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編輯推薦: |
本书遵循教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念,融入思政元素,注重理论与实践相结合。
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內容簡介: |
信号与系统是许多专业的必修基础课程,该课程能够让学生建立起信号分析与处理,以及系统分析与处理的基本知识架构,具备信号处理和系统分析的初步能力。随着新的专业培养方案出台,本科阶段总体学时数呈下降趋势,但对能力的要求在不断提高,特别是对学生应用基础知识解决工程实际问题的能力有更高的要求。本书的出版正是在这一背景下,结合大学课程体系改革,围绕在有限学习时间内达到掌握知识、具备技能的总体目标,打通了基础知识和实际应用间的间隙,删减了不必要的理论推演环节,结合领域发展的最新前沿和动态,增强了知识的可用性,同时注重培养学生解决工程实际问题的能力。本书适用于测控技术与仪器类和电子信息类理工科专业的本科生教学。
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目錄:
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目录
前言
第1章信号与系统基本概念
1.1引言
1.2信号的描述和分类
1.2.1信号的描述
1.2.2信号的分类
1.3典型信号
1.4信号的变换与运算
1.4.1信号的变换
1.4.2信号的运算
1.5奇异信号
1.5.1单位斜变信号
1.5.2单位阶跃信号
1.5.3单位冲激信号
1.5.4冲激偶信号
1.6信号的分解
1.6.1直流分量与交流分量
1.6.2偶分量与奇分量
1.6.3脉冲分量
1.6.4实部分量与虚部分量
1.6.5正交函数分量
1.6.6利用分形理论描述信号
1.7系统模型及其分类
1.7.1系统模型的概念及作用
1.7.2系统的分类
1.8线性时不变系统的特性分析
习题
第2章连续时间系统时域分析
2.1引言
2.2连续时间系统的描述
2.2.1系统的数学模型
2.2.2系统的框图表示
2.3微分方程的建立与求解
2.3.1系统的数学模型(微分方程)建立
2.3.2用时域经典法求解微分方程
2.3.3电路系统初始边界条件确定
2.4零输入响应与零状态响应
2.5连续系统的冲激响应与阶跃响应
2.5.1连续系统的单位冲激响应
2.5.2连续系统的单位阶跃响应
2.6卷积及其性质
2.6.1从信号分解角度导出卷积
2.6.2从信号响应合成角度导出卷积
2.6.3卷积积分限的确定
2.6.4卷积的图形演示
2.6.5卷积的代数运算
2.6.6卷积的典型运算
习题
第3章连续信号频域分析
3.1引言
3.2周期信号的傅里叶级数分析
3.2.1周期信号的三角函数傅里叶级数展开
3.2.2周期信号的三角函数傅里叶级数展开的简化
3.2.3周期信号傅里叶级数展开的复指数表达形式
3.2.4周期信号的频域分析
3.2.5有限项级数表示傅里叶级数
3.3典型周期信号的傅里叶级数
3.4傅里叶变换
3.4.1傅里叶变换的由来
3.4.2傅里叶变换中蕴含的工程物理意义
3.5典型非周期信号的傅里叶变换
3.6傅里叶变换的性质
3.7帕塞瓦尔定理
3.8时域卷积定理和频域卷积定理
3.9周期信号的傅里叶变换
3.9.1一般周期信号的傅里叶变换
3.9.2典型周期信号的傅里叶变换
3.10信号离散化原理与抽样定理
3.10.1信号离散化原理
3.10.2时域抽样定理
3.11信号的幅值调制与解调原理
3.12相关系数与相关函数
3.12.1相关系数和相关函数的定义
3.12.2相关函数的应用
3.12.3相关函数与卷积的关系
3.12.4相关定理
3.13信号的能量谱和功率谱
3.13.1能量谱
3.13.2功率谱
3.13.3信号的功率谱函数与自相关函数的关系
习题
第4章连续时间系统频域分析
4.1引言
4.2系统频率响应函数概念
4.2.1直接定义系统频率函数
4.2.2由微分方程求系统频率响应函数
4.2.3由系统的冲激响应h(t)求系统频率响应函数
4.2.4由特定激励求系统频率响应函数
4.3周期信号的稳态响应
4.3.1正(余)弦信号的响应
4.3.2其他周期信号的响应
4.4非周期信号响应
4.5系统无失真传输条件
4.6理想低通滤波器
4.6.1理想低通的频域特性
4.6.2理想低通滤波器的冲激响应
4.6.3理想低通滤波器的阶跃响应
4.6.4理想低通滤波器的矩形脉冲响应
4.7物理可实现系统
4.7.1系统的物理可实现性
4.7.2佩利-维纳准则
4.8激励和响应的能量谱(功率谱)和自相关
4.8.1能量谱和功率谱
4.8.2激励和响应的自相关
习题
第5章连续时间信号与系统复频域分析
5.1引言
5.2拉普拉斯变换
5.2.1频域分析的局限性
5.2.2拉普拉斯变换的由来
5.2.3拉普拉斯变换的收敛域
5.2.4拉普拉斯变换的基本性质
5.3拉普拉斯逆变换
5.3.1部分分式展开法
5.3.2留数法(围线积分法)
5.4复频域系统函数
5.4.1系统函数定义
