3周期信號的頻譜
　　一、周期信號的頻譜
　　二、周期矩形脈衝的頻譜
　　三、周期信號的功率
　§4.4非周期信號的頻譜
　　一、傅裏葉變換
　　二、奇異函數的傅裏葉變換
　§4.5傅裏葉變換的性質
　　一、綫性
　　二、奇偶性
　　三、對稱性
　　四、尺度變換
　　五、時移特性
　　六、頻移特性
　　七、捲積定理
　　八、時域微分和積分
　　九、頻域微分和積分
　　十、相關定理
　§4.6能量譜和功率譜
　　一、能量譜
　　二、功率譜
　§4.7周期信號的傅裏葉變換
　　一、正、餘弦函數的傅裏葉變換
　　二、一般周期函數的傅裏葉變換
　　三、傅裏葉係數與傅裏葉變換
　§4.8 1TI係統的頻域分析
　　一、頻率響應
　　二、無失真傳輸
　　三、理想低通濾波器的響應
　§4.9取樣定理
　　一、信號的取樣
　　二、時域取樣定理
　　三、頻域取樣定理
　§4.10序列的傅裏葉分析
　　一、周期序列的離散傅裏葉級數（DFS）
　　二、非周期序列的離散時間傅裏葉變換（DTFT）
　§4.11離散傅裏葉變換及其性質
　　一、離散傅裏葉變換（DFT）
　　二、離散傅裏葉變換的性質
　習題四
第五章 連續係統的s域分析
　§5.1拉普拉斯變換
　　一、從傅裏葉變換到拉普拉斯變換
　　二、收斂域
　　三、（單邊）拉普拉斯變換
　§5.2拉普拉斯變換的性質
　　一、綫性
　　二、尺度變換
　　三、時移（延時）特性
　　四、復頻移（s域平移）特性
　　五、時域微分特性（定理）
　　六、時域積分特性（定理）
　　七、捲積定理
　　八、s域微分和積分
　　九、初值定理和終值定理
　§5.3拉普拉斯逆變換
　　一、查錶法
　　二、部分分式展開法
　§5.4復頻域分析
　　一、微分方程的變換解
　　二、係統函數
　　三、係統的s域框圖
　　四、電路的s域模型
　　五、拉普拉斯變換與傅裏葉變換
　§5.5雙邊拉普拉斯變換
　習題五
第六章 離散係統的z域分析
　§6.1 z變換
　　一、從拉普拉斯變換到z變換
　　二、z變換
　　三、收斂域
　§6.2 z變換的性質
　　一、綫性
　　二、移位（移序）特性
　　三、z域尺度變換（序列乘a的k次）
　　四、捲積定理
　　五、z域微分（序列乘k）
　　六、z域積分（序列除k m）
　　七、k域反轉
　　八、部分和
　　九、初值定理和終值定理
　§6.3逆z變換
　　一、冪級數展開法
　　二、部分分式展開法
　§6.4 z域分析
　　一、差分方程的z域解
　　二、係統函數
　　三、係統的z域框圖
　　四、s域與z域的關係
　　五、藉助DTFT求離散係統的頻率響應
　習題六
第七章 係統函數
　§7.1係統函數與係統特性
　　一、係統函數的零點與極點
　　二、係統函數與時域響應
　　三、係統函數與頻域響應
　§7.2係統的因果性與穩定性
　　一、係統的因果性
　　二、係統的穩定性
　§7.3信號流圖
　　一、信號流圖
　　二、梅森公式
　§7.4係統的結構
　　一、直接實現
　　二、級聯和並聯實現
　習題七
第八章 係統的狀態變量分析
　§8.1狀態變量與狀態方程
　　一、狀態與狀態變量的概念
　　二、狀態方程和輸齣方程
　§8.2連續係統狀態方程的建立
　　一、由電路圖直接建立狀態方程
　　二、由輸入一輸齣方程建立狀態方程
　§8.3離散係統狀態方程的建立與模擬
　　一、由輸入一輸齣方程建立狀態方程
　　二、由狀態方程進行係統模擬
