信號與系統分析(西安電子科技大學出版社書籍)

《信號與系統分析》是2014年西安電子科技大學出版社出版的圖書，作者是和衛星、許波。

基本介紹

• 書名：信號與系統分析
• 作者：和衛星 許波
• ISBN：978-7-5606-1807-4/TN.0364
• 定價：39.1元
• 出版社：西安電子科技大學出版社
• 出版時間：2014-08

編輯推薦

本教材主要討論確定性信號的特性和線性時不變系統的基本理論和基本分析方法，建立信號分析與系統分析之間的邏輯關係，明確時域分析與變換域分析的相互關係和各自的適用範疇。在時域分析中，著重於基本信號的數學定義和性質、信號的變換與運算以及系統的描述與時域特性等的講述；在變換域分析中，突出了傅立葉變換、拉普拉斯變換和Z變換的數學概念、基本性質和工程套用背景等，淡化了其數學運算和技巧以及建立信號頻譜與系統函式的概念。在輔助教學工具上，本教材引入了具有強大計算功能的MATLAB軟體。在各章中通過例題的方式， 藉助MATLAB這種現代計算工具對基本概念、基本原理和基本方法的理解和套用，實現了經典理論與現代計算技術相結合，從而為更有效地學習和理解新知識提供了有效的方法。本教材內容豐富，論述清楚，系統性和實踐性較強。結構上注重重點突出、難點分散，強調數學概念與物理概念並重，力求實現原理、方法與套用的三結合。本教材還精心選編了大量的例題和習題，並配備了部分參考答案，使之與正文有機結合，有利於培養學生分析問題和解決問題的能力。考慮到大學本科階段的教學特點，在編寫本教材時注意教材的教學適用性， 在總體結構上力求簡明，章節內容安排上既注意了課程體系的連貫性，又保持了一定的獨立性，以適應不同的教學要求和教學計畫，便於對本教材內容進行剪裁。參加本教材編寫工作的有：和衛星(第5、7、8章)、許波(第3、4、6章)、周新雲(第1、2章)、毛彥欣(每章中有關MATLAB的內容)。本教材由和衛星、許波任主編，共同負責全書內容的選定和統稿。西安電子科技大學張永瑞教授主審了本教材並提出了寶貴的修改意見，在此表示衷心的感謝。

內容簡介

本教材系統地介紹了信號與系統的基本概念、基本理論和基本分析方法。全書共分8章，內容包括： 信號與系統的基本概念； 連續時間系統的時域分析；連續時間信號的頻域分析；連續時間系統的頻域分析； 連續時間信號與系統的復頻域分析； 離散時間信號與系統的時域分析；離散時間信號與系統的z域分析；系統的狀態變數分析等。

本教材採用數學概念與物理概念並重的處理方式，闡述了連續時間信號和離散時間信號通過線性時不變系統的時域分析與變換域分析， 引入MATLAB軟體作為信號與系統分析的工具，來實現原理、方法與套用的三結合。書中配有大量的例題和習題，並在每章末附有部分參考答案，以利於讀者對基本內容的理解和自學。

本教材可作為高等院校電子信息工程、通信工程、自動化、電子信息科學與技術、生物醫學工程、 計算機科學與技術等專業“信號與系統”課程的教材，也可供從事相關專業的科技工作人員參考。

