信號(hào)與系統(tǒng)

信號(hào)與系統(tǒng)是通信技術(shù)、電子信息工程技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，不僅使學(xué)生掌握信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念、線性時(shí)不變系統(tǒng)的基本特性、信號(hào)通過(guò)線性系統(tǒng)的基本分析方法，還培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及從事實(shí)際工作打下良好的基礎(chǔ)。

根據(jù)教育部對(duì)高職高專教育的要求，基礎(chǔ)理論教學(xué)要以“應(yīng)用為目的，以必須夠用為度，以掌握概念、強(qiáng)化應(yīng)用為教學(xué)重點(diǎn)”為原則，在編寫(xiě)過(guò)程中，根據(jù)信號(hào)與系統(tǒng)課程內(nèi)容的特點(diǎn)和學(xué)生接受知識(shí)的規(guī)律，在保持教學(xué)大綱內(nèi)容和基本要求的基礎(chǔ)上，注重以下幾個(gè)方面：

1．在基本理論上重點(diǎn)突出基本概念、基本分析方法的理解和應(yīng)用，不貪多求深。即通過(guò)對(duì)基本信號(hào)特性的分析以及對(duì)簡(jiǎn)單線性時(shí)不變系統(tǒng)的分析，充分地理解信號(hào)在產(chǎn)生、傳輸和加工處理等過(guò)程中自身特性的變化以及對(duì)系統(tǒng)特性的要求。

2．在應(yīng)用上強(qiáng)調(diào)對(duì)抽象數(shù)學(xué)理論的物理概念和工程概念的理解，不強(qiáng)調(diào)純數(shù)學(xué)運(yùn)算與推導(dǎo)，而是注重結(jié)果的分析與應(yīng)用。掌握信號(hào)與系統(tǒng)的基本分析方法，學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)工具對(duì)簡(jiǎn)單線性時(shí)不變系統(tǒng)進(jìn)行分析。

3．在結(jié)構(gòu)上先信號(hào)后系統(tǒng)，先連續(xù)后離散，先時(shí)域后變換域（頻域、復(fù)頻域和z域）。這樣由淺入深，循序漸進(jìn)，便于知識(shí)的接受、理解和掌握。另外，在內(nèi)容上力求緊湊、合理；在文字上力求通俗易懂，概念敘述清晰、準(zhǔn)確。

4．雖然不強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，但是，為了保持內(nèi)容的完整性和連續(xù)性，仍然保留了一些推導(dǎo)和證明，這樣便于讀者自學(xué)。同時(shí)將一些常用的數(shù)學(xué)結(jié)論繪制成圖表，使學(xué)生學(xué)會(huì)直接利用圖表完成對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)的基本分析，這樣易于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)。

本書(shū)共分6章。第1章為信號(hào)與系統(tǒng)的概述；第2章為連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析；第3章為連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析；第4章為連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析；第5章為離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析；第6章為離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的z域分析。

本書(shū)第3章和第6章由周濤編寫(xiě)；第1章和第5章由王俊紅編寫(xiě)；第4章由周濤和薛瑞共同編寫(xiě)；第2章由王俊紅和周濤共同編寫(xiě)。周濤任主編并統(tǒng)稿全書(shū)，王俊紅任副主編。參加本書(shū)編寫(xiě)工作的還有李利、李朝輝、齊建玲、張?jiān)隽肌＠顕?guó)洪、陳剛對(duì)本書(shū)的編寫(xiě)大綱進(jìn)行了仔細(xì)的審閱，并提出了寶貴的修改意見(jiàn)，在此表示衷心的感謝！

由于編者水平有限，書(shū)中的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和文字表述等方面難免有錯(cuò)誤和不妥之處，懇請(qǐng)批評(píng)指正。