　§8.4連續係統狀態方程的求解
　　一、用拉普拉斯變換法求解狀態方程
　　二、係統函數矩陣H（s）與係統穩定性的判斷
　　三、用時域法求解狀態方程
　§8.5離散係統狀態方程的求解
　　一、用時域法求解離散係統的狀態方程
　　二、用z變換求解離散係統的狀態方程
　　三、係統函數矩陣H（z）與係統穩定性的判斷
　§8.6係統的可控製性和可觀測性
　　一、狀態矢量的綫性變換
　　二、係統的可控製性和可觀測性
　習題八
附錄一 捲積積分錶
附錄二 捲積和錶
附錄三 常用周期信號的傅裏葉係數錶
附錄四 常用信號的傅裏葉變換錶
附錄五 拉普拉斯逆變換錶
附錄六 序列的z變換錶
習題答案
索引（漢語拼音順序）
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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信號與綫性係統基礎理論及其在工程實踐中的應用 本書是一部深入探討信號與綫性係統理論的權威著作，旨在為讀者構建紮實的理論基礎，並將其與實際工程應用緊密結閤。全書邏輯嚴謹，內容全麵，從最基本的信號概念齣發，逐步深入到復雜的綫性係統分析，並通過大量的實例演示，揭示瞭這些理論在通信、控製、電子、機械等眾多工程領域的關鍵作用。 第一部分：信號的錶示與基本性質 本部分將引領讀者進入信號的世界，理解信號的本質及其豐富多樣的錶現形式。我們將從信號的定義入手，闡述其作為信息載體的基本屬性。接著，係統地介紹各種常見的信號類型，包括： 連續時間信號與離散時間信號： 區分兩種信號錶示方式的根本差異，理解它們在數學模型和實際應用中的不同場景。例如，連續時間信號如溫度隨時間的變化，而離散時間信號則可能是在特定時間點采集的音頻采樣。 周期信號與非周期信號： 深入分析信號的周期性特徵，理解周期信號的頻譜特性（如傅裏葉級數展開）與非周期信號（如傅裏葉變換）的譜密度錶示之間的聯係。 能量信號與功率信號： 探討信號能量和功率的概念，以及它們在係統分析和信號傳輸中的重要性。我們將學習如何計算信號的能量和功率，並理解兩者之間的關係。 奇函數與偶函數： 分析信號的對稱性，理解奇偶性質如何簡化信號的頻譜分析，並揭示其在係統響應中的潛在影響。 基本信號單元： 詳細介紹一些在信號分析中扮演基石角色的基本信號，如單位階躍信號、單位衝激信號、指數信號、正弦信號等。我們將分析它們的數學錶達式、時域和頻域特性，以及它們在係統建模中的作用。例如，單位衝激信號作為一種理想化的輸入，能夠揭示係統的動態特性。 此外，本部分還將介紹信號的運算，包括加法、乘法、捲積、積分、微分等，以及這些運算在信號處理和係統分析中的基礎作用。通過對這些基本概念的深入理解，讀者將為後續更復雜的係統分析打下堅實的基礎。 第二部分：綫性時不變（LTI）係統的基本概念與分析方法 在理解瞭信號的本質之後，本部分將聚焦於綫性時不變（LTI）係統，這是信號與綫性係統分析的核心。LTI係統因其在實際工程中廣泛存在且具有良好數學性質而備受關注。我們將從以下幾個方麵進行深入探討： 係統的定義與特性： 明確係統的概念，並重點闡述綫性（疊加性與齊次性）和時不變（係統特性不隨時間改變）這兩大關鍵特性。我們將通過實例來直觀理解這些性質，例如一個簡單的電阻-電容（RC）電路即為一個LTI係統。 捲積的數學含義與物理意義： 捲積是LTI係統分析的核心數學工具。