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本書主要介紹信號(hào)處理和系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)理論，循序漸進(jìn)地全面介紹連續(xù)、時(shí)域信號(hào)的時(shí)域分析和變換域分析的基本內(nèi)容，詳細(xì)介紹處理信號(hào)和系統(tǒng)分析的方法。全書共8章，內(nèi)容包括信號(hào)與系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，連續(xù)和離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析，連續(xù)和離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析，信號(hào)的拉普拉斯變換和z變換分析方法，系統(tǒng)的復(fù)頻域分析方法以及系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析法，從連續(xù)到離散、從時(shí)域到頻域再到復(fù)頻域，邏輯清晰、簡明易懂、適合教學(xué)。本書還介紹使用MATLAB分析信號(hào)與系統(tǒng)的方法。
本書可作為高等院校電子與信息工程、通信工程、人工智能、測(cè)控技術(shù)、自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、信息工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)專業(yè)本科生教材，也可以作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考資料。

信號(hào)與系統(tǒng)的研究在現(xiàn)代工程學(xué)科中占據(jù)著至關(guān)重要的地位。無論在通信、控制、圖像處理還是在電子、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域，信號(hào)與系統(tǒng)的理論和應(yīng)用都是基礎(chǔ)性的。本書的目的在于為讀者提供系統(tǒng)、完整且易于理解的信號(hào)與系統(tǒng)理論。通過本書，讀者將掌握分析和處理各種信號(hào)及其通過系統(tǒng)時(shí)的行為，為后續(xù)課程（如數(shù)字信號(hào)處理通信原理控制理論等）打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
信號(hào)與系統(tǒng)課程的主要內(nèi)容十分經(jīng)典，但是在實(shí)際教學(xué)過程中，受到課程學(xué)時(shí)和學(xué)生基礎(chǔ)的影響，很難將全部內(nèi)容體現(xiàn)到課堂教學(xué)中。本書重點(diǎn)介紹了信號(hào)和系統(tǒng)中的時(shí)域分析、頻域分析以及復(fù)頻域分析的主要內(nèi)容，使讀者能夠盡快掌握本課程的基本概念、基本理念和基本方法。通過詳盡的理論闡述和豐富的實(shí)例解析，讀者可以深入理解并應(yīng)用這些知識(shí)進(jìn)行信號(hào)與系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。
本書有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
（1）在內(nèi)容上，本書以連續(xù)和離散信號(hào)與系統(tǒng)為研究對(duì)象，以時(shí)域分析、頻域分析以及復(fù)頻域分析方法為脈絡(luò)，以傅里葉變換、拉普拉斯變換以及z變換為主線，盡量刪除了與后續(xù)專業(yè)課重疊的內(nèi)容，突出基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用。
（2）本書按照循序漸進(jìn)、從易到難的原則，提供了較多的例題和習(xí)題，題目類型多樣，難度適宜。
（3）在結(jié)構(gòu)上，本書采用先信號(hào)后系統(tǒng)、先連續(xù)后離散、先時(shí)域后變換域的框架，注重重點(diǎn)與難點(diǎn)的分析和解釋，在保證知識(shí)結(jié)構(gòu)完整和內(nèi)容全面的基礎(chǔ)上，盡可能減少公式、性質(zhì)的推導(dǎo)，重點(diǎn)培養(yǎng)讀者應(yīng)用信號(hào)與系統(tǒng)的理論知識(shí)分析、處理和解決實(shí)際問題的能力。在每章末加入了一些經(jīng)典文獻(xiàn)，供讀者進(jìn)行延伸閱讀。
（4）本書介紹了基于MATLAB的信號(hào)與系統(tǒng)分析方法，講解了在MATLAB中常用的信號(hào)和系統(tǒng)分析函數(shù)，讀者可通過編程的形式學(xué)習(xí)本書的知識(shí)內(nèi)容。
本書主要面向高等院校電子與信息工程、通信工程、人工智能、測(cè)控技術(shù)、自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、信息工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的本科生。同時(shí)，對(duì)于希望深入了解信號(hào)處理與系統(tǒng)分析的工程技術(shù)人員和研究人員，本書也有較高的參考價(jià)值。
本書的第1、2、4、5章內(nèi)容由王承琨執(zhí)筆，第8章由陳義平執(zhí)筆，第6、7章由崔月執(zhí)筆，第3章由谷廣宇執(zhí)筆，李松昊負(fù)責(zé)配套電子資料的整理工作，王承琨負(fù)責(zé)全書統(tǒng)稿。在本書的編寫過程中，許多同行專家和學(xué)者向我們提出了寶貴意見和建議,學(xué)生們?cè)谡n堂上的反饋也為本書的完善提供了重要幫助。本書得到了清華大學(xué)出版社的幫助與支持。在此，我們向所有關(guān)心和支持本書的朋友們表示衷心的感謝。
限于作者水平，本書難免有不足之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正，以便在以后的修訂中不斷改進(jìn)和完善。

作者
2025年1月

第1章緒論1
1.1信號(hào)的描述和分類1
1.1.1信號(hào)的描述1
1.1.2信號(hào)的分類2
