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页数:250

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出版时间:2009-4

价格:28.00元

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isbn号码:9787111264583

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《信号与系统》 内容简介 《信号与系统》是一部深入探讨信号与系统分析理论与应用的经典教材。本书旨在为读者构建扎实的理论基础，掌握分析和处理各类信号以及理解和设计各种系统的核心方法。全书结构严谨，内容详实，兼顾理论深度与实践指导性，是电子工程、通信工程、自动控制、计算机科学等领域学生和专业人士不可或缺的参考书。 第一部分：信号的描述与分类 本书的开篇，我们首先从信号的本质入手，对信号进行系统性的描述和分类。信号，作为信息传递的载体，其形式多种多样，理解其特性是后续分析的关键。 信号的基本概念： 我们将介绍信号的定义，包括其作为物理量随时间、空间或其他独立变量变化的特性。通过生动的例子，如声音、图像、电压、电流等，帮助读者直观理解信号的普遍性。 信号的分类： 按自变量性质分类： 连续时间信号（如模拟信号）与离散时间信号（如数字信号）。我们将详细阐述两者的数学表示形式，并探讨其转换方法，如采样和恢复。 按取值性质分类： 模拟信号（取值连续）与数字信号（取值离散）。介绍量化过程及其对信号信息的影响。 按周期性分类： 周期信号与非周期信号。解释周期信号的周期、频率、角频率等概念，并引入傅里叶级数分析的基础。 按能量与功率分类： 能量信号与功率信号。推导计算信号能量和功率的公式，并讨论其在信号识别与处理中的意义。 按奇偶对称性分类： 奇信号与偶信号。介绍它们的数学定义及其在信号分解中的作用，为后续傅里叶分析打下基础。 其他常用信号： 单位冲激信号（狄拉克冲激）、单位阶跃信号、指数信号、正弦信号等。这些基本信号是构建复杂信号和理解系统响应的重要基石，我们将详细介绍它们的数学模型和性质。 信号的基本运算： 介绍信号的加法、减法、乘法、标量乘法、翻转、移位、伸缩等基本运算，这些操作在信号处理和系统分析中至关重要。 第二部分：系统的描述与分类 在理解了信号的特性之后，我们转向了对系统的分析。系统是处理、变换或生成信号的实体，其行为直接影响着信号的输出。 系统的基本概念： 定义系统为对输入信号进行变换，产生输出信号的“黑箱”。通过输入-输出关系来描述系统的行为。 系统的分类： 按时域性质分类： 线性系统与非线性系统。重点讲解线性系统的叠加原理和齐次性，这是后续分析的基础。 按时间性质分类： 时不变系统与时变系统。解释时不变系统的性质，即系统的特性不随时间改变。 按因果性分类： 因果系统与非因果系统。强调因果系统在实际应用中的重要性，即输出仅依赖于当前和过去的输入。 按记忆性分类： 有记忆系统与无记忆系统。 按稳定性分类： 稳定系统与不稳定系统。介绍BIBO（有界输入，有界输出）稳定性判据，并探讨其工程意义。 按输入输出数量分类： 单输入单输出（SISO）系统与多输入多输出（MIMO）系统。 系统的互连： 介绍系统如何通过串联、并联和反馈等方式进行互连，以及互连后的系统如何分析。 第三部分：卷积——连接信号与系统的桥梁 卷积是信号与系统理论的核心概念之一，它完美地描述了线性时不变（LTI）系统对输入信号的响应。 离散时间LTI系统的卷积： 详细推导离散卷积的数学公式，介绍其计算步骤和几何意义。通过具体算例，帮助读者掌握离散卷积的计算方法。 连续时间LTI系统的卷积： 推导连续卷积的数学公式，并阐释其积分形式。通过图解法和解析法，深入理解连续卷积的计算过程。 卷积的性质： 探讨卷积的交换律、结合律、分配律等重要性质，及其在系统分析中的应用。 单位冲激响应： 引入单位冲激响应 $h(t)$ 或 $h[n]$ 的概念，强调它是描述LTI系统特性的关键。证明LTI系统的输出是输入信号与单位冲激响应的卷积。 第四部分：傅里叶分析——信号的频域表示 傅里叶分析是将信号从时域转换到频域的强大工具，它揭示了信号的频谱特性，对于信号的理解、处理和系统分析至关重要。 连续时间傅里叶级数（FS）： 介绍周期信号的傅里叶级数展开，将其表示为一系列正弦和余弦（或复指数）分量的叠加。推导傅里叶级数的系数计算公式。 连续时间傅里叶变换（FT）： 将傅里叶级数推广到非周期信号，引入傅里叶变换。详细介绍傅里叶变换的定义、性质（线性、时移、频移、对称性、卷积性质、微分性质、积分性质、帕塞瓦尔定理等）以及常用信号的傅里叶变换对。 离散时间傅里叶级数（DTFS）： 介绍离散周期信号的傅里叶级数表示。 离散时间傅里叶变换（DTFT）： 介绍非周期离散信号的傅里叶变换，并分析其与连续时间傅里叶变换的联系与区别。 傅里叶变换的应用： 讨论傅里叶变换在滤波、调制解调、谱分析等领域的应用。 第五部分：拉普拉斯变换——超越傅里叶变换的分析工具 拉普拉斯变换是对傅里叶变换的扩展，它能够处理更广泛的信号，特别是指数增长的信号，并能更方便地分析复杂系统的稳定性。 