本部分將詳細介紹捲積的定義、計算方法，並深入探討其物理意義。我們將理解捲積運算如何描述LTI係統對任意輸入信號的響應，即係統的輸齣是輸入信號與係統衝激響應的捲積。 衝激響應： 衝激響應是錶徵LTI係統特性的關鍵函數。我們將學習如何利用衝激響應來完全描述一個LTI係統的行為，以及如何通過已知輸入和衝激響應來計算係統的輸齣。 係統函數與傳遞函數： 引入係統函數（在拉普拉斯域）和傳遞函數（在s域）的概念，它們是描述LTI係統頻率響應特性的重要工具。我們將學習如何從微分方程或差分方程推導齣係統的傳遞函數，以及如何利用傳遞函數分析係統的穩定性、頻率響應等。 時域與頻域分析： 深入闡述時域分析（如通過微分方程或捲積計算輸齣）與頻域分析（如通過傅裏葉變換或拉普拉斯變換分析係統對不同頻率分量的響應）的互補性。我們將學習如何根據具體問題選擇閤適的分析域，並理解時域和頻域分析結果之間的對應關係。 第三部分：傅裏葉分析在信號與係統中的應用 傅裏葉分析是連接時域與頻域的橋梁，在信號與綫性係統分析中占據著至關重要的地位。本部分將深入探討傅裏葉分析的各種形式及其在工程實踐中的廣泛應用。 傅裏葉級數（FS）： 針對周期信號，我們將學習傅裏葉級數，理解如何將一個周期信號分解為一係列不同頻率的正弦和餘弦分量的疊加。這將幫助我們理解周期信號的頻譜結構，例如方波的傅裏葉級數包含基波和一係列奇次諧波。 傅裏葉變換（FT）： 對於非周期信號，傅裏葉變換提供瞭一種將其分解為連續頻率分量的有效方法，産生信號的頻譜密度。我們將學習傅裏葉變換的定義、性質（如綫性性、時移性、頻移性、捲積性質等），以及如何利用傅裏葉變換來分析信號的頻率成分、帶寬等。 傅裏葉變換的收斂性與實際應用： 討論傅裏葉變換的收斂條件，以及在實際應用中，如存在不連續點時，如何處理收斂問題。我們將學習一些常用的信號的傅裏葉變換對，並探討傅裏葉變換在信號濾波、調製解調、頻譜分析等方麵的應用。 周期信號的傅裏葉變換： 探討周期信號的傅裏葉變換形式，理解其頻譜中包含離散的衝激，以及這些衝激的位置與信號的基波頻率和諧波分量有關。 帕斯瓦爾定理： 介紹帕斯瓦爾定理，它揭示瞭信號在時域的能量與其在頻域的能量之間的關係，為信號能量的分析提供瞭便利。 第四部分：拉普拉斯變換及其在係統分析中的應用 拉普拉斯變換是傅裏葉變換的推廣，尤其適用於分析瞬態響應和非周期信號，並且在處理含有初始條件的微分方程時更為便捷。本部分將係統地介紹拉普拉斯變換及其在LTI係統分析中的核心作用。 雙邊拉普拉斯變換與單邊拉普拉斯變換： 區分這兩種拉普拉斯變換形式，理解它們各自的適用場景。單邊拉普拉斯變換常用於分析具有初始條件的係統響應。 收斂域（ROC）： 拉普拉斯變換的關鍵概念是收斂域，它決定瞭逆拉普拉斯變換的唯一性，並與係統的因果性、穩定性密切相關。我們將學習如何確定收斂域，並理解其物理意義。 拉普拉斯變換的性質： 學習拉普拉斯變換的各種重要性質，如綫性性、時移性、頻移性、捲積性質、微分性質、積分性質等。這些性質極大地簡化瞭對復雜信號和係統的分析。 利用拉普拉斯變換求解微分方程： 演示如何利用拉普拉斯變換將時域的綫性常係數微分方程轉化為代域的代數方程，從而方便地求解係統的響應，特彆是在考慮初始條件的情況下。 係統函數與穩定性分析： 再次強調係統函數在拉普拉斯域中的作用，以及如何通過分析係統函數極點的位置來判斷LTI係統的穩定性。 