1.2系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、分類及串并聯(lián)7
1.2.1系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型7
1.2.2系統(tǒng)的分類9
1.2.3系統(tǒng)的串并聯(lián)14
1.3信號(hào)與系統(tǒng)分析方法及信號(hào)與系統(tǒng)理論的應(yīng)用16
1.3.1信號(hào)與系統(tǒng)分析方法16
1.3.2信號(hào)與系統(tǒng)理論的應(yīng)用17
1.4MATLAB簡介20
延伸閱讀23
習(xí)題與考研真題23
第2章連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析25
2.1連續(xù)時(shí)間信號(hào)的時(shí)域描述25
2.1.1典型連續(xù)時(shí)間信號(hào)25
2.1.2奇異信號(hào)28
2.2連續(xù)時(shí)間信號(hào)的運(yùn)算33
2.2.1連續(xù)時(shí)間信號(hào)的尺度變換、翻轉(zhuǎn)變換及平移變換33
2.2.2連續(xù)時(shí)間信號(hào)的相加、相乘、微分及積分運(yùn)算36
2.2.3連續(xù)時(shí)間信號(hào)的卷積運(yùn)算及性質(zhì)38
2.3連續(xù)時(shí)間信號(hào)的時(shí)域分解41
2.3.1連續(xù)時(shí)間信號(hào)分解為直流分量與交流分量41
2.3.2連續(xù)時(shí)間信號(hào)分解為奇分量與偶分量42
2.3.3連續(xù)時(shí)間信號(hào)分解為實(shí)部分量與虛部分量43
2.3.4連續(xù)時(shí)間信號(hào)分解為沖激信號(hào)的線性組合43
2.3.5連續(xù)時(shí)間信號(hào)分解為正交函數(shù)集44
2.4連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)46
2.4.1連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述46
2.4.2連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)的描述47
2.5連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)的響應(yīng)48
2.5.1連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)49
2.5.2連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)50
2.5.3連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)52
2.6單位沖激響應(yīng)表示的系統(tǒng)特性54
2.6.1級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)54
2.6.2并聯(lián)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)55
2.6.3連續(xù)因果系統(tǒng)的沖激響應(yīng)56
2.6.4連續(xù)穩(wěn)定系統(tǒng)沖激響應(yīng)57
2.7連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的MATLAB仿真58
2.7.1連續(xù)時(shí)間信號(hào)的MATLAB表示58
2.7.2連續(xù)時(shí)間信號(hào)基本運(yùn)算的MATLAB仿真62
2.7.3連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析的MATLAB仿真65
延伸閱讀67
習(xí)題與考研真題67
第3章離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析70
3.1離散時(shí)間信號(hào)時(shí)域描述70
3.1.1離散時(shí)間信號(hào)的表示70
3.1.2典型離散時(shí)間信號(hào)71
3.2離散時(shí)間信號(hào)的運(yùn)算76
3.2.1離散時(shí)間信號(hào)的翻轉(zhuǎn)、移位及尺度變換76
3.2.2離散時(shí)間信號(hào)的相加、相乘、差分及求和77
3.2.3離散時(shí)間信號(hào)卷積和及解卷積79
3.3離散時(shí)間信號(hào)的時(shí)域分解87
3.3.1離散時(shí)間信號(hào)分解為直流分量和交流分量87
3.3.2離散時(shí)間信號(hào)分解為偶分量和奇分量87
3.3.3離散時(shí)間信號(hào)分解為實(shí)部分量和虛部分量87
3.3.4離散時(shí)間信號(hào)分解為單位脈沖序列的線性組合88
3.3.5離散時(shí)間信號(hào)分解為正交函數(shù)集88
3.4離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的響應(yīng)89
3.4.1離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)93
3.4.2離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)94
3.4.3離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的單位樣值響應(yīng)96
3.5單位樣值響應(yīng)表示的離散時(shí)間系統(tǒng)特性100
3.5.1離散級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的單位樣值響應(yīng)101
3.5.2離散并聯(lián)系統(tǒng)的單位樣值響應(yīng)101
3.5.3離散因果系統(tǒng)的單位樣值響應(yīng)103
3.5.4離散穩(wěn)定系統(tǒng)的單位樣值響應(yīng)104
3.6離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的MATLAB仿真104