单边拉普拉斯变换： 介绍拉普拉斯变换的定义，包括收敛域（ROC）的概念。 拉普拉斯变换的性质： 详述拉普拉斯变换的线性性、时移性、频移性、尺度变换性、微分性质、积分性质、卷积性质、初值定理和终值定理等。 常用函数的拉普拉斯变换： 列举常见信号的拉普拉斯变换对。 逆拉普拉斯变换： 介绍求解逆拉普拉斯变换的方法，如部分分式展开法。 利用拉普拉斯变换分析LTI系统： 演示如何利用拉普拉斯变换将微分方程转化为代数方程，从而方便地求解系统的零输入响应和零状态响应，并进行系统函数的概念介绍。 第六部分：Z变换——离散时间系统的分析工具 Z变换是拉普拉斯变换在离散时间系统中的对应，它为离散时间信号和系统的分析提供了强大的数学框架。 Z变换的定义： 介绍离散时间序列的Z变换及其收敛域（ROC）。 Z变换的性质： 阐述Z变换的线性性、时移性、尺度变换性、卷积性质、微分性质、初值定理和终值定理等。 常用序列的Z变换： 列举常见离散序列的Z变换对。 逆Z变换： 介绍求解逆Z变换的方法，如长除法、部分分式展开法和留数定理法。 利用Z变换分析离散LTI系统： 介绍系统函数（传递函数）的概念，以及如何利用Z变换求解离散LTI系统的响应，并进行因果性、稳定性分析。 第七部分：状态空间分析——现代系统理论的视角 状态空间方法是一种更通用的系统描述和分析方法，能够处理多输入多输出（MIMO）系统，并为现代控制理论奠定基础。 连续时间系统的状态空间表示： 介绍状态向量、状态方程和输出方程。 离散时间系统的状态空间表示： 给出离散状态空间方程的形式。 从传递函数到状态空间，以及从状态空间到传递函数： 讲解这两种表示方法之间的转换。 状态空间系统的分析： 讨论可控性、可观测性等概念，以及它们在系统设计中的意义。 系统稳定性与状态空间： 探讨基于状态空间表示的稳定性判据。 第八部分：傅里叶变换在信号处理中的进一步应用 本部分将深入探讨傅里叶变换在实际信号处理任务中的具体应用。 滤波器设计与分析： 滤波器概述： 介绍滤波器的概念，即用于选择或抑制特定频率分量的系统。 理想滤波器与实际滤波器： 对比理想滤波器的特性与实际滤波器的局限性。 低通、高通、带通、带阻滤波器： 阐述各类滤波器的频率响应特性。 滤波器设计的基本原则： 介绍如何根据滤波要求设计滤波器。 FIR滤波器与IIR滤波器： 介绍两种主要的数字滤波器类型，并讨论它们的特点和设计方法。 采样定理的深入理解： 奈奎斯特-香农采样定理： 详细阐述采样定理的内容，包括采样频率与信号带宽的关系。 混叠（Aliasing）现象： 解释混叠的产生原因及其危害，并提出抗混叠措施（如抗混叠滤波器）。 过采样与欠采样： 讨论不同采样策略的优缺点。 调制与解调： 调制的基本原理： 解释如何利用高频载波来传输低频信号，以克服传输损耗和提高效率。 调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）等调制方式： 介绍各种调制技术的原理、频谱特性及应用。 解调的基本原理： 介绍如何从接收到的调制信号中恢复原始信息。 数字调制技术： 简要介绍ASK, FSK, PSK, QAM等数字调制方式。 频谱分析： 功率谱密度（PSD）： 介绍功率谱密度概念，用于描述信号功率在频率上的分布。 周期图法、Welch法等估计方法： 介绍用于估计信号功率谱密度的常用算法。 频谱分析在故障诊断、通信信号识别等领域的应用。 第九部分：近代信号处理技术的初步接触 本部分将为读者打开一扇了解更先进信号处理技术的窗口。 随机信号基础： 随机变量与随机过程： 介绍随机信号的基本概念。 平稳随机过程： 介绍宽平稳和狭义平稳的概念。 自相关函数与互相关函数： 讨论它们在描述信号统计特性中的作用。 功率谱密度与随机信号： 阐述功率谱密度与随机信号的关联。 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）： DFT的定义与性质： 介绍DFT作为FT在计算机实现中的近似。 FFT算法： 讲解FFT作为一种高效计算DFT的算法，及其在工程中的广泛应用。 FFT在频谱分析、滤波、卷积计算中的优势。 小波分析简介： 介绍小波分析作为一种时频局部化的分析工具，在信号去噪、特征提取等方面的潜力。 全书特色与价值 《信号与系统》以其清晰的逻辑、严谨的数学推导、丰富的工程实例和配套的习题，帮助读者建立起对信号与系统领域全面而深刻的理解。本书不仅强调理论知识的掌握，更注重培养读者的分析能力和解决实际问题的能力。通过对本书的学习，读者将能够： 准确描述和分类各种信号。 理解和分析不同类型系统的特性。 掌握信号与系统之间的核心联系——卷积。 熟练运用傅里叶分析、拉普拉斯变换和Z变换等数学工具进行信号和系统的频域及复频域分析。 理解状态空间方法的优势，并初步接触现代系统理论。 深入掌握傅里叶变换在滤波、采样、调制解调等实际信号处理中的应用。 了解并初步接触随机信号、FFT、小波分析等更先进的信号处理技术。 无论您是信号与系统领域的初学者，还是希望系统梳理和深化该领域知识的专业人士，《信号与系统》都将是您宝贵的学习资源。本书将为您打开通往信息处理、通信系统、控制工程等众多高科技领域大门的关键钥匙。