第五部分：Z變換及其在離散時間係統分析中的應用 隨著數字信號處理和數字控製技術的興起，離散時間係統分析變得越來越重要。Z變換是離散時間LTI係統分析的有力工具，其作用類似於拉普拉斯變換在連續時間係統中的作用。 Z變換的定義與性質： 介紹Z變換的定義，以及它與離散時間傅裏葉變換（DTFT）之間的聯係。我們將學習Z變換的各種性質，如綫性性、時移性、捲積性質等，以及它們在離散係統分析中的應用。 收斂域（ROC）在Z域的意義： 討論Z變換的收斂域，並理解其與離散時間係統的因果性、穩定性之間的關係。 利用Z變換求解差分方程： 演示如何利用Z變換將時域的綫性常係數差分方程轉化為Z域的代數方程，從而方便地求解離散係統的響應，包括考慮初始條件的情況。 離散時間係統函數與穩定性： 引入離散時間係統的係統函數，並講解如何通過分析其零極點來判斷係統的穩定性。 第六部分：係統模型與實際應用 本部分將前麵章節介紹的理論與實際工程應用相結閤，展示信號與綫性係統理論在不同領域的強大威力。 濾波器設計與分析： 介紹各種類型的濾波器（如低通、高通、帶通、帶阻濾波器）的原理和設計方法，包括模擬濾波器和數字濾波器的設計。我們將理解濾波器如何選擇性地允許或阻止特定頻率的信號通過，以及它們在噪聲抑製、信號增強等方麵的作用。 調製與解調： 講解通信係統中常見的調製技術（如幅度調製AM、頻率調製FM、相位調製PM）和解調技術。我們將理解如何利用不同載波信號來傳輸信息，以及如何從接收到的信號中恢復原始信息。 反饋控製係統： 深入分析反饋控製係統的基本原理，包括係統建模、控製器設計、穩定性分析等。我們將學習如何設計控製器來穩定和優化係統的性能，例如在機器人控製、航空航天等領域。 信號采樣與重建： 探討連續時間信號如何被采樣成離散時間信號，以及根據采樣信號如何重建原始信號。我們將學習奈奎斯特采樣定理，並理解其在數字信號處理和通信中的關鍵意義。 隨機信號與係統： 簡要介紹隨機信號的基本概念，如概率密度函數、自相關函數、功率譜密度等，以及如何分析LTI係統對隨機信號的響應，例如在噪聲分析和信號檢測中的應用。 通過對這些實際應用場景的深入剖析，讀者將能夠更深刻地理解信號與綫性係統理論的價值，並將其應用到自己的工程問題解決中。本書旨在培養讀者紮實的理論功底和解決實際工程問題的能力，為他們在信號與係統及相關工程領域的發展奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，我剛開始接觸這個領域的教材時，覺得內容枯燥且晦澀難懂，但《信號與綫性係統分析（第4版）》成功地扭轉瞭我的看法。這本書最讓我欣賞的一點是它對“綫性時不變（LTI）”係統的堅持與深入剖析。作者用一種非常連貫的方式，將時域分析、頻域分析（傅裏葉）和復頻域分析（拉普拉斯/Z變換）完美地串聯起來，展現瞭信號處理的統一性。我特彆喜歡它在講解不同變換時，總是會迴到係統的衝激響應上來，強調這是連接所有分析方法的橋梁。這種結構化的敘述方式，避免瞭知識點的碎片化。即便是麵對一些看似復雜的數學推導，作者的行文也保持著一種優雅的剋製，不會過度賣弄復雜的理論，而是專注於如何利用這些理論解決實際問題。閱讀過程中，我能感受到作者作為資深教育者的匠心，他知道如何引導讀者從“知道是什麼”進階到“理解為什麼”以及“學會怎麼做”。

評分☆☆☆☆☆

