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出版者:西北工大

作者:范世贵//令前华//郭婷

出品人:

页数:404

译者:

出版时间:1970-1

价格:48.00元

装帧:

isbn号码:9787561227312

丛书系列:

图书标签:

• 高教教科书
• 信号与系统
• 电路分析
• 线性系统
• 傅里叶变换
• 拉普拉斯变换
• Z变换
• 滤波器设计
• 控制系统
• 通信原理
• 数字信号处理

《宇宙的低语：从万物之声到信息洪流》 一、 序章：静谧中的涌动 我们身处一个由无声的涟漪和奔腾的信息构成的世界。从拂过湖面的微风，到恒星爆炸时传递的能量，再到人类文明赖以生存的通信网络，无不以某种形式承载着信息，并遵循着某种普遍的规律。然而，这些规律并非一开始就清晰可见，它们隐藏在自然的宏大叙事和人造系统的精妙设计之中。本书将带领读者踏上一段探索这些隐藏规律的旅程，揭示声音、振动、电磁波等看似寻常的现象背后，所蕴含的深刻的数学原理与物理机制。我们将拨开迷雾，看见那些连接万物的“低语”，理解信息如何在空间与时间中传播、变换，以及我们如何巧妙地捕捉、解读和利用它们。 二、 第一章：波动的诗篇 波动是宇宙最基本的语言之一。从宏观的潮汐起伏到微观的量子涨落，波动无处不在。本章将深入探讨波动的本质，理解波的传播速度、频率、振幅、波长等基本属性，以及它们如何共同描绘出一幅动态的物理图景。我们将从最简单的简谐振动开始，解析其周期性运动的数学模型，并进一步扩展到更复杂的周期波和非周期波。通过对驻波、行波的分析，我们将领略到能量如何在介质中传递，以及波的叠加与干涉所产生的令人惊叹的现象。此外，本章还将触及波的衍射和反射，理解它们如何影响波的传播路径，为后续信息传输和处理的应用奠定基础。我们还将审视不同类型的波动，如机械波（声波、水波）与电磁波（光、无线电波）之间的异同，体会它们各自独特的物理特性。 三、 第二章：信号的诞生与演变 如果说波动是运动的诗篇，那么信号就是承载信息的具体形式。信号是任何随时间或空间变化的物理量，它携带着关于某个事件、某个状态或某个信息的“话语”。本章将聚焦于信号的产生、描述与分类。我们将学习如何用数学语言精确地描述信号，包括连续时间信号与离散时间信号、周期信号与非周期信号、能量信号与功率信号等。傅里叶级数和傅里叶变换将作为强大的工具被引入，它们能够将复杂的信号分解成一系列简单的正弦波分量，揭示信号的频率构成，从而实现对信号的深入理解和分析。我们还将探讨信号的幅度调制、频率调制和相位调制等基本变换，理解信息是如何“装载”到载波上的，为通信传输做好准备。 四、 第三章：线性系统的魔法 在现实世界中，大多数物理系统和工程系统都可以近似地看作是线性系统。线性系统具有叠加性与齐次性这两个核心特性，它们使得我们能够通过分析系统的输入-输出关系，预测其行为并设计有效的处理方法。本章将深入研究线性系统的性质。我们将学习卷积运算，它是描述线性时不变系统（LTI系统）如何响应任意输入信号的关键数学工具。通过理解冲激响应，我们能够完全刻画一个LTI系统的行为。我们将探讨系统的频率响应，理解系统在不同频率下对信号的放大或衰减作用，以及相移特性。此外，本章还将介绍系统的稳定性判据，确保系统在接收信号时不会失控。对线性系统的深刻理解，是设计滤波器、放大器以及其他信号处理器的基石。 五、 第四章：傅里叶的智慧：频域分析的威力 时间域的描述直观，但有时并不能完全展现信号的内在规律。傅里叶分析提供了一种全新的视角——频域。本章将聚焦于傅里叶分析的强大力量，它允许我们将信号从时间域转换到频率域，从而揭示信号的频谱特性。我们将详细介绍傅里叶级数和傅里叶变换的理论，理解它们如何将任意信号分解为不同频率的正弦波叠加。通过分析信号的幅度谱和相位谱，我们可以清晰地看到信号的“构成成分”以及它们各自的强度。本章还将探讨离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）在实际应用中的重要性，它们使得在数字信号处理中进行高效的频域分析成为可能。