信號與綫性係統學習指南

信號與綫性係統學習指南 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

曾黃麟 著
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店鋪: 炫麗之舞圖書專營店
齣版社: 科學齣版社
ISBN:9787030301185
商品編碼:29867920594
包裝:平裝
齣版時間:2011-02-01

具體描述

基本信息

書名:信號與綫性係統學習指南

定價:36.00元

作者:曾黃麟

齣版社:科學齣版社

齣版日期:2011-02-01

ISBN:9787030301185

字數:

頁碼:

版次:1

裝幀:平裝

開本:16開

商品重量:0.481kg

編輯推薦


  曾黃麟主編的《信號與綫性係統學習指南》主要配閤二十一世紀高等教育、國傢十二五規劃教材、國傢精品課程《信號與綫性係統》雙語教材一書編寫的。本書根據教學大綱內容的要求,對學習信號基礎知識、係統的基本概念、連續係統的時域分析、離散係統的時域分析、連續係統的頻域分析、離散傅裏葉變換及快速傅裏葉變換、連續係統的復頻域分析、離散係統的z域分析、係統的狀態變量分析等九個方麵的重點、難點進行瞭分析、總結和歸納,並給齣瞭大量的例題、高級問題、學習試題來加深對概念的理解和提高解題的技巧。

內容提要


  本書編寫的配套學習指導書。本書根據教學大綱內容的要求,對信號基礎知識,係統的基本概念,綫性位移不變連續係統的時域分析,綫性位移不變離散係統的時域分析,連續時間信號與係統的頻域分析,離散傅裏葉級數、離散時間傅裏葉變換與DFT,拉普拉斯變換及復頻域分析,z變換與z域分析,係統的狀態變量分析9個方麵的重點、難點進行瞭分析、總結和歸納,並給齣瞭大量的例題和習題來加深對概念的理解和提高解題的技巧。
  本書可作為電子信息、通信工程、自動化、計算機科學與技術、係統工程等專業專科生、本科生和其他專業研究生的學習指導教材,特彆是對於這些專業學生考研復習具有重要的指導意義,也可作為相關專業、相關領域研究人員的參考書。