目錄

第一章 信號與系統的基本概念1

1.1 信號的概念與分類1

1.1.1 信號的概念1

1.1.2 信號的分類1

1.2 基本的連續時間信號3

1.2.1 正弦信號與指數信號3

1.2.2 抽樣信號5

1.2.3 階躍信號與衝激信號5

1.3 信號的運算與變換10

1.3.1 信號的基本運算10

1.3.2 自變數變換引起的信號變換11

1.3.3 信號的分解12

1.4 系統的描述與分類15

1.4.1 系統的數學模型16

1.4.2 系統的模擬17

1.4.3 系統的分類17

1.5 線性時不變系統的基本性質18

1.5.1 疊加性與均勻性18

1.5.2 微分與積分特性18

1.5.3 時不變性19

1.5.4 因果性19

1.5.5 穩定性19

1.5.6 無記憶性與記憶性19

1.6 連續時不變系統分析方法綜述20

1.7 信號變換與運算及系統判斷的MATLAB實現20

習題一 27

習題一 部分參考答案30

第二章 連續時間系統的時域分析32

2.1 連續時間系統的數學模型與運算元表示法32

2.1.1 連續時間系統的數學模型32

2.1.2 系統方程的運算元表示33

2.2 連續時間系統的回響36

2.2.1 微分方程的經典解36

2.2.2 零輸入回響與零狀態回響39

2.3 衝激回響與階躍回響40

2.3.1 衝激回響40

2.3.2 階躍回響42

2.4 卷積43

2.4.1 卷積的定義43

2.4.2 卷積的計算44

2.5 卷積的性質46

2.5.1 卷積的代數運算46

2.5.2 卷積的微分與積分47

2.5.3 函式與衝激函式的卷積48

2.5.4 卷積的時移性質49

2.6 連續時間系統時域分析的MATLAB實現51

習題二 55

習題二 部分參考答案59

第三章 連續時間信號的頻域分析61

3.1 信號的正交分解61

3.1.1 矢量的正交分解61

3.1.2 正交函式與正交函式集62

3.1.3 信號的正交分解63

3.2 周期信號的傅立葉級數分解64

3.2.1 三角形式的傅立葉級數64

3.2.2 指數形式的傅立葉級數67

3.2.3 函式的對稱性與傅立葉係數的關係68

3.3 周期信號的頻譜71

3.3.1 周期信號的頻譜71

3.3.2 周期矩形脈衝信號的頻譜73

3.4 非周期信號的頻譜76

3.4.1 傅立葉變換76

3.4.2 典型非周期信號頻譜78

3.5 傅立葉變換的性質83

3.5.1 線性性質83

3.5.2 時移性質84

3.5.3 頻移性質85

3.5.4 尺度變換性質87

3.5.5 對稱性質88

3.5.6 奇偶虛實性質90

3.5.7 時域微分性質91

3.5.8 時域積分性質91

3.5.9 頻域微分性質94

3.5.10 頻域積分性質95

3.5.11 時域卷積定理96

3.5.12 頻域卷積定理97

3.6 周期信號的傅立葉變換100

3.6.1 正、 餘弦信號的傅立葉變換100

3.6.2 一般周期信號的傅立葉變換100

3.7 帕塞瓦爾定理與功率譜、 能量譜103

3.7.1 帕塞瓦爾定理103

3.7.2 功率譜與能量譜105

3.8 連續時間信號頻域分析的MATLAB實現106

習題三 112

習題三 部分參考答案119

第四章 連續時間系統的頻域分析121

4.1 系統回響的頻域分析121

4.1.1 頻域系統函式121

4.1.2 周期信號激勵下系統回響的頻域分析123

4.1.3 非周期信號激勵下系統回響的頻域分析126

4.2 無失真傳輸129

4.3 理想低通濾波器與系統的物理可實現性131

4.3.1 理想低通濾波器及其衝激回響132

4.3.2 理想低通濾波器的階躍回響133

4.3.3 系統的物理可實現性135

4.4 希爾伯特變換136

4.4.1 系統函式的約束特性與希爾伯特變換136

4.4.2 單邊頻譜與解析信號137

4.5 調製與解調142

4.5.1 調製與解調的概念142

4.5.2 抑制載波的雙邊帶幅度調製與解調143

4.5.3 幅度調製與解調145

4.5.4 單邊帶調製(SSB)與殘留邊帶調製(VSB)147

4.6 抽樣定理148

4.6.1 信號的時域抽樣148

4.6.2 時域抽樣定理152

4.6.3 連續時間信號的恢復153

4.6.4 頻域抽樣定理155

4.7 頻分復用與時分復用157

4.7.1 頻分復用157

4.7.2 時分復用158

4.8 連續時間系統頻域分析的MATLAB實現159

習題四 168

習題四 部分參考答案174

第五章 連續時間信號與系統的復頻域分析176

5.1 拉普拉斯變換176

5.1.1 從傅立葉變換到拉普拉斯變換176

5.1.2 拉普拉斯變換的收斂域178

