图书简介:
第1章 信号与系统绪论 1
1.1 信号与系统理论的应用 1
1.1.1 信号与系统的定义和联系 1
1.1.2 信号与系统的理论体系 3
1.1.3 信号与系统理论的主要应用 4
1.2 信号的分类与常见信号 5
1.2.1 信号的常用分类方法 5
1.2.2 常见信号的数学表示形式 8
1.3 信号的运算 10
1.3.1 信号的四则运算 10
1.3.2 连续信号的微分与积分 10
1.3.3 离散信号的差分与部分和 11
1.3.4 信号的反转与平移 11
1.3.5 信号的尺度变换 13
1.3.6 信号反转、平移和尺度变换的综合 14
1.4 阶跃函数和冲激函数 16
1.4.1 阶跃函数和冲激函数的定义 16
1.4.2 利用阶跃函数简化分段函数的表示 18
1.4.3 冲激函数的性质 19
1.4.4 分段连续函数的求导法则 21
1.5 系统输入/输出方程与框图 21
1.5.1 系统的常用分类方法 21
1.5.2 描述系统的多种常用形式简介 22
1.5.3 系统的输入/输出方程 22
1.5.4 系统的框图表示 23
1.6 系统特性的定义与判断准则 25
1.6.1 系统线性的定义与判断准则 25
1.6.2 系统时不变性的定义与判断准则 26
1.6.3 系统因果性的定义与判断准则 27
1.6.4 系统稳定性的定义与判断准则 28
1.7 LTI系统的特点与应用 28
1.7.1 连续LTI系统的微分与积分性质 28
1.7.2 离散LTI系统的差分与部分和性质 29
1.7.3 LTI系统分析方法简介 30
知识点总结(一) 31
重难点提示(一) 35
习题(一) 36
考研题选编(一) 41
第2章 连续系统的时域分析 44
2.1 LTI连续系统的响应 44
2.1.1 微分方程的经典解 44
2.1.2 关于0-和0+时刻的初始值 48
2.1.3 零输入响应 51
2.1.4 零状态响应 52
2.1.5 系统的全响应 54
2.2 冲激响应与阶跃响应 58
2.2.1 冲激响应 58
2.2.2 阶跃响应 59
2.2.3 阶跃响应与冲激响应之间的关系 60
2.3 零状态响应与卷积积分 62
2.3.1 卷积积分的数学定义 62
2.3.2 任意激励下的零状态响应 63
2.3.3 卷积积分的计算方法 65
2.3.4 时限信号的卷积积分 69
2.4 卷积积分的性质 70
2.4.1 卷积的代数运算 70
2.4.2 函数与冲激函数的卷积 73
2.4.3 卷积的微分与积分 76
2.4.4 系统基本单元的冲激响应与系统综合 79
知识点总结(二) 81
重难点提示(二) 84
习题(二) 84
考研题选编(二) 87
第3章 离散系统的时域分析 90
3.1 LTI离散系统的响应 90
3.1.1 差分与差分方程 90
3.1.2 差分方程的经典解 92
3.1.3 差分方程的双零解 95
3.1.4 系统的全响应 98
3.1.5 线性与时不变性的应用 100
3.2 单位序列响应与单位阶跃响应 101
3.2.1 单位序列和单位阶跃序列 101
3.2.2 单位序列响应 103
3.2.3 单位阶跃响应 105
3.2.4 单位阶跃响应与单位序列响应之间的关系 107
3.3 零状态响应与卷积和 108
3.3.1 卷积和的数学定义 108
3.3.2 任意激励下的零状态响应 109
3.3.3 单位序列响应的物理意义 111
3.3.4 卷积和的计算方法 111
3.3.5 有限长序列的卷积和 113
3.4 卷积和的性质 114
3.4.1 卷积和的代数性质 114
3.4.2 序列与单位序列的卷积和 115
3.4.3 系统基本单元的单位序列响应与系统综合 118
知识点总结(三) 119
重难点提示(三) 121
习题(三) 122
考研题选编(三) 125
第4章 连续系统的频域分析 127
4.1 傅里叶级数 127
4.1.1 三角型傅里叶级数 127
4.1.2 指数型傅里叶级数 128
4.1.3 奇偶函数的傅里叶系数 130
4.1.4 信号的奇偶分量 132
4.1.5 周期信号的频谱 132
4.1.6 周期矩形脉冲信号的频谱 134