目錄


作者介紹


文摘


序言



深入理解通信與控製的基石:信號與綫性係統 在現代科技飛速發展的浪潮中,信息傳遞與係統控製無疑扮演著舉足輕重的角色。從無處不在的無綫通信,到精密復雜的自動化生産綫,再到精妙絕倫的數字媒體處理,這一切的背後都離不開對“信號”與“綫性係統”深刻而透徹的理解。它們是構成我們所處數字世界的底層語言,是解析復雜現象、設計高效係統的基本工具。 這本學習指南,將帶領您踏上一段嚴謹而富有啓發性的旅程,探索信號與綫性係統這一經典而又充滿活力的學科。我們將不僅僅停留在理論的錶麵,而是力求深入其精髓,揭示其內在的邏輯聯係與普適性原理。我們的目標是讓您在掌握核心概念的同時,更能培養齣分析問題、解決問題的能力,為未來在通信、控製、電子工程、計算機科學等諸多領域的研究與實踐打下堅實的基礎。 信號:信息的載體與錶達 信號,是信息傳遞的基本載體。它們可以是連續的時間函數,如同廣播電颱傳輸的模擬音頻;也可以是離散的序列,猶如數字電視傳輸的像素數據。我們身邊的世界充滿瞭各種各樣的信號:聲音的聲波,圖像的亮度變化,溫度的波動,經濟數據的起伏,甚至是生物體內神經元的電脈衝。理解信號的本質,就是要理解這些信息的形態、特性以及它們如何被感知、被量化、被處理。 本指南將從信號的分類入手,區分連續時間信號與離散時間信號,周期信號與非周期信號,能量信號與功率信號。我們將學習如何用數學的語言精確地描述這些信號,例如信號的錶示:如指數函數、正弦函數、衝激函數等,它們是構建更復雜信號的基礎。 更重要的是,我們將深入探討信號的運算。這包括基本的加法、乘法、標量乘法,以及對於信號處理至關重要的翻轉、時移和時伸/時縮。這些運算不僅是理解信號變換的基礎,也是設計濾波器、調製解調器等關鍵模塊的先決條件。例如,時移操作使我們能夠理解信號在時間軸上的傳播,而時伸/時縮則與信號的頻率特性緊密相關。 此外,我們還會關注信號的分解。任何復雜的信號,往往都可以被分解為一係列更簡單的基本信號的組閤。傅裏葉級數和傅裏葉變換是這一思想的集大成者,它們將時域信號分解為不同頻率的正弦波分量,揭示瞭信號在頻域的分布特性。這將幫助我們理解為何不同頻率的信號在通信信道中會錶現齣不同的傳播特性,以及如何通過頻率選擇來提取或過濾所需信息。拉普拉斯變換和Z變換則為分析綫性係統提供瞭更強大的工具,尤其是在處理瞬態響應和係統穩定性方麵。 綫性係統:信號處理的框架 綫性係統是信號處理和係統分析的核心概念。在現實世界中,雖然存在大量的非綫性現象,但許多重要的係統在一定的操作範圍內,可以被近似地看作是綫性的。綫性係統的特點在於其滿足疊加原理(也稱為加法性)和齊次性(也稱為比例性)。這意味著,如果輸入信號是兩個信號的綫性組閤,那麼係統的輸齣也將是這兩個輸入信號對應輸齣的綫性組閤;如果輸入信號乘以一個常數,輸齣信號也將乘以相同的常數。 理解綫性係統的關鍵在於掌握其特性。我們將詳細介紹因果性(係統的輸齣隻依賴於當前和過去的輸入,不依賴於未來的輸入)、穩定性(係統在有界輸入下産生有界輸齣)、記憶性(係統是否存儲過去的輸入信息)、自逆性(係統是否可以被反轉)等重要屬性。這些特性直接影響著係統的行為和設計選擇。 係統的錶示是理解綫性係統的另一個重要方麵。我們將學習如何使用微分方程來描述連續時間綫性係統,以及如何使用差分方程來描述離散時間綫性係統。這些方程是係統動力學的數學體現。 為瞭更直觀地理解綫性係統的時域行為,單位衝激響應 (Impulse Response) 和單位階躍響應 (Step Response) 是不可或缺的概念。衝激響應描述瞭係統對一個極短的、強度為1的輸入信號的響應。它包含瞭係統的全部動態信息,是分析和設計綫性係統的基礎。任何綫性係統的輸齣都可以錶示為其輸入信號與係統衝激響應的捲積 (Convolution)。我們將深入探討捲積的計算方法和其物理意義,理解輸入信號是如何在係統內部“展開”和“纍積”的。 在頻域,頻率響應 (Frequency Response) 是描述綫性係統如何處理不同頻率信號的關鍵。它可以通過輸入一個正弦信號,觀察其輸齣的幅度變化和相位延遲來獲得。幅度響應和相位響應共同決定瞭係統對信號的“染色”效果。例如,低通濾波器允許低頻信號通過,而衰減高頻信號,其幅度響應在低頻時接近1,在高頻時迅速下降。 係統的分析與設計 掌握瞭信號與綫性係統的基本概念和錶示方法後,我們將進一步探討如何分析和設計這些係統。 時域分析側重於理解係統在時間維度上的響應,包括瞬態響應(係統從初始狀態達到穩態前的過渡過程)和穩態響應(係統在輸入信號長時間作用後達到的穩定狀態)。我們將學習如何利用微分方程和差分方程的求解方法來獲得係統的輸齣。 頻域分析則將焦點放在信號和係統在頻率上的特性。傅裏葉變換、拉普拉斯變換和Z變換是實現頻域分析的強大工具。通過這些變換,可以將復雜的時域問題轉化為更易於處理的代數問題。我們將學習如何通過零極點分析來理解係統的頻率特性和穩定性。 係統的構成也是一個重要的方麵。我們將探討如何通過串聯、並聯、反饋等方式組閤基本的係統模塊,來構建更復雜的係統。理解這些組閤方式有助於我們分解復雜係統,理解整體行為。 係統穩定性是綫性係統研究中的一個核心問題。我們將學習如何根據係統參數(如微分方程的係數、傳遞函數的極點位置)來判斷係統的穩定性。不穩定的係統可能導緻信號失真、係統崩潰,因此確保係統的穩定性是係統設計中的首要任務。 學習方法與展望 本學習指南將采用清晰的邏輯結構,從基礎概念逐步深入到更復雜的理論和應用。我們將結閤豐富的例題和習題,幫助您鞏固所學知識,並提升實際操作能力。理論講解將力求通俗易懂,同時注重數學的嚴謹性。 通過學習信號與綫性係統,您將能夠: 準確描述和分析各種信號的特性。 理解和預測綫性係統對不同信號的響應。 掌握分析和設計信號處理係統和控製係統的基本方法。 為進一步學習通信原理、數字信號處理、控製理論等高級課程打下堅實基礎。 培養嚴謹的科學思維和解決工程問題的能力。 無論您是電子工程、通信工程、自動化、計算機科學,還是任何需要處理信息的領域的研究者或從業者,對信號與綫性係統的掌握都將是您寶貴的財富。這段學習旅程,不僅是知識的積纍,更是思維的升華。讓我們一同開啓這段探索信號與係統奧秘的精彩之旅!

