本書系統(tǒng)地介紹了確定性信號、線性時不變系統(tǒng)及信號處理的基本理論、基本概念、基本分析方法。全書共11章,包括信號的基本概念、描述和基本運(yùn)算,信號分析與處理的基本方法,連續(xù)和離散時間傅里葉變換、離散傅里葉變換及其快速算法、拉普拉斯變換、 z 變換,連續(xù)和離散時間線性時不變系統(tǒng)分析法,模擬和數(shù)字濾波器的基本原理及其設(shè)計。本書在編排上采取先信號后系統(tǒng)、先連續(xù)后離散、先時域后變換域,先理論后應(yīng)用展開,符合學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程。每章配有大量的例題和習(xí)題,注重難點(diǎn)和重點(diǎn)的解析與分析,習(xí)題附有參考答案,附錄中配有一些應(yīng)和實(shí)例的Matlab腳本。
符號一覽表 <br/>
緒論 <br/>
0.1 信號與系統(tǒng) <br/>
0.2 信號處理 <br/>
0.3 信號分析與處理的主要研究內(nèi)容 <br/>
第1章 信號與系統(tǒng)的基本概念 <br/>
1.1 信號及其分類 <br/>
1.1.1 確定性信號和隨機(jī)性信號 <br/>
1.1.2 連續(xù)時間信號和離散時間信號 <br/>
1.1.3 周期信號和非周期信號 <br/>
1.1.4 功率信號和能量信號 <br/>
1.1.5 對稱信號和非對稱信號 <br/>
1.2 常用信號及其基本特性 <br/>
1.2.1 連續(xù)時間復(fù)指數(shù)信號 <br/>
1.2.2 連續(xù)時間單位階躍和單位沖激信號 <br/>
1.2.3 離散時間單位樣值信號和單位階躍信號 <br/>
1.2.4 離散時間復(fù)指數(shù)信號 <br/>
1.3 信號時域運(yùn)算 <br/>
1.3.1 信號的和、積運(yùn)算 <br/>
1.3.2 信號的積分與微分運(yùn)算 <br/>
1.3.3 信號波形的翻轉(zhuǎn)、展縮與平移 <br/>
1.3.4 信號的分解 <br/>
1.4 系統(tǒng)及其表示 <br/>
1.4.1 系統(tǒng) <br/>
1.4.2 系統(tǒng)的表示 <br/>
1.5 系統(tǒng)的分類 <br/>
1.5.1 因果與非因果系統(tǒng) <br/>
1.5.2 連續(xù)與離散系統(tǒng) <br/>
1.5.3 有記憶系統(tǒng)與無記憶系統(tǒng) <br/>
1.5.4 時不變系統(tǒng)與時變系統(tǒng) <br/>
1.5.5 線性與非線性系統(tǒng) <br/>
1.5.6 其他的系統(tǒng)分類 <br/>
習(xí)題一 <br/>
第2章 線性時不變系統(tǒng)的時域分析 <br/>
2.1 連續(xù)時間系統(tǒng)的時域分析 <br/>
2.1.1 微分方程的建立 <br/>
2.1.2 微分方程的求解 <br/>
2.1.3 零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng) <br/>
2.2 離散時間系統(tǒng)的時域分析 <br/>
2.2.1 差分方程的建立 <br/>
2.2.2 差分方程的求解 <br/>
2.2.3 零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng) <br/>
2.3 系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)與單位樣值響應(yīng) <br/>
2.3.1 連續(xù)時間系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng) <br/>
2.3.2 離散時間系統(tǒng)的單位樣值響應(yīng) <br/>
2.4 連續(xù)時間LTI系統(tǒng):卷積積分 <br/>
2.4.1 利用卷積積分計算系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng) <br/>
2.4.2 卷積積分的圖解法 <br/>
2.4.3 卷積積分的性質(zhì) <br/>
2.5 離散時間LTI系統(tǒng):卷積和 <br/>
2.5.1 零狀態(tài)響應(yīng):卷積和 <br/>
2.5.2 卷積和的性質(zhì) <br/>
2.5.3 卷積和的計算 <br/>
2.6 系統(tǒng)的特征根及特征模式對系統(tǒng)行為的影響 <br/>
2.6.1 系統(tǒng)行為對特征模式的依賴 <br/>
2.6.2 系統(tǒng)時間常數(shù) <br/>