4.1.7 周期信号的功率 136
4.2 傅里叶变换 137
4.2.1 傅里叶变换与逆变换 137
4.2.2 常见信号的傅里叶变换 140
4.3 傅里叶变换的性质 146
4.3.1 线性性质 147
4.3.2 时移特性 147
4.3.3 尺度变换特性 148
4.3.4 对称性 149
4.3.5 奇偶性 150
4.3.6 频移特性 151
4.3.7 时域微分、积分特性(定理) 153
4.3.8 频域微分、积分特性 156
4.3.9 卷积定理 157
4.3.10 Parseval定理 159
4.4 周期信号的傅里叶变换 160
4.4.1 正、余弦信号的傅里叶变换 160
4.4.2 一般周期信号的傅里叶变换 161
4.4.3 傅里叶系数与傅里叶变换 162
4.5 LTI系统的频域分析 164
4.5.1 频率响应函数 164
4.5.2 无失真传输 167
4.5.3 理想低通滤波器的响应 168
4.6 取样定理 171
4.6.1 时域取样定理 171
4.6.2 频域取样定理 175
知识点总结(四) 175
重难点提示(四) 180
习题(四) 180
考研题选编(四) 186
第5章 连续系统的s域分析 195
5.1 拉普拉斯变换 195
5.1.1 拉普拉斯变换的定义 195
5.1.2 拉普拉斯变换的物理意义 196
5.1.3 拉普拉斯变换的收敛域 196
5.1.4 常用信号的(单边)拉普拉斯变换 197
5.2 拉普拉斯变换的基本性质 199
5.2.1 线性 199
5.2.2 时移(延时)特性 199
5.2.3 s域平移(复频移)特性 200
5.2.4 尺度变换 200
5.2.5 时域微分 201
5.2.6 时域积分 202
5.2.7 s域微分 203
5.2.8 s域积分 204
5.2.9 时域卷积定理 204
5.2.10 复频域卷积(时域相乘)定理 205
5.2.11 初值定理 206
5.2.12 终值定理 207
5.2.13 初值定理和终值定理的物理意义 208
5.3 拉普拉斯逆变换 209
5.3.1 拉普拉斯变换对 209
5.3.2 部分分式展开法 210
5.4 连续系统的拉普拉斯分析法 214
5.4.1 求解系统全响应 214
5.4.2 系统函数 216
5.4.3 系统的s域框图 217
5.4.4 求解电路系统全响应 219
5.5 拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系 222
知识点总结(五) 223
重难点提示(五) 228
习题(五) 229
考研题选编(五) 233
第6章 离散系统的z域分析 235
6.1 z变换 235
6.1.1 z变换的定义 235
6.1.2 z变换的收敛域 236
6.1.3 常见序列的z变换及其收敛域 237
6.2 z变换的性质 240
6.2.1 线性特性 240
6.2.2 移位(时移)特性 241
6.2.3 z域尺度变换特性 244
6.2.4 z域微分特性 245
6.2.5 z域积分特性 247
6.2.6 时域卷积定理 248
6.2.7 k域反转性质 248
6.2.8 部分和性质 249
6.2.9 初值定理和终值定理 250
6.3 逆z变换 252
6.3.1 幂级数展开法 253
6.3.2 部分分式展开法 255
6.4 z域与s域的关系 261
6.4.1 z变换与拉普拉斯变换的关系 261
6.4.2 z平面与s平面之间的映射关系 262
6.5 z域分析 264
6.5.1 用z变换求解差分方程 264
6.5.2 离散系统的系统函数 268
6.5.3 离散系统的z域框图 271
6.5.4 离散系统的频率响应 272
知识点总结(六) 277
重难点提示(六) 280
习题(六) 280
考研题选编(六) 287
第7章 系统函数与系统模拟 291
7.1 系统函数与系统响应特性 291
7.1.1 系统函数的定义与物理意义 291
7.1.2 系统函数的零点与极点 293
7.1.3 系统函数的零点与极点分布和时域响应特性 294
7.1.4 系统函数的零点与极点分布和频域响应特性 296