用戶評價

評分

這本書的魅力在於它能夠將看似枯燥的理論,通過非常生動和貼近實際的方式呈現齣來。尤其是在講解“濾波器”的設計和應用時,我感覺自己仿佛變成瞭一位工程師,在動手操作。過去我對濾波器的認識,大多停留在“低通”、“高通”、“帶通”這些基本分類,覺得它們就是用來“濾掉”某些頻率的。但是,這本書深入探討瞭不同類型濾波器的設計原理,比如巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器等,並且詳細分析瞭它們的幅頻特性和相頻特性。它不僅僅是給齣設計公式,更是通過對這些特性的分析,讓我理解瞭不同濾波器在實際應用中的優劣。我記得書中有一個章節,詳細對比瞭不同濾波器設計方案在實際通信係統中的應用,比如在音頻信號處理、圖像去噪等場景下,選擇哪種濾波器更為閤適。這種“知其然,更知其所以然”的講解方式,讓我對濾波器的理解上升到瞭一個新的高度。而且,書中還涉及瞭一些數字濾波器的設計,讓我看到瞭如何在離散時間係統中實現濾波功能,這對於現代信號處理至關重要。我非常欣賞書中對“采樣定理”的深入講解,它讓我理解瞭連續信號轉換為離散信號時,信息不丟失的根本原因,也為理解數字濾波器的設計打下瞭基礎。這本書就像一位經驗豐富的導師,不僅教我“怎麼做”,更教我“為什麼這麼做”,讓我真正掌握瞭濾波器設計和應用的核心。

評分

這本書在闡述“信號的采樣與重建”這一關鍵環節時,簡直是我的“救星”。我之前在學習數字信號處理時,對采樣定理的理解總是有些似懂非懂,總覺得它是一個“魔法”,能讓連續信號變成離散信號而不丟失信息。這本書用非常清晰的邏輯和詳實的圖示,讓我徹底理解瞭其中的奧秘。它詳細講解瞭奈奎斯特定理,並且通過對“混疊”現象的深入分析,讓我明白瞭為什麼采樣率必須大於信號最高頻率的兩倍。書中還介紹瞭如何通過“理想低通濾波器”來進行信號的重建,並且解釋瞭為什麼在實際中,這種理想濾波器是難以實現的,從而引齣瞭“非理想采樣”和“零階保持”等概念。我特彆喜歡書中對“零階保持”的講解,它用一個形象的比喻,將離散的樣本點看作是“颱階”,然後用這些颱階來近似原始的連續信號,讓我一下子就理解瞭它帶來的“失真”。書中還討論瞭采樣過程中的一些實際問題,比如采樣抖動、量化誤差等,並且分析瞭它們對信號重建的影響。這種深入淺齣的講解方式,讓我不僅僅是記住瞭公式,更是理解瞭背後的物理原理和工程實踐,為我今後進行數字信號處理打下瞭堅實的基礎。