2.6.3 系統(tǒng)時間常數(shù)與上升時間 <br/>
2.6.4 系統(tǒng)時間常數(shù)與濾波 <br/>
2.6.5 時間常數(shù)與脈沖色散 <br/>
2.6.6 時間常數(shù)與信息傳輸速率 <br/>
2.6.7 諧振現(xiàn)象 <br/>
習(xí)題二 <br/>
第3章 連續(xù)時間信號的頻域分析 <br/>
3.1 任意信號分解為正交函數(shù) <br/>
3.2 周期信號的傅里葉級數(shù) <br/>
3.2.1 三角函數(shù)形式的傅里葉級數(shù) <br/>
3.2.2 指數(shù)函數(shù)形式的傅里葉級數(shù) <br/>
3.2.3 周期信號的頻譜 <br/>
3.2.4 LTI系統(tǒng)對周期信號的響應(yīng) <br/>
3.3 非周期信號的傅里葉變換 <br/>
3.3.1 傅里葉變換的導(dǎo)出 <br/>
3.3.2 常用信號的傅里葉變換 <br/>
3.3.3 傅里葉變換的性質(zhì) <br/>
3.3.4 周期信號的傅里葉變換 <br/>
習(xí)題三 <br/>
第4章 連續(xù)時間信號及系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 <br/>
4.1 拉普拉斯變換 <br/>
4.1.1 從傅里葉變換到拉普拉斯變換 <br/>
4.1.2 收斂域 <br/>
4.1.3 單邊拉普拉斯變換 <br/>
4.1.4 拉普拉斯變換和傅里葉變換的關(guān)系 <br/>
4.1.5 單邊拉普拉斯變換的性質(zhì) <br/>
4.2 單邊拉普拉斯反變換 <br/>
4.2.1 利用拉普拉斯變換性質(zhì)求解 <br/>
4.2.2 部分分式展開法 <br/>
4.3 利用拉普拉斯變換求解LTI系統(tǒng)的響應(yīng) <br/>
4.3.1 微分方程的復(fù)頻域求解 <br/>
4.3.2 電路系統(tǒng)的復(fù)頻域求解 <br/>
4.4 系統(tǒng)函數(shù)分析 <br/>
4.4.1 系統(tǒng)函數(shù) <br/>
4.4.2 系統(tǒng)因果性和穩(wěn)定性分析 <br/>
4.5 系統(tǒng)的圖形表示方法 <br/>
4.5.1 系統(tǒng)框圖 <br/>
4.5.2 信號流圖 <br/>
4.5.3 梅森公式 <br/>
4.5.4 系統(tǒng)模擬 <br/>
習(xí)題四 <br/&g
修訂版前言
\\t 本教材是國防科技大學(xué)國家級信號處理系列課程教學(xué)團(tuán)隊編寫的系列教材之一,也是國家精品課程和國家資源共享課《信號處理與系統(tǒng)》的主教材。《信號分析與處理》自2008年出版以來,已印制3次,被許多高等院校采用。為適應(yīng)信號處理技術(shù)快速發(fā)展,結(jié)合我們自身的教學(xué)實(shí)踐,參考國內(nèi)外優(yōu)秀教材,感到在教材內(nèi)容、表達(dá)方式等方面有充實(shí)完善的必要,因而決定在原教材的基礎(chǔ)上,重新修訂本教材。本教材主要特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個方面:
1.將信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理有機(jī)地融合,構(gòu)造了新的教材體系。采用了兩個并重和兩個基礎(chǔ)的編寫思想,即信號與系統(tǒng)并重,信號、系統(tǒng)分析與信號處理并重;時域分析是變換域分析的基礎(chǔ),信號分析是系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)。只有通過信號分析確定其特性,才能正確選擇和設(shè)計系統(tǒng),對信號進(jìn)行有效的處理。教材體系結(jié)構(gòu)條理清晰、內(nèi)容敘述深入淺出,符合學(xué)習(xí)者的認(rèn)識規(guī)律。
2. 將分析法與歸納綜合法結(jié)合起來,在教材內(nèi)容上體現(xiàn)經(jīng)典與現(xiàn)代、連續(xù)與離散、信號與系統(tǒng)、分析與應(yīng)用的辯證關(guān)系,使學(xué)習(xí)者在對比學(xué)習(xí)中對理論知識加深理解和掌握。例如在內(nèi)容組織上先信號后系統(tǒng)、先連續(xù)后離散、先時域后變換域,先理論后應(yīng)用。全書以第6章為連續(xù)與離散分界,第9章為理論分析與應(yīng)用分界,培養(yǎng)學(xué)習(xí)者運(yùn)用已掌握知識來學(xué)習(xí)、理解和掌握新知識、新方法和新技術(shù)能力。
