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出版者:

作者:严俊 编

出品人:

页数:89

译者:

出版时间:2008-3

价格:10.80元

装帧:

isbn号码:9787811147667

丛书系列:

图书标签:

• 信号与系统
• 实验
• 仿真
• MATLAB
• Simulink
• 电路分析
• 系统设计
• 通信原理
• 数字信号处理
• 控制系统
• 高等工程数学

深入探索通信与控制的基石：现代电子工程实践指南 本书旨在为电子、通信、自动化及相关工程领域的学生和初级工程师提供一本全面、深入且极具实践指导价值的参考书。全书聚焦于现代信号处理、系统理论以及这些核心概念在实际工程应用中的实现与验证，内容涵盖了从理论基础到高级分析方法的完整技术栈。 第一部分：基础理论与数学工具的重塑 本部分致力于夯实读者对信号与系统分析的数学基础，强调理论与工程实践之间的桥梁构建。 第一章：信号的本质与表示 本章深入探讨连续时间信号（CT）与离散时间信号（DT）的特性、分类及其在不同物理场景下的数学建模。重点解析了周期性信号、能量信号与功率信号的严格定义。引入了重要的信号表示工具，如傅里叶级数（FS）的收敛性条件与应用，并详细阐述了傅里叶变换（FT）的性质，特别是其在频域分析中的不可替代性。通过丰富的实例，展示如何利用FT分析调制、滤波等基础操作对信号频谱的影响。同时，对离散傅里叶变换（DFT）的数学形式、计算复杂性及其在数字信号处理中的地位进行了清晰的界定。 第二章：线性时不变系统（LTI）的特征 本章核心围绕LTI系统的核心特征展开。首先，通过系统响应（单位冲激响应 $h(t)$ 或 $h[n]$）的定义，阐明了系统记忆性、因果性、稳定性的判断准则。系统分析的关键工具——卷积积分/和的求解方法被详尽介绍，并着重分析了卷积操作在连续域和离散域中的物理意义，例如信号通过滤波器后的输出计算。本章还引入了系统函数 $H(s)$ 和 $H(z)$ 的概念，作为时域卷积在频域或Z域中的乘法简化，为后续的系统设计奠定基础。 第三章：傅里叶与拉普拉斯/Z变换的精妙结合 本章着重于描述如何利用变换域工具来简化复杂的系统分析问题。连续时间系统的分析完全依赖于拉普拉斯变换（LT），详细讲解了单边与双边LT的应用范围、收敛域（ROC）的物理意义，特别是如何利用ROC来判断系统因果性和稳定性。对于离散系统，Z变换及其ROC被视为LT在离散时间领域的扩展，详细讨论了如何利用Z变换来求解差分方程。本章通过对比分析，清晰地指出了傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换在适用性和信息完整性上的差异与联系。 第二部分：数字信号处理（DSP）的核心算法与实现 此部分转向离散信号的处理，这是现代通信与控制系统的核心技术所在。 第四章：离散傅里叶变换（DFT）及其高效算法 本章聚焦于DFT的实际计算。鉴于DFT的直接计算复杂度高，本章详细拆解了快速傅里叶变换（FFT）算法的原理，包括Cooley-Tukey算法（蝶形运算）的结构和实现步骤，侧重于基2算法的分解过程。读者将掌握如何选择合适的采样点数（N）以及对数据进行零填充（Zero Padding）对频谱分析结果的影响。此外，还讨论了谱泄露（Spectral Leakage）现象及其对策，如使用窗函数（汉宁窗、海明窗等）对信号截断误差的修正。 第五章：数字滤波器设计——理论与工程的平衡 本章是DSP实践的关键。首先区分了无限脉冲响应（IIR）和有限脉冲响应（FIR）滤波器的基本特性、优缺点。对于FIR滤波器，详细介绍了窗函数法的设计流程，包括如何根据所需过渡带宽和阻带衰减确定窗函数的类型和长度。对于IIR滤波器，重点讲解了模仿连续滤波器设计的方法，如脉冲不变法和双线性变换法，并深入分析了双线性变换引入频率映射和预畸变（Pre-warping）的必要性。滤波器的稳定性分析和相位的线性要求也在本章得到充分讨论。 第六章：多速率信号处理与频谱扩展技术 本章探讨了在通信系统中不可或缺的采样率转换技术。详细介绍了采样率降低（抽取）和采样率提高（插值）的原理，核心在于数字滤波器的设计和下采样/上采样的顺序安排。特别地，本章引入了抽取定理和插值定理在非均匀采样情况下的应用限制。此外，本章还涉及了对信号频谱进行展宽和扩展的技术，如基于子带编码的原理，为下一代高速率传输系统的基础研究做好铺垫。 第三部分：系统建模、状态空间与现代控制基础 本部分将理论分析提升到系统动态行为的精确描述与控制层面。 第七章：系统的时间域建模与状态空间表示 本章将信号与系统理论的核心概念提升到更通用的“状态空间”框架。详细讲解了如何从传递函数模型（频域或s/z域）精确地推导出系统的标准型状态空间表示（可控规范型、可观标准型）。重点在于理解状态向量的物理意义，即系统内部动态的最小描述集。本章还阐述了状态转移矩阵 $Phi(t)$ 或 $Phi[k]$ 的计算方法及其在分析系统自由响应中的作用，并讨论了系统的能控性和能观性的判据（如行列式判据）。 第八章：反馈控制与稳定性分析的拓展 本章基于状态空间模型，深入探讨反馈控制的设计基础。重点讨论了线性状态反馈（State Feedback）的设计，即如何通过选择增益矩阵 $K$ 来配置系统的极点（Pole Placement），以满足期望的瞬态响应要求。本章还引入了能观测性（Observability）与观测器的概念，特别是卡尔曼滤波（Kalman Filter）的离散时间形式的理论基础——它如何利用系统模型和测量噪声来估计不可直接测量的状态变量。对于连续系统，系统的李雅普诺夫稳定性理论被作为判别更复杂非线性系统稳定性的重要工具加以介绍。 附录：专业软件工具箱应用指南 本书的附录部分将理论与计算工具紧密结合。详细介绍了使用主流科学计算软件（如MATLAB/Simulink或其他开源工具）实现信号处理算法和系统仿真验证的常用函数、命令和建模方法。内容包括但不限于：使用FFT函数进行频谱分析、使用`filter`函数进行IIR/FIR滤波器实现、使用`ss`和`place`函数进行状态空间建模与极点配置的实例演示，旨在确保读者能将所学理论迅速转化为可运行、可验证的工程代码。