評分

這本書絕對是我近期讀過的最令人耳目一新的一本教材瞭。我一直覺得信號與綫性係統這個領域,雖然概念清晰,但理解其內在聯係和應用場景總是差點火候。這本書的齣現,恰好填補瞭我學習過程中的這些空白。它的內容組織方式非常巧妙,不像我之前接觸過的教材那樣,上來就堆砌大量的數學公式和抽象定義,而是循序漸進,從最基本的信號概念入手,比如信號的分類、周期性、能量與功率等,都講解得非常透徹。然後,逐步過渡到綫性係統的基本特性,像疊加性、時不變性,這些聽起來簡單的性質,書中通過大量的圖示和直觀的例子,讓我一下子就明白瞭它們背後的物理含義。特彆是關於捲積的部分,我之前總是記不住那個公式,感覺很抽象,這本書裏用瞭非常形象的比喻,比如“移動平均”、“濾波器”等,讓我瞬間豁然開朗,感覺捲積不再是一個冰冷的數學工具,而是能夠實際操作和理解的“信號處理”的核心。而且,書中提供的那些練習題,不是那種死記硬背就能做的,而是需要你真正理解概念,纔能靈活運用。我花瞭好多時間去做那些題目,雖然有時候會卡住,但每次解決一個問題,都覺得自己的理解又上瞭一個颱階。書中的講解邏輯也很順暢,前後呼應,不會讓你覺得知識點是割裂的。總的來說,這本書的優點在於它的“引導性”,它不是把知識灌輸給你,而是引導你去思考,去發現,去理解,這對於我這種喜歡深度學習的讀者來說,簡直是福音。我強烈推薦給任何對信號與綫性係統感到睏惑或者想深入理解這個領域的學習者。

評分

我不得不說,這本書在介紹“綫性時不變係統”這個基礎概念時,做得非常到位。過去我對“綫性”和“時不變”這兩個詞的理解,大多停留在教科書上的定義,感覺它們是抽象的數學屬性。但是,這本書通過大量的物理類比和實際例子,讓我深刻地理解瞭這兩個屬性的內涵。比如,在講解“綫性”時,書中用電路中的疊加原理和齊次性來解釋,讓我明白瞭一個綫性係統,它的響應是可以被分解和疊加的。當講解“時不變”時,書中則用一個例子,說明無論何時施加相同的輸入,係統的響應都應該是相同的。這種從具體到抽象,再從抽象迴到具體的講解方式,讓我對這兩個基本性質有瞭深刻的理解。書中還強調瞭綫性時不變係統的“疊加原理”在係統分析中的重要性,讓我明白很多復雜的係統分析都可以分解為對基本信號(如衝激信號)的響應進行疊加。我特彆欣賞書中關於“係統函數”(或稱傳遞函數)的引入,它讓我明白,一個綫性時不變係統的所有特性,都可以通過一個函數來概括,這大大簡化瞭係統的分析和設計。這本書不僅僅是傳遞瞭知識,更是幫助我建立瞭對綫性時不變係統深刻的直觀認識,為我後續學習更復雜的係統理論打下瞭堅實的基礎。

評分

這本書的章節安排和內容深度,讓我感覺像是在進行一場精心設計的“知識探險”。它不僅僅是羅列知識點,而是循序漸進地引導讀者去探索。我特彆喜歡書中在講解“狀態空間方法”時,沒有直接扔給我一堆矩陣方程,而是先從“係統模型”的建立入手,討論瞭如何用一組“狀態變量”來完整地描述一個係統的內部動態。這種由“宏觀”到“微觀”的思路,讓我更容易理解狀態空間方程的意義。書中詳細解釋瞭狀態嚮量、狀態方程和輸齣方程的物理含義,並且通過一些簡單的物理係統(比如RLC電路、彈簧-阻尼係統)的例子,讓我看到瞭狀態空間方法在描述和分析這些係統時的強大之處。我印象深刻的是,書中還初步介紹瞭狀態反饋控製和能觀測性、可控性等概念,讓我看到瞭狀態空間方法在現代控製理論中的核心地位。它不僅僅是一個數學工具,更是一種理解和設計動態係統的強大框架。這本書的講解方式,讓我覺得學習狀態空間方法不再是畏懼,而是一種充滿探索樂趣的過程,它為我打開瞭通往更高級係統理論的大門,讓我對未來的學習充滿瞭期待。

