《信號與系統(tǒng)》討論確定性信號與系統(tǒng)分析的基本原理和方法。基于系統(tǒng)的線性時不變性,從函數(shù)正交分解的角度討論信號與系統(tǒng)的特性,以及求解系統(tǒng)響應(yīng)的問題!缎盘柵c系統(tǒng)》分別討論信號基于時間及幅度兩個變量的正交分解而引出的信號與系統(tǒng)的分析問題,包括連續(xù)時間信號與系統(tǒng)時域分析、連續(xù)時間信號與系統(tǒng)實頻域分析、連續(xù)時間信號與系統(tǒng)復(fù)頻域分析、離散時間序列與系統(tǒng)時域分析以及離散時間信號與系統(tǒng)變換域分析。
《信號與系統(tǒng)》力圖從學(xué)習(xí)者的角度出發(fā),采用符合正常思維邏輯和規(guī)律的思路選材和行文。突出知識體系和結(jié)構(gòu)關(guān)系的分析,加強在研究方法及思維規(guī)律方面的分析和闡述!缎盘柵c系統(tǒng)》適用于通信、電子、計算機及自動控制等專業(yè)的本科生,也可供相關(guān)專業(yè)的研究生及科技人員參考。
熊慶旭,男,北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師。1994年在北京大學(xué)電子學(xué)系獲理學(xué)博士學(xué)位。1997年從北京郵電大學(xué)信息工程學(xué)院博士后出站,任教于北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院至今。
曾從事HDTV、網(wǎng)絡(luò)可靠性、ATM網(wǎng)絡(luò)、分組交換機、無線網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的研究工作。主持參加國家自然科學(xué)基金、國家攻關(guān)、博士后基金以及國際合作項目等20多項。發(fā)表50多篇學(xué)術(shù)論文,分別被SCI、El、ISTP等收錄。曾獲中國電子學(xué)會年度優(yōu)秀論文第一名。申請發(fā)明專利兩項。
自1997年起主講“信號與系統(tǒng)”、“現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)”、“矩陣理論”課程。北京市精品課程“信號與系統(tǒng)”負責(zé)人,國家級教學(xué)團隊核心成員。獲得寶鋼優(yōu)秀教師獎、北京市優(yōu)秀教師、北京航空航天大學(xué)優(yōu)秀主講教師以及北京市優(yōu)秀教學(xué)成果獎等獎項。主持參與教育部、北京市重大、重點項目,中國高等教育學(xué)會以及北京市高等教育研究會重點規(guī)劃項目等1O項教學(xué)研究及改革項目,研究提出了國內(nèi)首個立體化教學(xué)軟件包建設(shè)模式、評估體系及驗收標準,獲高等教育出版社優(yōu)秀成果獎。擔(dān)任全國普通高校本科教學(xué)工作水平評估第一批專家組成員,北京市第五、六屆青年教師教學(xué)基本功競賽評委。
第一章 信號與系統(tǒng)概論
1.1 引言
1.2 信號的描述與分類
1.2.1 信號的描述
1.2.2 信號的分類
1.3 信號的運算
1.3.1 信號的幅度運算
1.3.2 信號的時間運算
1.4 基本信號
1.4.1 指數(shù)類信號
1.4.2 奇異信號
1.5 系統(tǒng)的描述
1.6 系統(tǒng)的特性與分類
1.7 本章小結(jié)
習(xí)題
第二章 連續(xù)時間系統(tǒng)時域分析
2.1 引言
2.2 常系數(shù)線性微分方程
2.2.1 常系數(shù)線性微分方程的求解
2.2.2 起始狀態(tài)的跳變
2.3 零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)
2.4 單位沖激響應(yīng)
2.5 信號的時間軸分解
2.6 卷積及其性質(zhì)和計算
2.6.1 卷積的定義
2.6.2 卷積的性質(zhì)
2.6.3 卷積的計算
2.7 基于單位沖激響應(yīng)的系統(tǒng)特性分析
2.7.1 LTI系統(tǒng)的因果性
2.7.2 LTI系統(tǒng)的穩(wěn)定性
2.8 本章小結(jié)
習(xí)題
第三章 連續(xù)時間信號實頻域分析
3.1 引言
3.2 信號的正交分解——變換
3.2.1 相關(guān)系數(shù)及正交函數(shù)
3.2.2 信號的正交分解
3.2.3 完備正交函數(shù)集
3.2.4 帕塞瓦爾定理
3.2.5 基于信號自身的正交分解
3.3 周期信號基于ejwt函數(shù)的正交分解——傅里葉級數(shù)
3.3.1 三角函數(shù)形式的傅里葉級數(shù)
3.3.2 指數(shù)函數(shù)形式的傅里葉級數(shù)