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这本书的语言风格有一种独特的魅力，它既保持了技术书籍应有的严谨性，但又避免了过度枯燥和晦涩难懂的“教科书腔调”。作者在解释那些抽象的数学概念时，非常擅长运用生动的类比和生活化的语言，将那些看似高不可攀的数学模型拉到了可以理解的层面。例如，在解释卷积操作时，作者使用的比喻形象到让人拍案叫绝，瞬间打通了困扰我许久的认知障碍。这种“以人为本”的叙述方式，极大地降低了学习的心理门槛。此外，一些关键术语的引入和定义，都非常精确且反复强调，确保读者不会在专业术语的泥潭中迷失方向。整体阅读体验下来，感觉像是在与一位知识渊博但又极具耐心的导师进行一对一的深入交流。

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我对这本书的章节组织结构感到非常惊喜。它不像某些教材那样生硬地堆砌理论，而是非常自然地将理论引入与实际应用场景紧密结合起来。一开始的基础概念介绍得极为循序渐进，即便是对某些信号处理背景相对薄弱的学习者，也能快速跟上节奏。随后章节的递进关系设计得非常巧妙，往往上一章的知识点成为了下一章更深层次分析的基石，这种内在的逻辑链条清晰可见，让学习的连贯性极强。我特别欣赏作者在每个关键模块之后设置的“思考与延伸”部分，它没有直接给出答案，而是引导读者去探索更广阔的可能性，极大地激发了独立思考的能力。这种布局不仅适合系统学习，对于需要快速查找和回顾特定知识点的工程师来说，索引的完备性也使得定位信息变得异常高效。

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关于配套的实践资源和代码支持，这本书的丰富程度是空前的。通常这类书籍，光有理论，动手实践的部分总是让人抓瞎。但这本书在关键章节后，都附带有详细的实现指南，并且明确指出了可以使用哪些编程环境和工具集。我发现书中的示例代码逻辑清晰、注释详尽，可以直接作为参考框架来构建自己的项目。更难能可贵的是，作者似乎预见到了不同读者的硬件平台差异，提供了多种实现路径的思路，而不是拘泥于某一种特定的软硬件环境。这种注重可操作性和工具链兼容性的设计，使得理论知识真正活化，从纸面上的公式符号转化为了可运行、可验证的工程成果，极大地提升了学习的效率和成就感。

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这本书的排版和印刷质量真的没得挑，纸张的厚度拿在手里很有质感，不是那种一翻就皱巴的廉价纸。装帧设计上看得出来是下了功夫的，封面简约而不失专业感，拿到图书馆或者办公室里都很有档次。内页的字体选择和行间距也处理得恰到好处，长时间阅读眼睛不会觉得特别疲劳，这一点对于需要啃读技术书籍的人来说太重要了。而且，书本的开本大小很适中，既保证了图表能清晰展示，又方便携带，放在背包里或者书架上都很协调。唯一稍微有点遗憾的是，在某些复杂的公式推导部分，如果能再增加一些高亮或者不同颜色的墨水来区分关键步骤，阅读体验可能会更上一层楼。总体来说，从物理形态上看，这是一本制作精良、令人赏心悦目的工具书，光是看着它摆在桌面上，都会让人产生学习的动力。

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坦率地说，这本书的理论深度和广度远超我预期的同类教材。它不满足于仅仅讲解基础的傅里叶变换或者滤波器设计，而是深入到了现代多相滤波器的实现细节，甚至触及了一些最新的自适应算法的原理概述。作者在阐述一些尖端概念时，大量引用了近些年的经典文献，这使得内容紧跟学术前沿，而不是停留在上个世纪的知识点上。对于我这种希望将理论应用于实际项目中去的人来说，这种前瞻性是极其宝贵的。尤其是在讨论非理想因素对系统性能的影响时，作者的分析鞭辟入里，考虑到了硬件实现的各种限制，使得读者在理论构建的同时，就能对实际系统设计中可能遇到的“坑”有所预见。这不仅仅是一本教材，更像是一份由资深专家提炼出的工程智慧结晶。

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