評分

我一直認為,一個好的教材不僅僅是知識的搬運工,更應該是思想的啓濛者。這本書在這方麵做得非常到位,尤其是在關於“係統穩定性”的闡述上。過去我學習這些概念時,總是覺得它是一個很“硬”的概念,要麼穩定,要麼不穩定,缺乏一種更深入的理解。然而,這本書通過引入“係統響應”這個更具象的概念,比如零輸入響應和零狀態響應,讓我看到瞭穩定性的不同層麵。它詳細講解瞭如何通過分析係統的“極點”來判斷穩定性,並且將這種判斷與實際係統的物理行為聯係起來,比如會不會齣現振蕩、發散等現象。我非常喜歡書中關於“因果性”、“穩定性”和“可觀性”、“可控性”之間關係的探討,這些概念在現代控製理論中至關重要,而這本書將它們串聯起來,讓我看到瞭它們之間的內在邏輯。它不僅僅是列舉瞭這些概念,更是通過大量的例子,展示瞭它們在實際工程問題中的意義。比如,在分析一個反饋控製係統時,如何通過調整參數來保證係統的穩定性,以及如何通過觀察係統的輸齣和狀態來判斷其是否可控和可觀。書中還涉及瞭一些關於狀態空間方法的初步介紹,讓我對現代係統分析有瞭更宏觀的認識。我感覺這本書在傳遞理論知識的同時,也在潛移默化地培養我解決實際問題的能力,讓我覺得學習這些抽象的概念是有意義的,並且能夠帶來實際的價值。

評分

坦白說,我之前對拉普拉斯變換和Z變換的理解一直停留在“工具”的層麵,覺得它們就是為瞭解決微分方程和差分方程的,但到底在係統分析和穩定性判斷中扮演瞭什麼角色,總覺得不夠清晰。這本書在這方麵做得非常齣色。它不僅僅是介紹瞭拉普拉斯變換和Z變換的定義和性質,更重要的是,它深刻地闡述瞭它們在連續時間和離散時間係統分析中的核心地位。書中用“復頻率”的概念來解釋拉普拉斯變換,讓我一下子就理解瞭為什麼它能夠處理瞬態響應和係統穩定性。特彆是對於根軌跡的講解,書中的圖示和分析非常到位,讓我直觀地看到瞭係統參數變化對係統穩定性的影響,這在實際工程設計中是至關重要的。當提到Z變換時,書中巧妙地將其與拉普拉斯變換類比,讓我能夠快速地理解其在離散係統中的作用,比如在數字濾波器設計和數字控製係統中的應用。書中對係統函數(傳遞函數)的定義及其重要性進行瞭詳細的講解,讓我理解瞭它是係統內在特性的集中體現,通過分析係統函數的零極點,就可以全麵地瞭解係統的行為。我特彆欣賞書中關於“穩定性”的討論,它不僅給齣瞭代數判據,還從根軌跡和頻率響應的角度進行瞭補充說明,讓我對“穩定性”有瞭多維度的理解。這本書的講解方式,讓我覺得這些變換不再是抽象的數學符號,而是理解和設計動態係統的關鍵鑰匙。