3.6.1離散時(shí)間信號(hào)的MATLAB表示104
3.6.2離散時(shí)間信號(hào)基本運(yùn)算的MATLAB仿真107
3.6.3離散線性系統(tǒng)時(shí)域分析的MATLAB仿真110
延伸閱讀115
習(xí)題與考研真題115
第4章連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析118
4.1連續(xù)時(shí)間周期信號(hào)的頻域分析118
4.1.1連續(xù)時(shí)間周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)表示119
4.1.2連續(xù)時(shí)間周期信號(hào)的頻譜124
4.1.3連續(xù)時(shí)間周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)中的基本性質(zhì)128
4.1.4連續(xù)時(shí)間周期信號(hào)的功率譜131
4.2連續(xù)時(shí)間非周期信號(hào)的頻域分析132
4.2.1連續(xù)時(shí)間非周期信號(hào)的傅里葉變換及其頻譜132
4.2.2典型連續(xù)時(shí)間非周期信號(hào)的頻譜134
4.2.3連續(xù)時(shí)間非周期信號(hào)的傅里葉變換的性質(zhì)140
4.3連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)的頻域分析150
4.3.1連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)的頻率響應(yīng)150
4.3.2連續(xù)時(shí)間非周期信號(hào)通過系統(tǒng)響應(yīng)的頻域分析151
4.3.3連續(xù)時(shí)間周期信號(hào)通過系統(tǒng)響應(yīng)的頻域分析152
4.3.4無失真?zhèn)鬏斃碚?53
4.3.5理想模擬濾波器156
4.4連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)分析的MATLAB仿真160
4.4.1連續(xù)時(shí)間信號(hào)頻譜分析的MATLAB仿真160
4.4.2連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)頻率特性分析的MATLAB仿真165
延伸閱讀168
習(xí)題與考研真題168
第5章離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析171
5.1離散時(shí)間周期信號(hào)的頻域分析171
5.1.1離散時(shí)間周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)及頻譜171
5.1.2離散時(shí)間周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)的基本性質(zhì)174
5.2離散時(shí)間非周期信號(hào)的頻域分析178
5.2.1離散時(shí)間非周期信號(hào)的傅里葉變換及頻譜178
5.2.2離散時(shí)間傅里葉變換的基本性質(zhì)181
5.3信號(hào)的時(shí)域抽樣和頻域抽樣185
5.3.1信號(hào)的時(shí)域抽樣185
5.3.2信號(hào)的頻域抽樣187
5.4離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的頻域分析190
5.4.1離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的頻率響應(yīng)190
5.4.2離散時(shí)間非周期信號(hào)通過系統(tǒng)響應(yīng)的頻域分析192
5.4.3離散時(shí)間周期信號(hào)通過系統(tǒng)響應(yīng)的頻域分析193
5.4.4線性相位離散線性時(shí)不變系統(tǒng)194
5.4.5數(shù)字濾波器概述194
5.5離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)分析的MATLAB仿真196
5.5.1離散時(shí)間信號(hào)頻譜分析的MATLAB仿真196
5.5.2離散線性時(shí)不變系統(tǒng)頻率特性分析的MATLAB仿真199
延伸閱讀201
習(xí)題與考研真題202
第6章連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析205
6.1連續(xù)時(shí)間信號(hào)的復(fù)頻域分析206
6.1.1從傅里葉變換到拉普拉斯變換206
6.1.2單邊拉普拉斯變換的收斂域207
6.1.3典型信號(hào)的拉普拉斯變換208
6.1.4單邊拉普拉斯變換的性質(zhì)210
6.1.5拉普拉斯逆變換218
6.2連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)的復(fù)頻域分析223
6.2.1連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)223
6.2.2連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)響應(yīng)的復(fù)頻域分析225
6.3連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)的系統(tǒng)特性227
6.3.1系統(tǒng)函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)分布227
6.3.2系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)的時(shí)域特性231
6.3.3系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)的穩(wěn)定性234
6.3.4系統(tǒng)函數(shù)零點(diǎn)、極點(diǎn)與系統(tǒng)頻率響應(yīng)237
6.4連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的連接與模擬244