5.1.3 常見信號的拉普拉斯變換180

5.2 拉普拉斯變換的性質182

5.2.1 線性性質182

5.2.2 時移(延時)性質183

5.2.3 復頻移性質186

5.2.4 尺度變換性質187

5.2.5 時域微分性質189

5.2.6 時域積分性質190

5.2.7 復頻域微分性質193

5.2.8 復頻域積分性質193

5.2.9 初值定理194

5.2.10 終值定理195

5.2.11 時域卷積定理196

5.2.12 復頻域卷積定理198

5.3 拉普拉斯反變換199

5.4 連續時間系統的復頻域分析206

5.4.1 微分方程的復頻域求解206

5.4.2 電路的復頻域模型與求解208

5.5 系統函式與系統特性213

5.5.1 系統函式213

5.5.2 系統函式的零點與極點216

5.5.3 系統函式的零、 極點分布與時域回響特性的關係218

5.5.4 系統函式的零、 極點分布與頻域回響特性的關係221

5.5.5 系統函式的極點分布與系統的穩定性的關係224

5.6 線性系統的模擬225

5.6.1 基本運算器225

5.6.2 系統模擬的直接形式225

5.6.3 系統模擬的組合形式228

5.7 連續時間系統復頻域分析的MATLAB實現235

習題五 241

習題五 部分參考答案249

第六章 離散時間信號與系統的時域分析254

6.1 離散時間信號基礎254

6.1.1 離散時間信號的數學描述254

6.1.2 常見的離散時間信號255

6.1.3 離散時間信號的基本運算259

6.2 離散時間系統263

6.2.1 線性時不變離散時間系統263

6.2.2 離散時間系統的數學模型264

6.2.3 系統方程的運算元表示267

6.2.4 離散時間系統的時域模擬268

6.3 離散時間系統的時域回響269

6.3.1 疊代法求解差分方程270

6.3.2 經典法求解差分方程270

6.3.3 零輸入回響和零狀態回響273

6.4 單位序列回響與單位階躍回響275

6.4.1 單位序列回響275

6.4.2 單位階躍回響280

6.5 卷積和281

6.5.1 卷積和的定義281

6.5.2 卷積和的求解282

6.5.3 卷積和的性質286

6.6 離散時間系統時域分析的MATLAB實現289

習題六 294

習題六 部分參考答案300

第七章 離散時間信號與系統的z域分析303

7.1Z 變換303

7.1.1Z 變換的定義303

7.1.2Z 變換的收斂域304

7.1.3 常見序列的Z變換307

7.2 z變換的性質309

7.2.1 線性性質309

7.2.2 移位性質309

7.2.3 z域尺度性質(序列指數加權)311

7.2.4 z域微分性質312

7.2.5 z域積分性質(序列除k+m)313

7.2.6 時域摺疊314

7.2.7 初值定理314

7.2.8 終值定理315

7.2.9 時域卷積定理316

7.2.10 z域卷積定理317

7.3Z 反變換318

7.3.1 冪級數展開法(長除法)319

7.3.2 部分分式展開法320

7.3.3 圍線積分法(留數法)324

7.4Z 變換與拉普拉斯變換的關係327

7.5 差分方程的Z變換求解329

7.6 系統函式與系統特性332

7.6.1 系統函式332

7.6.2 系統函式的零點與極點333

7.6.3 系統函式的零、 極點分布與時域回響的關係334

7.6.4 系統函式與系統的因果穩定性的關係336

7.7 離散時間系統的頻率回響338

7.7.1 頻率回響338

7.7.2 系統函式零、 極點分布與頻率回響特性的關係340

7.8 離散時間系統的z域模擬342

7.8.1 基本運算器342

7.8.2 系統模擬的直接形式343

7.8.3 系統模擬的組合形式345

7.9 離散時間系統z域分析的MATLAB實現348

習題七 351

習題七 部分參考答案356

第八章 系統的狀態變數分析360

8.1 狀態方程360

8.1.1 狀態變數和狀態方程360

8.1.2 狀態方程的一般形式362

8.2 狀態方程的建立364

8.2.1 連續系統狀態方程的建立364

8.2.2 離散系統狀態方程的建立377

8.3 狀態方程的求解381

8.3.1 連續系統狀態方程的求解381

8.3.2 離散系統狀態方程的求解387

8.4 系統的可控制性與可觀測性393

8.4.1 狀態矢量的線性變換393

8.4.2 系統的可控制性397

8.4.3 系統的可觀測性399

8.4.4 系統的可控性和可觀性與系統函式的關係401

8.5 系統的狀態變數分析的MATLAB實現404

習題八 407

習題八 部分參考答案412

參考文獻418