評分

這本書在介紹“捲積”這個核心概念時,給我帶來瞭前所未有的清晰感。我之前接觸過的教材,在講到捲積時,總是直接給齣一個積分或者求和公式,然後讓我們去計算。我雖然能算對,但總覺得裏麵蘊含的意義不夠直觀。這本書完全顛覆瞭我的認知。它用瞭大量的圖示和類比,比如將捲積比作“一個信號在另一個信號上滑動並進行加權求和”,或者將係統響應看作是輸入信號與係統衝激響應的“加權平均”。這種方式讓我一下子就理解瞭捲積的本質——它是描述一個綫性時不變係統如何響應任意輸入的關鍵操作。書中不僅詳細解釋瞭連續時間係統的捲積積分,還對離散時間係統的捲積求和進行瞭詳盡的介紹,並且強調瞭它們之間的數學聯係。我特彆喜歡書中關於“衝激響應”的講解,它讓我明白瞭為什麼衝激響應如此重要,因為它包含瞭係統的所有動態特性。通過衝激響應,我們可以預測係統對任何輸入的響應,這使得係統分析和設計變得非常強大。書中還介紹瞭捲積定理,讓我明白瞭在頻域上,捲積對應於乘積,這極大地簡化瞭係統的分析過程,讓我看到瞭數學工具的威力。我感覺這本書不僅僅是教我計算,更是讓我理解瞭捲積背後的物理意義和工程應用,它讓我真正領略到瞭信號與係統理論的精妙之處。

評分

我必須承認,這本書在處理傅裏葉分析部分的時候,給瞭我一個全新的視角。過去我對傅裏葉變換的理解,大多停留在“將時域信號分解為不同頻率的正弦波之和”這個層麵,覺得它是一種很“數學”的工具,應用起來總覺得有點“隔靴搔癢”。但是,這本書通過對傅裏葉級數和傅裏葉變換的深入剖析,結閤大量的工程實例,讓我看到瞭它在實際中的強大威力。比如,書中詳細講解瞭如何利用傅裏葉變換來分析信號的頻譜特性,理解信號的帶寬,以及在通信係統中的應用,比如AM、FM調製等。我印象特彆深刻的是,書中用一個生動的比喻,將傅裏葉變換比作“音樂的樂譜”,時域是演奏的聲音,頻域則是譜上的音符,不同音符代錶不同頻率的成分,這樣一來,理解信號的頻率構成和信息內容就變得直觀多瞭。書中對傅裏葉變換的收斂性、性質(如時移、頻移、捲積定理等)也都做瞭非常嚴謹而又不失趣味的推導和闡述,特彆是對捲積定理在頻域的解讀,讓我理解瞭為什麼它在係統分析中如此重要。而且,書中還特彆提到瞭離散時間傅裏葉變換(DTFT)和離散傅裏葉變換(DFT),以及它們之間的聯係和區彆,這對於處理實際的數字信號處理問題至關重要。我特彆喜歡書中給齣的那些由淺入深的例題,它們不僅鞏固瞭理論知識,還教會瞭我如何實際運用這些工具來解決工程問題。對於那些在傅裏葉變換這塊“硬骨頭”上卡住的學習者來說,這本書絕對是一本寶藏,它能讓你真正領略到傅裏葉變換的魅力。

評分

對於很多初學者來說,“係統辨識”這個概念聽起來可能有些遙遠,但這本書卻把它講得非常生動和實用。我之前對這個概念的理解,就停留在“通過觀察係統的輸入輸齣,來反推係統的模型”這樣一個模糊的認識。這本書則通過一係列具體的例子,讓我看到瞭係統辨識在實際工程中的巨大價值。它詳細介紹瞭如何利用最小二乘法等經典方法來辨識綫性係統的參數,並且解釋瞭這些方法背後的數學原理。我印象特彆深刻的是,書中提供瞭一個實際的例子,比如如何利用傳感器的測量數據,來辨識一個機械臂的動力學模型,從而進行精確的控製。這種將抽象理論與具體工程問題相結閤的方式,讓我覺得學習過程充滿成就感。書中還討論瞭係統辨識的一些挑戰,比如噪聲的影響、模型選擇的睏難等,並且給齣瞭一些應對的策略。這讓我明白,理論上的模型辨識並非易事,需要結閤實際情況進行權衡。我尤其欣賞書中對“模型階數選擇”的討論,它讓我理解瞭如何在保證模型足夠精確的同時,避免引入不必要的復雜度。總而言之,這本書不僅僅是介紹瞭係統辨識的方法,更重要的是,它讓我體會到瞭如何將理論知識應用於實際問題,解決工程中的“未知”挑戰,這對於我來說是寶貴的經驗。

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