5.4.2系统函数求法
5.5系统函数零、极点分布分析
5.5.1系统函数零、极点表达及零、极点图
5.5.2系统函数零、极点与系统单位冲激响应
5.5.3系统稳定性分析
5.5.4系统函数零、极点分布决定频率响应
5.6拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系
习题
第6章离散时间信号与系统的时域分析
6.1引言
6.2离散时间序列
6.2.1典型序列
6.2.2序列的周期性
6.2.3序列的运算法则
6.3离散时间系统基本概念及特性
6.3.1线性时不变离散时间系统
6.3.2因果系统
6.3.3稳定系统
6.4离散时间系统的数学模型——差分方程
6.4.1离散时间系统差分方程建立
6.4.2差分方程的框图表示
6.5常系数线性差分方程的求解
6.5.1迭代法
6.5.2时域经典法
6.6离散时间系统的单位样值(单位冲激)响应
6.6.1单位样值响应
6.6.2单位样值响应的计算
6.6.3单位样值响应的应用
6.7序列卷积求响应
6.7.1序列卷积和的定义
6.7.2卷积性质在求响应中的应用
6.7.3卷积的求解
习题
第7章序列z变换及离散时间系统的复频域分析
7.1z变换的来历及定义
7.2z变换的表达方式及其收敛域
7.2.1z变换的表达方式
7.2.2z变换的收敛域
7.2.3典型序列的z变换
7.3逆z变换
7.3.1幂级数展开法(长除法)
7.3.2部分分式展开法
7.4z变换的基本性质
7.5z变换与拉普拉斯变换的关系
7.5.1z平面与s平面的映射关系
7.5.2z平面与s平面的转换关系
7.6利用z变换解差分方程
7.7离散系统的系统函数及离散系统特性分析
7.7.1离散系统函数定义
7.7.2系统函数的零、极点分布对系统特性的影响
7.7.3离散时间系统的稳定性和因果性
7.8离散时间系统的频率响应
7.8.1
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內容試閱:
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前言
在新工科建设的大背景下,新时代对本科生的培养成为大学的首要任务,面向产出的培养理念已经在专业发展和学生培养中有了广泛而深入的群众基础。大学培养的学生应具有爱国情怀、职业道德、职业素养以及可持续发展理念。课程作为学生专业知识和技能培养的一个重要环节,首先要让学生了解本课程涉及的技术领域的最新发展动态,熟练掌握课程的基础知识,能够应用课程的基本理论解释工程中遇到的物理现象,创新性地解决工程实际问题,为国民经济的发展做出自己的贡献。
信号处理的基本理论是工程技术领域信号获取、传输以及处理的基础知识体系;系统分析基础是了解系统、应用系统以及设计系统的重要内容。信号与系统是交织在一起的两个部分,互相补充,互为支撑,信号的产生、获取、传输和处理均离不开系统,而系统是专门用于处理信号的载体。人们从信号中获取有用信息,用于科学研究和生产活动,系统则是根据信号特点,将信号按照要求进行处理。通过本课程的学习,学生应具有解决测控系统与仪器工程问题的信号获取、传输及处理等工程基础知识及应用能力,能够运用数学、自然科学和工程科学基本原理,识别与提炼、定义与表达,研究分析测控系统与仪器中信号获取、传输与处理方面的复杂工程问题,具备机电测控系统和电子仪器中复杂工程问题的设计实验、分析数据并通过信息综合分析得到合理有效结论的能力。
本书主要讲述信号在时域、频域及复频域的特性、分析与处理方法;线性系统在时域、频域及复频域的特性及分析方法;信号通过系统响应及在不同变换域的分析方法;数字信号在不同变换域的基本处理方法,以及数字滤波器的特性及初步设计方法。
通过对本书的学习,学生可以了解信号与系统的基本概念和建立知识构架;掌握信号和线性系统的基本理论及分析方法;能够建立简单电路系统的数学模型,并能够根据系统数学模型求解系统的响应;能够在时域、频域及复频域分析信号和系统,能够通过系统方程、卷积、频域和复频域等方法求系统响应;能够在不同变换域研究和分析信号与系统;能够建立数字信号处理的基本概念,并且能够在不同变换域对数字信号进行初步处理;能够掌握数字滤波器的初步设计方法。结合课程的验证性实验和工程性训练题目,学生可以具备应用信号处理方法和手段分析和处理工程实际信号的基本能力,具备分析简单电路系统、求系统响应的能力,具备设计简单数字滤波器的能力,并能够赋予其物理含义,用于解决工程实践问题。
通过对本书的学习,学生可以为以后进一步进行智能信号处理、故障诊断、信息融合、系统分析与设计、参数检测与估计等信号与信息处理,以及简单电路系统设计等后续知识学习和能力培养打下必要的基础。
本书结合多年教学经验、当代学生的学习特点以及多年科研经验,在编写时注重基础知识物理含义的理解,摈弃了实际中不常用的知识和一些纯理论推导,加重知识向能力转化的环节,更加注重实用性。
本书由宋寿鹏主编、邹荣参编,在编写过程中参考了诸多学者编写的教材,从中受益匪浅,如果存在引用不当等问题请随时指出,当然书中的一些观点也可能需要深入推敲,不当之处请批评指正。
编者
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