序
前言
第1章 信號(hào)與系統(tǒng)概述 1
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 1
1.1 引言 1
1.2 信號(hào)的描述與分類 2
1.2.1 信號(hào)的描述 2
1.2.2 信號(hào)的分類 3
1.3 系統(tǒng)的描述與分類 8
1.3.1 系統(tǒng)的描述 8
1.3.2 系統(tǒng)的分類 9
本章小結(jié) 10
習(xí)題1 11
第2章 連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析 13
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 13
2.1 基本連續(xù)時(shí)間信號(hào) 13
2.1.1 正弦信號(hào) 13
2.1.2 指數(shù)信號(hào) 14
2.1.3 抽樣信號(hào) 16
2.1.4 奇異信號(hào) 16
2.2 信號(hào)的運(yùn)算與變換 21
2.2.1 信號(hào)的代數(shù)運(yùn)算 21
2.2.2 信號(hào)的微分與積分 22
2.2.3 信號(hào)的反褶 23
2.2.4 信號(hào)的時(shí)移 24
2.2.5 信號(hào)的尺度變換 24
2.2.6 信號(hào)的分解 25
2.3 線性時(shí)不變連續(xù)系統(tǒng) 27
2.3.1 線性時(shí)不變系統(tǒng)的基本性質(zhì) 27
2.3.2 線性時(shí)不變系統(tǒng)的模擬 31
2.4 LTI連續(xù)系統(tǒng)的模型 33
2.4.1 LTI連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 33
2.4.2 LTI連續(xù)系統(tǒng)的框圖 34
2.5 LTI連續(xù)系統(tǒng)的響應(yīng) 34
2.5.1 系統(tǒng)的初始條件 34
2.5.2 零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng) 37
2.5.3 系統(tǒng)的全響應(yīng) 42
2.6 沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng) 44
2.6.1 沖激信號(hào)的性質(zhì) 44
2.6.2 沖激響應(yīng) 47
2.6.3 階躍響應(yīng) 51
2.7 卷積與零狀態(tài)響應(yīng) 52
2.7.1 任意信號(hào)的分解 52
2.7.2 卷積與零狀態(tài)響應(yīng) 52
2.7.3 卷積的圖解法 55
2.7.4 卷積的性質(zhì) 57
本章小結(jié) 61
習(xí)題2 62
第3章 連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析 69
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 69
3.1 周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù) 69
3.1.1 三角函數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù) 69
3.1.2 指數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù) 72
3.2 周期信號(hào)的頻譜 75
3.2.1 周期信號(hào)的頻譜 75
3.2.2 周期信號(hào)頻譜的特點(diǎn)及頻帶寬度 76
3.3 非周期信號(hào)的傅里葉變換 80
3.3.1 傅里葉變換 80
3.3.2 非周期信號(hào)的頻譜 82
3.3.3 典型信號(hào)的傅里葉變換 83
3.4 傅里葉變換的基本性質(zhì) 88
3.4.1 線性 88
3.4.2 對(duì)稱性 88
3.4.3 尺度變換 90
3.4.4 時(shí)移特性 91
3.4.5 頻移特性 92
3.4.6 卷積定理 93
3.4.7 時(shí)域微分和時(shí)域積分 96
3.4.8 頻域微分和頻域積分 99
3.5 周期信號(hào)的傅里葉變換 100
3.6 頻域系統(tǒng)函數(shù) 102
3.6.1 系統(tǒng)函數(shù)的定義 102
3.6.2 系統(tǒng)函數(shù) 的求解方法 103
3.7 連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析 105
3.7.1 復(fù)指數(shù)信號(hào) 的響應(yīng) 105
3.7.2 非正弦周期信號(hào)的響應(yīng) 106
3.7.3 非周期信號(hào)的響應(yīng) 108
3.7.4 無(wú)失真?zhèn)鬏敿捌錀l件 112
3.7.5 理想低通濾波器及其響應(yīng) 114
3.8 抽樣定理 117
3.8.1 連續(xù)信號(hào)的時(shí)域抽樣定理 118
3.8.2 從抽樣信號(hào)恢復(fù)連續(xù)時(shí)間信號(hào) 120
本章小結(jié) 122
習(xí)題3 123
第4章 連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 130
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 130
4.1 拉普拉斯變換 130
4.1.1 從傅里葉變換到拉普拉斯變換 130
4.1.2 拉普拉斯變換的收斂域 132
4.1.3 常用信號(hào)的單邊拉氏變換 134
4.2 單邊拉氏變換的性質(zhì) 136
4.2.1 線性 136
4.2.2 時(shí)移（延時(shí)）特性 137
4.2.3 尺度變換 138
4.2.4 頻移特性 139
4.2.5 時(shí)域微分定理 139