6.4.1連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的連接244
6.4.2連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的模擬245
6.5連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)復(fù)頻域分析仿真248
6.5.1連續(xù)時(shí)間信號(hào)復(fù)頻域分析的MATLAB仿真248
6.5.2連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)復(fù)頻域分析的MATLAB仿真249
延伸閱讀252
習(xí)題與考研真題253
第7章離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析255
7.1離散時(shí)間信號(hào)的復(fù)頻域分析255
7.1.1單邊z變換的定義及收斂域255
7.1.2典型離散時(shí)間信號(hào)的z變換262
7.1.3單邊z變換的主要性質(zhì)266
7.1.4單邊z逆變換278
7.2離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的復(fù)頻域分析287
7.2.1離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)287
7.2.2離散線性時(shí)不變系統(tǒng)響應(yīng)的z域分析287
7.3離散時(shí)間系統(tǒng)函數(shù)H(z)與系統(tǒng)特性288
7.3.1離散時(shí)間系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)分布288
7.3.2離散時(shí)間系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)時(shí)域特性289
7.3.3離散時(shí)間系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)穩(wěn)定性289
7.3.4離散時(shí)間系統(tǒng)函數(shù)的零點(diǎn)、極點(diǎn)分布與系統(tǒng)頻率響應(yīng)291
7.4離散時(shí)間系統(tǒng)的連接與模擬293
7.4.1離散時(shí)間系統(tǒng)的連接293
7.4.2離散時(shí)間系統(tǒng)的模擬295
7.5離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)復(fù)頻域分析的MATLAB仿真297
7.5.1離散時(shí)間信號(hào)復(fù)頻域分析的MATLAB仿真297
7.5.2離散時(shí)間系統(tǒng)復(fù)頻域分析的MATLAB仿真297
延伸閱讀300
習(xí)題與考研真題300
第8章系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析303
8.1狀態(tài)變量與狀態(tài)方程303
8.2連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立305
8.2.1連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的一般形式305
8.2.2由電路圖直接建立狀態(tài)方程305
8.2.3由連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)模擬框圖或信號(hào)流圖建立狀態(tài)方程307
8.2.4由連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)建立狀態(tài)方程308
8.2.5由連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的微分方程建立狀態(tài)方程310
8.3連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解311
8.3.1連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的時(shí)域求解311
8.3.2連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的s域求解314
8.4離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立316
8.4.1離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的一般形式316
8.4.2由離散時(shí)間系統(tǒng)模擬框圖或信號(hào)流圖建立狀態(tài)方程317
8.4.3由離散時(shí)間系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)建立狀態(tài)方程317
8.4.4由離散時(shí)間系統(tǒng)的差分方程建立狀態(tài)方程318
8.5離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解318
8.5.1離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的時(shí)域求解318
8.5.2離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的z域求解320
8.6系統(tǒng)狀態(tài)變量分析的MATLAB仿真321
8.6.1微分方程到狀態(tài)方程的轉(zhuǎn)換321
8.6.2由系統(tǒng)狀態(tài)方程到系統(tǒng)函數(shù)的計(jì)算321
8.6.3利用MATLAB求解連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程322
8.6.4利用MATLAB求解離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程323
延伸閱讀325
習(xí)題與考研真題326
參考文獻(xiàn)330

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