3.本教材經(jīng)過我們6年多的教學(xué)實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)原教材中有個別錯誤和不夠完善之處,這次都進(jìn)行了一一修訂,例如新增部分習(xí)題與解答、修訂編排有誤的公式,增添應(yīng)用示例等。
本教材將另行出版配套學(xué)習(xí)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,教學(xué)課件和教材中的應(yīng)用案例可從教育部“愛課程”網(wǎng)站作者的課程中直接下載或向作者直接索取。
本次修訂由吳京、丹梅、安成錦、周劍雄等人完成。
由于編者水平有限,難免會有錯誤和不妥之處,歡迎廣大讀者批評指正。
編者者
2014年6月
\\t前 言
\\t 《信號分析與處理》主要介紹信號的基本概念及信號分析與處理的基本方法。內(nèi)容包括信號的基本概念和基本運(yùn)算、連續(xù)和離散時間傅里葉變換、離散傅里葉變換及其快速算法、拉普拉斯變換、z變換,并對連續(xù)時間和離散時間系統(tǒng)及其分析方法、模擬和數(shù)字濾波器
的基本原理及其設(shè)計進(jìn)行了簡單介紹。
本書強(qiáng)調(diào)了信號、系統(tǒng)、變換和濾波器的基本原理及應(yīng)用。它涉及全面了解時域和頻域關(guān)系的重要概念。目標(biāo)是使學(xué)生能夠?qū)r域和頻域知識進(jìn)行清楚的思考,并能在兩者中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。全書采用了理論推導(dǎo)和應(yīng)用分析相結(jié)合的方法,著重讓讀者掌握信號分析與處理的基本原理、分析和處理方法;配以一定量的習(xí)題和實(shí)驗(yàn),通過讓學(xué)生對實(shí)際的信號和系統(tǒng)進(jìn)行變換域分析,訓(xùn)練學(xué)生解決實(shí)際問題的能力;通過介紹一些最新的信號處理方法,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已掌握的信號處理知識來學(xué)習(xí)、理解和掌握新方法與新技術(shù)的能力。
全書突出了模擬和數(shù)字信號方面的聯(lián)系。書中內(nèi)容可以分成以下幾個大的范圍:
(1) 信號與系統(tǒng)的介紹,它們的表示方法和分類。
(2) 卷積積分法和卷積和法是一種時域分析方法,可用來把時域和頻域聯(lián)系起來。
(3) 傅里葉級數(shù)、傅里葉變換及其應(yīng)用。用來對模擬信號進(jìn)行頻譜分析。
(4) 拉普拉斯變換及其應(yīng)用。它是處理系統(tǒng)分析及其應(yīng)用的有效工具。
(5) 傅里葉變換和拉普拉斯變換在模擬濾波器設(shè)計中的應(yīng)用。
(6) 采樣和采樣信號的離散時間傅里葉變換(DTFT)以及DFT和FFT,它們都強(qiáng)調(diào)了一個中心概念,就是在一個域的采樣導(dǎo)致了在另一個域的周期延拓。
(7) z變換。把DTFT擴(kuò)展到離散時間系統(tǒng)的分析。
(8) IIR、FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計與應(yīng)用。
本書分為11章和1個附錄。第1章:從信號的分類入手,介紹了常用的連續(xù)時間信號和離
散時間信號,并討論了信號的運(yùn)算和卷積運(yùn)算;第2章:線性時不變系統(tǒng)的時域分析;第
3章:連續(xù)時間信號的頻域分析;第4章:連續(xù)時間信號及系統(tǒng)的復(fù)頻域分析;
第5章:連續(xù)時間濾波器,主要討論模擬濾波器的原理和設(shè)計方法;第6章:抽樣,從連續(xù)到離散的過渡;第7章:離散時間信號的頻域分析;第8章:離散LTI系統(tǒng)的 z域分析;第9章:離散傅里葉變換;第10章:快速傅里葉變換;第11章:數(shù)字濾波器設(shè)計,主要討論數(shù)字濾波器的原理和設(shè)計方法。
本書的第1章、第2章、第3章、第7章由吳京編寫,前言、緒論、11.3節(jié)由萬建偉編寫,第9章、第10章、11.1節(jié)、11.2節(jié)由王展編寫,第4章、第8章由丹梅編寫,第5章、第6章由張漢華編寫,附錄、參考答案、參考文獻(xiàn)由陶華敏編寫與整理。吳京負(fù)責(zé)全書的組織和修改。感謝馮德軍、楊鵬、彭金龍、許可、何元為本書的文字錄入、繪圖、排版等所做的工作。
本書在編寫過程中參考了很多優(yōu)秀教材和著作。編者向收錄于參考文獻(xiàn)中的各位作者表示真誠的謝意。
限于作者的水平,不妥及錯誤之處在所難免,懇切希望讀者給予批評指正。
編著者
2008年5月于長沙