我得說，這本書的編排確實是下瞭大功夫的，它的深度和廣度拿捏得非常到位。對於像我這種，希望不僅掌握基礎運算，還想深入理解背後的數學物理意義的學生來說，簡直是寶藏。不同於市麵上一些隻注重公式和計算的參考書，這本書在引入新的概念時，總是會先建立起一個清晰的物理圖像。比如，當討論捲積積分時，它不僅僅是給齣一個積分公式，而是通過“滑動”和“翻轉”的幾何解釋，讓你立刻明白為什麼兩個信號的乘積在時域上的積分代錶瞭係統的響應。這種講解方式極大地降低瞭學習麯綫的陡峭程度。而且，書中的例題和習題的設計也極富巧思，它們不是孤立的計算題，很多都是圍繞著實際的通信、控製係統展開的，做完之後，你不僅掌握瞭知識點，還對工程應用有瞭初步的認識。特彆是附錄部分，對一些高級主題的簡要介紹，也為我們後續深入學習打下瞭很好的基礎，讓人讀起來非常有成就感。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和細節處理也值得點贊。對於一本理工科的教科書來說，圖錶的質量直接決定瞭閱讀體驗。這第四版在這方麵做得非常齣色，所有的波形圖、頻域特性圖都繪製得清晰銳利，綫條的粗細、顔色的區分都恰到好處，使得區分不同情況下的信號響應變得容易得多。我對比過幾本其他版本的教材，常常會因為圖示模糊不清而不得不花費大量時間去猜測作者的意圖。但在這本書裏，即便是處理雙邊拉普拉斯變換的區域收斂性（ROC）時，相關的圖形也標注得非常精確，沒有絲毫歧義。此外，書中對關鍵術語的定義和標記也保持瞭高度的一緻性，這在跨章節學習時尤其重要，極大地減少瞭因符號混淆而産生的認知負擔。總而言之，這是一本在視覺傳達上同樣優秀的專業書籍。

評分☆☆☆☆☆

這本《信號與綫性係統分析（第4版）》簡直是為我們這些電子信息工程專業的學生量身定做的教材。第一次翻開它的時候，我就被那種清晰的邏輯和詳實的講解所吸引。特彆是關於傅裏葉變換和拉普拉斯變換那一章節，作者的處理方式非常直觀，不是那種乾巴巴的公式堆砌，而是通過大量的工程實例和圖形輔助來闡述背後的原理。記得有一次我們在做電路分析作業時遇到瞭瓶頸，迴到書上查閱，作者對係統穩定性的分析，特彆是使用頻率響應圖來判斷的步驟，寫得那叫一個透徹。很多其他教材裏常常一筆帶過的內容，比如離散時間係統的Z變換，在這本書裏都給齣瞭非常細緻的推導過程，甚至連收斂域的判斷都講解得絲絲入扣。我感覺這本書的作者對教學的理解非常深刻，他知道我們這些初學者在麵對抽象的數學工具時最容易卡在哪裏，並且提前為我們鋪好瞭路。毫不誇張地說，這本書是我理解“信號”和“係統”這兩個核心概念的基石，讀完之後，看待任何一個電子係統的眼光都變得不一樣瞭，充滿瞭結構美感。

評分☆☆☆☆☆

這本書真正體現瞭“深入淺齣”的精髓，尤其是在處理係統因果性和穩定性這些抽象概念時，作者的錶達方式非常具有啓發性。他不是簡單地給齣條件不等式，而是結閤瞭諸如RLC電路的物理特性或者機械係統的阻尼情況來類比，使得這些看似純數學的條件忽然有瞭現實的重量。我記得關於頻率響應分析的部分，作者詳細探討瞭低通、高通濾波器在不同截止頻率下的錶現，並且用不同階數的伯德圖（Bode Plot）實例來輔助講解，讀者可以直觀地看到係統增益和相位的變化趨勢。這種“先建立直覺，再驗證理論”的教學路徑，讓我對信號處理有瞭更深刻的內化。這本書不隻是教會瞭我如何計算，更是培養瞭我一種係統性的思維方式，讓我能夠預判一個給定係統可能呈現齣的動態特性，這對於我後續的學習和工作都是極其寶貴的財富。