我们将看到，在频域中，许多原本复杂的问题变得简单，例如滤波器的设计、信号的去噪以及频谱分析等。 六、 第五章：采样与重构：从连续到离散的桥梁 在数字时代，我们处理的信号往往是连续的，但计算机处理的是离散的数据。采样是连接连续信号与离散信号的桥梁，而重构则是将离散数据还原为连续信号的过程。本章将详细阐述采样定理，也称为奈奎斯特-香农采样定理，它揭示了连续信号无失真地转换为离散信号所必须满足的采样频率条件。我们将深入理解欠采样和过采样的后果，以及它们对信号信息的影响。此外，本章还将探讨不同类型的采样技术，以及在实际中如何进行信号的重构，例如使用零阶保持或线性插值。对采样与重构的精妙掌握，是数字通信、数字音频、数字图像处理等领域的核心技术。 七、 第六章：傅里叶变换家族：拉普拉斯与Z变换的拓展 傅里叶变换在分析周期信号和能量信号方面表现出色，但对于瞬态信号或不稳定系统，其适用性受到一定限制。本章将介绍傅里叶变换的两个重要拓展——拉普拉斯变换和Z变换。拉普拉斯变换将信号的分析从虚轴扩展到了复平面，它能够更有效地处理非周期信号和更广泛的系统，尤其在分析线性常系数微分方程描述的连续时间系统时表现出强大的优势。Z变换则是离散时间信号的傅里叶变换的推广，它将信号的分析从单位圆扩展到了复平面，是分析离散时间线性系统（LTI系统）的有力工具。通过拉普拉斯变换和Z变换，我们可以分析系统的稳定性、频率响应以及瞬态响应，为控制理论、电路分析和数字信号处理等领域提供了强大的数学工具。 八、 第七章：离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）：数字世界的魔法石 数字信号处理（DSP）是现代技术的核心组成部分，而DFT和FFT是实现高效数字信号处理的关键算法。本章将深入探讨DFT的原理，理解它是如何将一个有限长度的离散时间序列分解成一系列复指数序列的叠加。我们将看到DFT在频域分析中的直接应用，例如频谱分析、滤波器设计和信号合成。然而，直接计算DFT的复杂度较高，特别是当序列长度较大时。因此，本章将重点介绍快速傅里叶变换（FFT）算法。FFT是一系列能够以远高于直接计算DFT的速度计算DFT的算法，它极大地推动了数字信号处理的发展。我们将简要介绍FFT的原理，例如按时间抽选或按频率抽选的算法，理解它们如何通过分治策略显著降低计算量。FFT的应用几乎无处不在，从音频和图像压缩到雷达信号处理，再到通信系统的调制解调。 九、 第八章：随机信号与噪声：信息世界中的干扰与洞察 现实世界中的信号往往不是完美的，它们常常伴随着各种形式的噪声。噪声可以来源于自然界的随机过程，也可以是人为引入的干扰。本章将探讨随机信号的特性，理解概率论和统计学在分析随机信号中的作用。我们将学习如何描述随机信号的统计特性，例如均值、方差、自相关函数和功率谱密度。平稳随机过程是描述许多随机信号的重要模型。我们将进一步讨论各种类型的噪声，如白噪声、高斯噪声，以及它们对信号处理的影响。本章还将介绍如何利用各种信号处理技术来抑制噪声，例如滤波、平均和自适应滤波，从而从充满噪声的信息洪流中提取出有用的信息。 十、 结论：永恒的低语，无尽的探索 从微观粒子的随机波动到宏观宇宙的电磁辐射，信息以各种形式存在并传播。本书通过对波动、信号、线性系统以及傅里叶分析等核心概念的深入剖析，为读者揭示了理解和处理这些信息的基本原理。我们所探索的不仅仅是抽象的数学模型，更是连接物理世界与信息世界的桥梁。每一次信号的变换，每一次数据的传输，都蕴含着深刻的科学与技术。 “宇宙的低语”并非终点，而是通往更广阔天地的一扇门。对信号与系统原理的掌握，将为读者在通信、控制、电子工程、计算机科学、生物医学工程乃至更广泛的领域中，提供解决复杂问题的强大武器。随着技术的不断发展，对信息处理的需求日益增长，对这些基本原理的深刻理解将变得更加重要。我们期待读者能带着这份认知，继续探索信息世界中那些永恒的低语，并创造出更多令人惊叹的科技奇迹。

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