信号处理与系统分析

信号与系统是许多专业的必修基础课程，该课程能够让学生建立起信号分析与处理，以及系统分析与处理的基本知识架构，具备信号处理和系统分析的初步能力。随着新的专业培养方案出台，本科阶段总体学时数呈下降趋势，但对能力的要求在不断提高，特别是对学生应用基础知识解决工程实际问题的能力有更高的要求。本书的出版正是在这一背景下，结合大学课程体系改革，围绕在有限学习时间内达到掌握知识、具备技能的总体目标，打通了基础知识和实际应用间的间隙，删减了不必要的理论推演环节，结合领域发展的最新前沿和动态，增强了知识的可用性，同时注重培养学生解决工程实际问题的能力。本书适用于测控技术与仪器类和电子信息类理工科专业的本科生教学。

高等院校教师

目录 前言 第1章信号与系统基本概念 1.1引言 1.2信号的描述和分类 1.2.1信号的描述 1.2.2信号的分类 1.3典型信号 1.4信号的变换与运算 1.4.1信号的变换 1.4.2信号的运算 1.5奇异信号 1.5.1单位斜变信号 1.5.2单位阶跃信号 1.5.3单位冲激信号 1.5.4冲激偶信号 1.6信号的分解 1.6.1直流分量与交流分量 1.6.2偶分量与奇分量 1.6.3脉冲分量 1.6.4实部分量与虚部分量 1.6.5正交函数分量 1.6.6利用分形理论描述信号 1.7系统模型及其分类 1.7.1系统模型的概念及作用 1.7.2系统的分类 1.8线性时不变系统的特性分析 习题 第2章连续时间系统时域分析 2.1引言 2.2连续时间系统的描述 2.2.1系统的数学模型 2.2.2系统的框图表示 2.3微分方程的建立与求解 2.3.1系统的数学模型（微分方程）建立 2.3.2用时域经典法求解微分方程 2.3.3电路系统初始边界条件确定 2.4零输入响应与零状态响应 2.5连续系统的冲激响应与阶跃响应 2.5.1连续系统的单位冲激响应 2.5.2连续系统的单位阶跃响应 2.6卷积及其性质 2.6.1从信号分解角度导出卷积 2.6.2从信号响应合成角度导出卷积 2.6.3卷积积分限的确定 2.6.4卷积的图形演示 2.6.5卷积的代数运算 2.6.6卷积的典型运算 习题 第3章连续信号频域分析 3.1引言 3.2周期信号的傅里叶级数分析 3.2.1周期信号的三角函数傅里叶级数展开 3.2.2周期信号的三角函数傅里叶级数展开的简化 3.2.3周期信号傅里叶级数展开的复指数表达形式 3.2.4周期信号的频域分析 3.2.5有限项级数表示傅里叶级数 3.3典型周期信号的傅里叶级数 3.4傅里叶变换 3.4.1傅里叶变换的由来 3.4.2傅里叶变换中蕴含的工程物理意义 3.5典型非周期信号的傅里叶变换 3.6傅里叶变换的性质 3.7帕塞瓦尔定理 3.8时域卷积定理和频域卷积定理 3.9周期信号的傅里叶变换 3.9.1一般周期信号的傅里叶变换 3.9.2典型周期信号的傅里叶变换 3.10信号离散化原理与抽样定理 3.10.1信号离散化原理 3.10.2时域抽样定理 3.11信号的幅值调制与解调原理 3.12相关系数与相关函数 3.12.1相关系数和相关函数的定义 3.12.2相关函数的应用 3.12.3相关函数与卷积的关系 3.12.4相关定理 3.13信号的能量谱和功率谱 3.13.1能量谱 3.13.2功率谱 3.13.3信号的功率谱函数与自相关函数的关系 习题 第4章连续时间系统频域分析 4.1引言 4.2系统频率响应函数概念 4.2.1直接定义系统频率函数 4.2.2由微分方程求系统频率响应函数 4.2.3由系统的冲激响应h（t）求系统频率响应函数 4.2.4由特定激励求系统频率响应函数 4.3周期信号的稳态响应 4.3.1正（余）弦信号的响应 4.3.2其他周期信号的响应 4.4非周期信号响应 4.5系统无失真传输条件 4.6理想低通滤波器 4.6.1理想低通的频域特性 4.6.2理想低通滤波器的冲激响应 4.6.3理想低通滤波器的阶跃响应 4.6.4理想低通滤波器的矩形脉冲响应 4.7物理可实现系统 4.7.1系统的物理可实现性 4.7.2佩利-维纳准则 4.8激励和响应的能量谱（功率谱）和自相关 4.8.1能量谱和功率谱 4.8.2激励和响应的自相关 习题 第5章连续时间信号与系统复频域分析 5.1引言 5.2拉普拉斯变换 5.2.1频域分析的局限性 5.2.2拉普拉斯变换的由来 