信号与系统分析PDF电子书下载

目录 1

前言 1

第1章 信号与系统基本概念 1

1.1 引言 1

1.2 信号的分类 2

1.2.1 确定性信号与随机信号 2

1.2.2 连续时间信号与离散时间信号 2

1.2.3 周期信号与非周期信号 3

1.2.4 能量信号与功率信号 4

1.3 典型信号与奇异信号 4

1.3.1 典型连续信号 4

1.3.2 奇异信号 6

1.3.3 典型离散信号 11

1.4 信号的基本运算 13

1.5 用Matlab实现信号的描述及变换 16

1.6 系统的描述 19

1.6.1 系统模型 19

1.6.2 系统的互联 21

1.7 系统的分类与性质 22

1.7.1 系统的可逆性与逆系统 22

1.7.2 即时系统与动态系统 22

1.7.3 时不变系统与时变系统 22

1.7.4线性系统与非线性系统 23

1.7.6 系统的稳定性 24

1.7.7 因果系统与非因果系统 24

1.7.5 增量线性系统 24

1.8 习题 25

第2章 线性时不变系统的时域分析 30

2.1 引言 30

2.2 连续时间系统微分方程的建立与求解 30

2.2.1 微分方程的经典解 30

2.2.2 0＋与0-初始条件的确定 35

2.2.3 零输入响应与零状态响应 36

2.3 离散时间系统差分方程的建立及求解 37

2.3.1 差分方程的建立 37

2.3.2 差分方程的求解 39

2.4.1 连续时问系统的单位冲激响应 43

2.4 单位冲激响应与单位样值响应 43

2.4.2 离散时间系统的单位样值响应 45

2.4.3 用Matlab实现系统的冲激响应和阶跃响应 47

2.5 卷积积分 49

2.5.1 卷积积分的定义 49

2.5.2 卷积积分的图解 50

2.5.3 卷积的性质 52

2.6 离散时间系统的卷积和 55

2.6.1 卷积和的定义 55

2.6.2 卷积和的计算 56

2.6.3 离散时间序列卷积的Matlab实现 59

2.7 用算子符号表示系统微分方程 60

2.8 习题 62

3.2 信号的正交分解 69

3.2.1 正交函数 69

3.1 引言 69

第3章 连续时间信号的傅里叶分析 69

3.2.2 正交函数集 71

3.3 周期信号的傅里叶级数 73

3.3.1 三角形式的傅里叶级数 73

3.3.2 复指数形式的傅里叶级数 76

3.3.3 周期信号的对称性与傅里叶系数的关系 79

3.3.4 傅里叶有限项级数 82

3.4 非周期信号的傅里叶变换 83

3.5 常见非周期信号的傅里叶变换 85

3.5.1 典型非周期信号的傅里叶变换 85

3.5.2 奇异信号的傅里叶变换 89

3.5.3 用Matlab求信号的傅里叶变换 92

3.6 傅里叶变换的性质 95

3.6.1 线性 96

3.6.2 奇偶虚实性 96

3.6.3 对称性 97

3.6.4 尺度变换特性 98

3.6.5 时移特性 99

3.6.6 频移特性 102

3.6.7 时域微分特性 104

3.6.8 时域积分特性 106

3.6.9 频域微分特性 107

3.6.10 卷积定理 108

3.6.11 能量谱和功率谱 110

3.7 周期信号的傅里叶变换 112

3.8 抽样信号的傅里叶变换 115

3.8.1 时域抽样信号及其频谱 116

3.8.2 频域抽样 118

3.9 抽样定理 119

3.9.1 时域抽样定理 120

3.9.2 频域抽样定理 122

3.10 习题 122

第4章 傅里叶变换在系统分析中的应用 131

4.1 引言 131

4.2 线性时不变系统的频率响应 131

4.3 系统的无失真传输 133

4.4 理想低通滤波器 135

4.4.1 理想低通滤波器及其冲激响应 135

4.4.2 理想低通滤波器的阶跃响应 137

4.4.3 理想低通滤波器对矩形脉冲的响应 139

4.5.1 佩利-维纳准则 140

4.5 物理可实现滤波器频率响应的约束条件 140

4.5.2 希尔伯特变换 141

4.6 典型模拟滤波器 142

4.6.1 巴特沃兹滤波器的频率响应 142

4.6.2 切比雪夫滤波器的频率响应 145

4.7 调制与解调 146

4.7.1 双边带幅度调制（DSB）与解调 147

4.7.2 幅度调制（AM）与解调 148

4.7.3 单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB） 150

4.7.4 用Matlab实现信号的调制 152

4.8 零阶保持抽样 153

4.9 脉冲幅度调制（PAM）和脉冲编码调制（PCM） 154

4.9.1 脉冲幅度调制（PAM） 154

4.9.2 脉冲编码调制（PCM） 155

4.10.1 频分多路复用（FDM） 156

4.10 频分多路复用和时分多路复用 156

4.10.2 时分多路复用（TDM） 157

4.11 习题 158