4.2.6 時(shí)域積分定理 140
4.2.7 域微分定理 141
4.2.8 域積分定理 142
4.2.9 初值定理 142
4.2.10 終值定理 143
4.2.11 卷積定理 145
4.3 單邊拉氏反變換 146
4.3.1 查表法 146
4.3.2 部分分式展開(kāi)法 147
4.4 連續(xù)系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 152
4.4.1 用拉氏變換法分析系統(tǒng) 152
4.4.2 用拉氏變換法分析電路 154
4.5 系統(tǒng)函數(shù)H(s) 159
4.5.1 系統(tǒng)函數(shù)的定義 159
4.5.2 系統(tǒng)函數(shù) 的求解方法 160
4.6 系統(tǒng)函數(shù)的零、極點(diǎn)分布與時(shí)域響應(yīng)特性的關(guān)系 162
4.6.1 系統(tǒng)函數(shù)的零、極點(diǎn)與零、極點(diǎn)圖 162
4.6.2 系統(tǒng)函數(shù)的零、極點(diǎn)分布與時(shí)域響應(yīng)特性的關(guān)系 163
4.7 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 164
4.7.1 穩(wěn)定系統(tǒng)的定義 164
4.7.2 系統(tǒng)穩(wěn)定的條件 164
4.8 系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)頻率特性 167
4.8.1 頻率特性 167
4.8.2 頻率特性的矢量作圖法 168
本章小結(jié) 171
習(xí)題4 171
第5章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析 179
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 179
5.1 離散時(shí)間信號(hào)的基本概念 179
5.1.1 離散時(shí)間信號(hào)的描述 179
5.1.2 基本離散信號(hào) 180
5.1.3 基本離散信號(hào)的特性 184
5.2 離散信號(hào)的運(yùn)算與變換 185
5.2.1 相加 185
5.2.2 相乘 186
5.2.3 差分 186
5.2.4 求和 186
5.2.5 反褶 188
5.2.6 移位 188
5.2.7 尺度變換 188
5.3 離散系統(tǒng)的基本概念 189
5.3.1 離散系統(tǒng) 189
5.3.2 線性時(shí)不變（LTI）系統(tǒng) 189
5.3.3 離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 192
5.3.4 離散系統(tǒng)的模擬 194
5.4 線性時(shí)不變離散系統(tǒng)的響應(yīng) 195
5.4.1 迭代法 195
5.4.2 經(jīng)典法 197
5.4.3 零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng) 200
5.5 離散系統(tǒng)的單位樣值響應(yīng) 202
5.5.1 單位樣值響應(yīng) 202
5.5.2 單位階躍響應(yīng) 207
5.6 離散卷積與零狀態(tài)響應(yīng) 207
5.6.1 離散卷積和 207
5.6.2 卷積和的性質(zhì) 211
5.6.3 零狀態(tài)響應(yīng) 213
本章小結(jié) 216
習(xí)題5 216
第6章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的z域分析 222
本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 222
6.1 離散信號(hào)的z變換 222
6.1.1 z變換的定義 222
6.1.2 z變換的收斂域 224
6.1.3 常用基本離散序列的單邊z變換 226
6.2 單邊z變換的性質(zhì) 227
6.2.1 線性 227
6.2.2 移位 227
6.2.3 z域尺度變換（序列指數(shù)加權(quán)） 229
6.2.4 域微分（序列線性加權(quán)） 229
6.2.5 初值定理 230
6.2.6 終值定理 230
6.2.7 時(shí)域卷積定理 231
6.3 z反變換 232
6.3.1 冪級(jí)數(shù)展開(kāi)法（長(zhǎng)除法） 232
6.3.2 部分分式展開(kāi)法 234
6.4 離散系統(tǒng)的z域分析 238
6.4.1 零輸入響應(yīng)的 域解 239
6.4.2 零狀態(tài)響應(yīng)的 域解 240
6.4.3 全響應(yīng)的 域解 241
6.5 系統(tǒng)函數(shù)H(z) 242
6.5.1 系統(tǒng)函數(shù)的定義 243
6.5.2 系統(tǒng)函數(shù) 的求解方法 243
6.6 系統(tǒng)函數(shù)零、極點(diǎn)分布與時(shí)域響應(yīng)特性的關(guān)系 246
6.6.1 系統(tǒng)函數(shù)的零、極點(diǎn)與零、極點(diǎn)圖 246
6.6.2 系統(tǒng)函數(shù)的零、極點(diǎn)分布圖與時(shí)域特性的關(guān)系 246
6.7 域與 域的關(guān)系 248
6.8 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性 249
6.9 離散系統(tǒng)的頻率特性 251
6.9.1 頻率特性 251
6.9.2 頻率特性的幾何確定 252
本章小結(jié) 254
習(xí)題6 255
部分習(xí)題參考答案 260
習(xí)題1 260
習(xí)題2 260
習(xí)題3 261
習(xí)題4 263
習(xí)題5 265
習(xí)題6 267
參考文獻(xiàn) 270