5.2.3拉普拉斯变换的收敛域 5.2.4拉普拉斯变换的基本性质 5.3拉普拉斯逆变换 5.3.1部分分式展开法 5.3.2留数法（围线积分法） 5.4复频域系统函数 5.4.1系统函数定义 5.4.2系统函数求法 5.5系统函数零、极点分布分析 5.5.1系统函数零、极点表达及零、极点图 5.5.2系统函数零、极点与系统单位冲激响应 5.5.3系统稳定性分析 5.5.4系统函数零、极点分布决定频率响应 5.6拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系 习题 第6章离散时间信号与系统的时域分析 6.1引言 6.2离散时间序列 6.2.1典型序列 6.2.2序列的周期性 6.2.3序列的运算法则 6.3离散时间系统基本概念及特性 6.3.1线性时不变离散时间系统 6.3.2因果系统 6.3.3稳定系统 6.4离散时间系统的数学模型——差分方程 6.4.1离散时间系统差分方程建立 6.4.2差分方程的框图表示 6.5常系数线性差分方程的求解 6.5.1迭代法 6.5.2时域经典法 6.6离散时间系统的单位样值（单位冲激）响应 6.6.1单位样值响应 6.6.2单位样值响应的计算 6.6.3单位样值响应的应用 6.7序列卷积求响应 6.7.1序列卷积和的定义 6.7.2卷积性质在求响应中的应用 6.7.3卷积的求解 习题 第7章序列z变换及离散时间系统的复频域分析 7.1z变换的来历及定义 7.2z变换的表达方式及其收敛域 7.2.1z变换的表达方式 7.2.2z变换的收敛域 7.2.3典型序列的z变换 7.3逆z变换 7.3.1幂级数展开法（长除法） 7.3.2部分分式展开法 7.4z变换的基本性质 7.5z变换与拉普拉斯变换的关系 7.5.1z平面与s平面的映射关系 7.5.2z平面与s平面的转换关系 7.6利用z变换解差分方程 7.7离散系统的系统函数及离散系统特性分析 7.7.1离散系统函数定义 7.7.2系统函数的零、极点分布对系统特性的影响 7.7.3离散时间系统的稳定性和因果性 7.8离散时间系统的频率响应 7.8.1离散系统频率响应的意义 7.8.2频率响应特性的定性分析 习题 第8章离散时间信号与系统频域分析 8.1连续与离散时间信号频谱特点 8.2离散周期序列的傅里叶级数 8.3离散非周期序列的傅里叶变换 8.3.1离散时间傅里叶变换 8.3.2常用信号的离散时间傅里叶变换 8.3.3周期序列的离散时间傅里叶变换 8.3.4离散傅里叶变换 8.4离散傅里叶变换的性质 8.4.1线性性质 8.4.2时移特性 8.4.3频移特性 8.4.4时域循环卷积（时域圆卷积）特性 8.4.5频域循环卷积（频域圆卷积）特性 8.4.6对偶性 8.4.7帕塞瓦尔定理 8.5快速傅里叶变换（FFT） 8.5.1由定义直接计算DFT 8.5.2时域抽取法基2FFT算法 8.6信号频谱分析 8.7离散系统的频域分析 8.7.1基本信号激励下系统的零状态响应 8.7.2一般信号激励下系统的零状态响应 习题 第9章无限脉冲响应数字滤波器的设计 9.1数字滤波器的基本概念 9.2数字滤波器的分类 9.3数字滤波器的技术指标 9.4数字滤波器的实现途径及结构 9.4.1直接构成法 9.4.2间接构成法 9.5数字滤波器设计方法概述 9.6模拟滤波器的设计 9.6.1模拟低通滤波器的设计指标及逼近方法 9.6.2巴特沃思低通滤波器的设计 9.6.3切比雪夫低通滤波器的设计 9.7频率变换与模拟高通、带通、带阻滤波器的设计 9.7.1模拟高通滤波器设计 9.7.2低通到带通的频率变换 9.7.3低通到带阻的频率变换 9.8用脉冲响应不变法设计IIR数字低通滤波器 9.9用双线性变换法设计IIR数字低通滤波器 9.10数字高通、带通和带阻滤波器的设计 习题 第10章有限脉冲响应数字滤波器设计 10.1线性相位FIR数字滤波器的约束条件 10.2傅里叶级数法设计FIR数字滤波器 10.2.1傅里叶级数法（窗函数法）设计原理 10.2.2傅里叶级数法（窗函数法）设计FIR滤波器举例 10.2.3窗函数法的MATLAB设计函数简介 10.3利用频域采样法设计FIR数字滤波器 10.4IIR和FIR数字滤波器的比较 习题 附录 附录A卷积表 附录B拉普拉斯变换表 附录C逆z变换表 附录D巴特沃思归一化低通滤波器参数表 参考文献