第5章 连续时间系统的复频域分析 164

5.1 引言 164

5.2 拉普拉斯变换 164

5.2.1 从傅里叶变换到拉普拉斯变换 164

5.2.2 拉普拉斯变换的收敛域 166

5.2.3 用Matlab求解单边拉普拉斯变换 169

5.3 常见信号的拉普拉斯变换 170

5.4.1 线性 173

5.4.2 尺度变换特性 173

5.4 拉普拉斯变换的性质 173

5.4.3 时移特性 174

5.4.4 复频移特性 175

5.4.5 时域微分特性 176

5.4.6 时域积分特性 177

5.4.7 复频域微积分特性 178

5.4.8 卷积定理 179

5.4.9 初值定理和终值定理 180

5.5 单边拉普拉斯逆变换 183

5.5.1 部分分式展开法 183

5.5.2 留数法 188

5.5.3 用Matlab实现拉氏逆变换 190

5.6 线性系统的复频域分析 191

5.6.1 微分方程的变换解 192

5.6.2 系统函数 193

5.6.3 电路系统变换域分析 194

5.6.4 系统的框图 198

5.6.5 用Matlab实现系统复频域分析 201

5.7 双边拉普拉斯变换 203

5.7.1 双边拉普拉斯变换的定义 203

5.7.2 双边拉普拉斯变换的计算 203

5.7.3 双边拉普拉斯逆变换 205

5.7.4 单边拉普拉斯变换与双边拉普拉斯变换的比较 206

5.8 拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系 207

5.9 习题 208

6.2 z变换的定义及其收敛域 213

6.2.1 z变换的定义 213

6.1 引言 213

第6章 z变换及离散时间系统的z域分析 213

6.2.2 z变换的收敛域 215

6.2.3 用Matlab求解单边z变换 217

6.3 典型序列的z变换 217

6.4 z变换基本性质 220

6.4.1 线性特性 220

6.4.2 移序特性 220

6.4.3 尺度变换 222

6.4.4 z域微分 223

6.4.5 z域积分（序列除n＋m） 223

6.4.6 时间反转 224

6.4.7 时域卷积 225

6.4.8 z域卷积（序列相乘） 225

6.4.9 初值和终值定理 226

6.5 z逆变换 227

6.5.1 幂级数展开法 228

6.5.2 部分分式展开法 228

6.5.3 留数法 232

6.5.4 用Matlab实现z逆变换 235

6.6 离散系统z域分析 237

6.6.1 差分方程的变换解 237

6.6.2 离散系统的系统函数 239

6.6.3 极点的分布与响应之间关系 240

6.6.4 离散系统的框图 240

6.6.5 用Matlab实现系统z域分析 244

6.7 z变换与拉氏变换的关系 246

6.8 离散时间傅里叶变换与z变换的关系 247

6.8.1 离散时间傅里叶变换（DTFT）的定义 247

6.8.2 离散时间傅里叶变换与z变换的关系 248

6.9 习题 250

第7章 系统分析初步 255

7.1 引言 255

7.2 系统函数与系统特性 255

7.2.1 系统函数的零极点分布与时域响应 256

7.2.2 系统函数的零极点分布与频率响应特性 258

7.2.3 全通函数与最小相移函数的零极点分布 262

7.2.4 用Matlab分析连续系统的系统特性 263

7.3 系统的稳定性 266

7.3.1 系统的因果性 266

7.3.2 系统的稳定性 266

7.3.3 系统的稳定性准则 268

7.3.4 用Matlab分析系统的稳定性 273

7.4 系统频率特性分析 274

7.4.1 典型环节的频率特性 275

7.4.2 用频域特性分析系统 282

7.4.3 用Matlab分析系统频域特性 283

7.5 习题 285

第8章 系统的状态变量分析 290

8.1 引言 290

8.2 状态方程的建立 290

8.2.1 连续时间系统状态方程的建立 292

8.2.2 离散时间系统状态方程的建立 301

8.3 状态方程的求解 303

8.3.1 连续时间系统状态方程的时域解 303

8.3.2 连续时间系统状态方程的复频域解 310

8.3.3 离散时间系统状态方程的时域解 311

8.3.4 离散时间系统状态方程的z域解 313

8.3.5 用Matlab求解状态方程描述下系统的响应 316

8.4 系统的可控制性与可观测性 317

8.4.1 系统的可控制性 317

8.4.2 系统的可观测性 318

8.4.3 用Matlab求解系统的可控制性与可观测性 320

8.5 分析模型间的转换 320

8.5.1 状态方程与系统函数间的转换 320

8.5.2 用Matlab进行分析模型间的转换 321

8.6 习题 323

附录 329

附录A 常用信号的傅里叶变换 329

附录B 部分习题答案 331

参考文献 344