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作为一名侧重于动手实践的工程师，我最关心的往往是理论如何落地为可操作的步骤。这本书在这方面的详尽程度，超出了我的预期。它不仅仅是提供了理论框架，更像是提供了一份完整的“施工蓝图”。每一个案例分析后面，都紧跟着清晰的步骤指南，告诉你如何选择合适的工具链，如何设置仿真参数，以及最关键的——如何解读那些密密麻麻的输出结果。我尝试按照书中的一个滤波器设计实例进行复现，从最初的性能指标定义，到中间的Z域多项式分解，每一步的描述都细致到小数点后几位，几乎没有留下让我去猜测或额外搜索资料的空间。这种“保姆式”的引导，极大地提高了我的学习效率，让我能把精力集中在理解“为什么这样做”，而不是纠结于“怎么做”这种基础操作层面。

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这本书的深度和广度，展现了作者扎实的学术功底和对行业前沿的敏锐洞察。它并没有止步于经典的经典理论，而是穿插了许多现代工程中不可或缺的内容。例如，关于数字信号处理（DSP）在实际系统中的嵌入式实现考量，以及针对非线性系统的初步探索，都为读者打开了更广阔的视野。我尤其欣赏作者在论述过程中所体现出的批判性思维，他不仅介绍了主流方法的优势，也毫不避讳地指出了其局限性和适用边界，这使得读者在未来设计系统时，能够做出更明智、更具针对性的技术选型。这种平衡了理论深度与应用广度的叙事手法，使得这本书不仅适合作为入门教材，更可以作为资深工程师手中随时翻阅的参考手册。

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我花了整整一个下午的时间，沉浸在它的理论阐述部分，那种感觉就像是与一位经验极其丰富的教授进行一对一的深度交流。作者在引入基础概念时，没有急于抛出晦涩的数学推导，而是巧妙地从实际的物理现象入手，例如声波的传播、电磁信号的衰减，用非常生活化的语言搭建起读者与抽象信号世界之间的桥梁。这种“润物细无声”的教学方式，极大地降低了初次接触该领域的心理门槛。尤其值得称赞的是，他对傅里叶变换和拉普拉斯变换的讲解，简直是教科书级别的典范——先给出直觉理解，再逐步深入到收敛性和收敛域的细节，每一步都衔接得天衣无缝，逻辑链条坚固得如同精密仪器的内部结构。读完这部分的章节，我感觉过去一直模糊不清的“频域”概念，此刻变得清晰、具体，甚至能“看到”信号在频域中的形态了。

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在阅读体验方面，这本书带给我一种近乎“沉浸式”的感受，这主要归功于作者对概念关联性的强调。很多教材将不同的模块视为孤立的点，但这本书成功地描绘出了一张巨大的、相互连接的网络图。当你学到卷积时，作者会立刻回溯到微分方程的解法；当你接触到采样定理时，他又会立即引出量化噪声的实际影响。这种前后呼应、环环相扣的编排方式，让知识点之间形成了强大的“记忆锚点”。我发现自己不再需要死记硬背公式，因为我已经理解了它们在整个系统信号流中的必然位置和功能。这种整体性的认知提升，远比单纯记住几个定义要宝贵得多，它培养的是一种系统性的工程思维，这也是我阅读此类专业书籍的终极目标。

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这本书的装帧设计实在让人眼前一亮，封面那深邃的蓝色调，配上那些仿佛从电路板上延伸出来的抽象线条，立刻就抓住了我的注意力。拿到手里，首先感受到的是纸张的质感，厚实而又不失韧性，翻页时那种细微的摩擦声，总让人觉得里面装载着沉甸甸的知识。我特别喜欢内页的排版，清晰的留白处理，使得复杂的公式和图表看起来不再那么令人望而生畏。那些示意图，线条干净利落，即便是初学者也能迅速把握住核心概念的脉络。而且，书本的开本大小非常合适，无论是放在桌面上摊开阅读，还是带着它去实验室的路上翻阅，都显得恰到好处，体现出设计者对于读者使用体验的深思熟虑。整体来看，这本书在视觉上传达出一种严谨而又不失现代感的专业气息，让人光是捧着它，就已经对接下来的学习充满了期待和敬畏。这绝不是那种随意印刷的教材，每一处细节都透露着对“工程美学”的追求。

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