3.3.3 指數(shù)函數(shù)形式與三角函數(shù)形式傅里葉級數(shù)的關(guān)系
3.4 函數(shù)的對稱性與傅里葉級數(shù)
3.5 非周期信號基于ejwt函數(shù)的正交分解——傅里葉變換
3.5.1 指數(shù)函數(shù)形式的傅里葉變換
3.5.2 三角函數(shù)形式的傅里葉變換
3.5.3 傅里葉變換存在的條件
3.5.4 基本信號的傅里葉變換
3.5.5 討論
3.6 傅里葉變換的性質(zhì)
3.6.1 基于傅里葉變換定義的性質(zhì)
3.6.2 基于信號時間變量運算的性質(zhì)
3.6.3 基于信號幅度變量運算的性質(zhì)
3.6.4 基于信號頻域運算的性質(zhì)
3.6.5 基于卷積運算的性質(zhì)
3.6.6 傅里葉變換性質(zhì)的應(yīng)用
3.7 周期信號的傅里葉變換
3.7.1 傅里葉級數(shù)與傅里葉變換的一般性關(guān)系
3.7.2 典型周期信號的傅里葉變換
3.7.3 基于卷積關(guān)系的周期信號傅里葉變換
3.8 時域抽樣定理
3.8.1 抽樣信號及其頻譜
3.8.2 矩形脈沖抽樣
3.8.3 理想沖激抽樣
3.8.4 信號帶寬
3.8.5 抽樣定理
3.8.6 抽樣信號的恢復(fù)
3.9 本章小結(jié)
習(xí)題
第四章 連續(xù)時間系統(tǒng)實頻域分析
4.1 引言
4.2 系統(tǒng)頻率響應(yīng)
4.2.1 系統(tǒng)頻率響應(yīng)的定義
4.2.2 利用頻率響應(yīng)計算系統(tǒng)響應(yīng)
4.3 無失真系統(tǒng)
4.4 理想低通濾波器
4.4.1 濾波器及其分類
4.4.2 理想低通濾波器的頻率響應(yīng)
4.4.3 理想低通濾波器的單位沖激響應(yīng)
4.4.4 理想低通濾波器的單位階躍響應(yīng)
4.4.5 理想低通濾波器對矩形脈沖的響應(yīng)
4.4.6 其他理想濾波器
4.5 系統(tǒng)的因果性
4.5.1 佩利-維納準則
4.5.2 希爾伯特變換
4.6 相關(guān)函數(shù)
4.6.1 相關(guān)函數(shù)
4.6.2 相關(guān)和卷積的關(guān)系
4.6.3 相關(guān)定理
4.7 激勵與響應(yīng)的譜關(guān)系
4.7.1 能量譜與功率譜
4.7.2 LTI系統(tǒng)激勵與響應(yīng)的譜關(guān)系
4.8 實用性抽樣系統(tǒng)分析模型
4.8.1 抽樣系統(tǒng)分析模型
4.8.2 零階抽樣保持
4.8.3 一階保持抽樣
4.9 幅度調(diào)制與解調(diào)
4.9.1 幅度調(diào)制
4.9.2 調(diào)幅解調(diào)
4.9.3 頻分復(fù)用
4.10本章小結(jié)
習(xí)題
第五章 連續(xù)時間信號與系統(tǒng)復(fù)頻域分析
5.1 引言
5.2 信號的復(fù)指數(shù)函數(shù)正交分解——拉普拉斯變換
5.2.1 從傅里葉變換到拉普拉斯變換
5.2.2 拉普拉斯變換的收斂域
5.2.3 拉普拉斯變換的物理意義
5.2.4 基本信號的拉普拉斯變換
5.3 拉普拉斯變換的性質(zhì)
5.3.1 基于信號時間運算的性質(zhì)
5.3.2 基于信號幅度運算的性質(zhì)
5.3.3 基于信號s域運算的性質(zhì)
5.3.4 基于信號卷積運算的性質(zhì)
5.3.5 基于拉普拉斯變換定義的性質(zhì)
5.3.6 拉普拉斯變換性質(zhì)的應(yīng)用
5.4 拉普拉斯逆變換
5.4.1 部分分式分解法
5.4.2 F(s)的兩種特殊情況
5.4.3 留數(shù)法(圍線積分法)
5.4.4 雙邊拉普拉斯變換及其逆變換
5.5 拉普拉斯變換與傅里葉變換的關(guān)系
5.6 利用拉普拉斯變換求解連續(xù)時間系統(tǒng)響應(yīng)
5.6.1 利用拉普拉斯變換求解常系數(shù)線性微分方程
5.6.2 電路元件的s域模型
5.6.3 利用電路元件的s域模型求解系統(tǒng)響應(yīng)
5.7 系統(tǒng)單位沖激響應(yīng)的拉普拉斯變換——系統(tǒng)函數(shù)
5.7.1 系統(tǒng)函數(shù)
5.7.2 基于H(s)的系統(tǒng)響應(yīng)分析
5.8 連續(xù)時間系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖
5.8.1 基本系統(tǒng)關(guān)系框圖
5.8.2 最簡系統(tǒng)框圖
5.9 s域零極點分布與時域特性的關(guān)系
5.10 s域系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷
5.10.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性與零、極點階數(shù)的關(guān)系
5.10.2 由H(s)分母多項式的系數(shù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性
5.10.3 勞斯準則
5.11 復(fù)頻域與頻域相結(jié)合的系統(tǒng)特性分析
5.11.1 利用H(s)零極點分布幾何法確定H(w)特性
5.11.2 全通系統(tǒng)
5.11.3 最小相移系統(tǒng)
5.11.4 一般系統(tǒng)基于全通系統(tǒng)及最小相移系統(tǒng)的分解
5.12 本章小結(jié)
習(xí)題
第六章 離散時間信號與系統(tǒng)時域分析
6.1 引言
6.2 離散時間序列
6.2.1 離散序列的描述
6.2.2 常用的基本序列
6.2.3 離散信號的基本運算
6.3 離散時間系統(tǒng)
6.3.1 離散時間系統(tǒng)的描述方式
6.3.2 一般差分方程
6.3.3 離散時間系統(tǒng)的分類
6.4 常系數(shù)線性差分方程的求解
6.5 零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)
6.5.1 零輸入響應(yīng)
6.5.2 零狀態(tài)響應(yīng)
6.6 系統(tǒng)單位樣值響應(yīng)
6.6.1 單位樣值響應(yīng)
6.6.2 單位樣值響應(yīng)的求解
6.7 卷積和
6.7.1 卷積和的定義
6.7.2 卷積和的計算
6.7.3 卷積和的性質(zhì)
6.8 本章小結(jié)
習(xí)題
第七章 離散時間信號與系統(tǒng)變換域分析
7.1 引言
7.2 z變換
7.2.1 z變換的定義
7.2.2 z變換的收斂域
7.2.3 z平面與s平面的關(guān)系
7.2.4 典型序列的z變換
7.3 z變換的性質(zhì)
7.3.1 基于序列時間運算的性質(zhì)
7.3.2 基于序列幅度運算的性質(zhì)
7.3.3 基于z域運算的性質(zhì)
7.3.4 基于卷積運算的性質(zhì)
7.3.5 基于z變換定義的性質(zhì)
7.3.6 z變換性質(zhì)的應(yīng)用
7.4 逆z變換
7.4.1 冪級數(shù)系數(shù)
7.4.2 部分分式分解法
7.4.3 圍線積分法
7.5 利用z變換求解離散系統(tǒng)響應(yīng)
7.6 單位樣值響應(yīng)的z變換——離散系統(tǒng)函數(shù)
7.6.1 離散時間系統(tǒng)函數(shù)
7.6.2 通過系統(tǒng)函數(shù)零極點分布確定單位樣值響應(yīng)
7.6.3 最筒離散系統(tǒng)框圖
7.7 離散系統(tǒng)的因果性及穩(wěn)定性
7.7.1 離散系統(tǒng)因果性的z域體現(xiàn)
7.7.2 離散系統(tǒng)穩(wěn)定性的z域體現(xiàn)
7.8 序列的傅里葉變換
7.8.1 序列傅里葉變換的定義
7.8.2 序列傅里葉變換的性質(zhì)
7.9 離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)
7.9.1 離散時間系統(tǒng)頻率響應(yīng)
7.9.2 頻率響應(yīng)的幾何作圖法
7.10 利用離散系統(tǒng)實現(xiàn)對模擬信號的濾波
7.11 本章小結(jié)
習(xí)題
附錄
參考文獻
就認識的一般規(guī)律而言,人們總是首先感受到某種現(xiàn)象的存在,然后對其進行細致地觀察。通過對觀察結(jié)果的不斷總結(jié)提煉,得到一系列的規(guī)律,最后在此基礎(chǔ)上進一步凝練出具有相對獨立性的基本概念。所謂相對獨立性就是一個基本概念不能被其他基本概念或基本概念的組合所替代,最典型的例子就是物理學(xué)中的量綱。&"米&"是不能被&"秒&"所替代的,因為其對應(yīng)的概念分別是距離和時間?梢哉f,基本概念是科學(xué)研究最高水平的結(jié)晶,是建立一門學(xué)科的基礎(chǔ),但通常也是最抽象、最難以理解和掌握的。
要在較短的時間里學(xué)習(xí)和掌握一門學(xué)科的知識和規(guī)律,并能夠加以初步應(yīng)用,不可能完全按照一般的認識過程來重復(fù),而往往是從基本概念開始,從該學(xué)科觀察和處理的基本對象的描述開始,因此我們首先討論信號的定義及其描述方式。
所謂信號就是信息的載體。信號通常表現(xiàn)為某種物理量的變化,例如常見的電壓、電流、電荷量以及磁通量等。人們最早對客觀現(xiàn)象的描述方式是圖形,其后才出現(xiàn)了文字,例如我國的《九章算術(shù)》。
……