7.2 利用系统函数判断系统的因果性和稳定性 298
7.2.1 利用系统函数判断系统的因果性 298
7.2.2 利用系统函数判断系统的稳定性 298
7.3 信号流图与梅森公式 301
7.3.1 信号流图及相关术语 301
7.3.2 信号流图的化简 302
7.3.3 应用梅森公式求解系统函数 303
7.4 系统模拟 305
7.4.1 系统的直接实现 305
7.4.2 系统的级联和并联实现 307
7.4.3 应用系统的基本单元实现系统 310
知识点总结(七) 311
重难点提示(七) 313
习题(七) 314
考研题选编(七) 316
第8章 系统的状态变量分析基础 318
8.1 状态变量与状态方程 318
8.1.1 状态与状态变量的概念 318
8.1.2 状态方程与输出方程 320
8.2 连续及离散系统状态方程的建立 322
8.2.1 由电路图建立状态方程 322
8.2.2 由系统的输入/输出方程建立状态方程 324
8.3 连续系统状态方程的求解 330
8.3.1 用拉普拉斯变换法求解连续系统状态方程 330
8.3.2 由状态方程求连续系统的系统函数 332
8.4 离散系统状态方程的求解 334
8.4.1 用z变换法求解离散系统的状态方程 334
8.4.2 用状态方程求离散系统的系统函数 337
知识点总结(八) 338
重难点提示(八) 340
习题(八) 340
考研题选编(八) 345
附录 348
附录A:常用信号的卷积积分表 348
附录B:常用序列的卷积和表 348
附录C:数列求和公式表 349
附录D:常用信号的傅里叶变换表 349
附录E:傅里叶变换的主要性质 350
附录F:常用信号的拉普拉斯变换表 351
附录G:拉普拉斯变换的主要性质 352
附录H:常用序列的z变换表 352
附录I:z变换的主要性质 354
附录J:信号与系统分析相关的常用专业英语词汇 355
参考文献 358
展开
本书是为“信号与系统”课程编写的配套教材,采用连续系统与离散系统并行、先时域后变换域的体系结构,包括信号与系统绪论、连续系统的时域分析、离散系统的时域分析、连续系统的频域分析、连续系统的s域分析、离散系统的z域分析、系统函数与系统模拟、系统的状态变量分析基础及附录。为了加深读者对所学内容的理解,配合线上线下混合式教学,各章均设置了知识点总结、重难点提示,以便读者对本书的主要知识点进行归纳和总结。为了加强读者对所学内容的理解,各章都设置了较多的习题。“信号与系统”是全国各大高校信息与通信工程学科、电子信息专业领域考研的常考课程之一,为此本书第1章~第8章精选了一些高校的部分考研题并配备了参考答案供读者参考。本书末尾提供了详细的附录,包括常用信号的卷积积分表、常用序列的卷积和表、数列求和公式表、常用信号的傅里叶变换表、傅里叶变换的主要性质、常用信号的拉普拉斯变换表、拉普拉斯变换的主要性质、常用序列的z变换表、z变换的主要性质等,以便读者查阅。另外,为了便于读者查阅信号与系统分析相关的英文文献,附录中还专门总结了信号与系统分析相关的常用专业英语词汇。
为了使读者了解信息与通信工程学科的前沿技术,本书设置了拓展阅读“信号与系统分析前沿概述”、“信号与系统分析常用工具软件基础”和“基于工具软件的信号与系统分析训练”,感兴趣的读者,可扫描本书后的二维码进行阅读。
本书在第1章~第8章中,提供了包含较多知识点视频的二维码。读者通过扫描相应的二维码,可以观看对应的知识点视频,以便提高读者的学习效率,加深读者对所学知识的理解。
本书由周鹏负责统稿,具体编写分工如下:第1章和第8章由周鹏编写,第6章和附录由王海燕编写,第4章由齐玉娟编写,第2章和第3章由董超群编写,第5章和第7章由陈真编写。
第1章~第3章的知识点视频由周鹏录制,第4章、第7章和第8章的知识点视频由齐玉娟录制,第5章和第6章的知识点视频由郑杰录制,在此表示特别感谢。
本书在编写过程中得到了王延江教授、郑杰副教授等的指导,编著者对此由衷地表示感谢。
由于编著者水平有限,书中难免存在不足和疏漏之处,敬请专家学者和读者批评指正。Email: zhoupeng@upc.edu.cn。
编著者
2024.10
展开