《信号与系统》主要介绍了信号与线性时不变系统的分析方法。
《信号与系统》共8章,内容包括:信号与系统的基本概念、连续系统的时域分析、傅里叶变换、傅里叶变换的应用、连续系统的复频域分析、离散系统的时域分析、离散系统的变换域分析以及系统的状态变量分析。每章的内容包括讲述基本原理、分析方法和实践应用(利用MATLAB软件仿真)。
《信号与系统》内容系统,重点突出,抽象概念和MATLAB仿真相结合,数学推导和信号波形相结合,便于学生理解教学内容。纸质内容与数字化资源一体化设计。数字化资源涵盖各知识点讲解视频,与纸质内容紧密配合。
《信号与系统》可作为应用型高等院校通信工程、电子信息工程、电子科学与技术、物联网工程等相关专业本科生的教材,也可作为信息与通信工程、电子科学与技术等专业的研究生及有关科研人员的参考书。
“信号与系统”课程是电子信息类、自动化类和计算机类等专业一门重要的专业基础课,不仅在内容上与“数字信号处理”课程紧密相关,而且将直接影响“通信原理”“自动控制原理”等后续课程的学习。该课程的主要内容有:连续信号、离散信号及线性时不变系统的分析方法,具有理论抽象、内容繁多及工程性强等特点。通过本课程的学习,学生应理解傅里叶变换、拉普拉斯变换及z变换等理论,并能够利用所学知识来分析和解决工程实际问题。
为了彰显“以学生为中心”的新教育理念,编者结合多年对信号与系统课程开展混合式教学的经验积累,特编写了本新形态教材,通过扫描二维码可以浏览各知识点讲解视频。为了便于开展混合式教学,编者还在智慧树平台上建设了本教材所配套的在线开放课程,并已经运行了四轮以上。这次编写,编者重点加强的有以下几个方面。
1.突出重点,简明易懂。本教材内容上进行了重构与优化,重点讲述与电子信息类专业相关的知识,减少了“信号的矢量空间分析”等内容,“离散傅里叶变换”等内容调整到“数字信号处理”课程里讲解。具体内容包括:第1章,信号与系统的基本概念;第2章,连续系统的时域分析;第3章,傅里叶变换;第4章,傅里叶变换的应用;第5章,连续系统的复频域分析;第6章,离散系统的时域分析;第7章,离散系统的变换域分析;第8章,系统的状态变量分析。其中标注了“*”号的内容可以作为扩展内容。
2.循序渐进,尊重规律。信号与系统的理论涉及较多的数学知识,这成为初学者学习的难点。要力求感性入手,定性说明,充分解释数学结果的物理含义。注意先感性后理性,先简单后复杂,由浅入深,循序渐进,以期起到以小知大、以简知繁的作用。教学中要简化推导过程,适当淡化数学分析,突出系统处理的思想。重点讲述最基本、最精华、最实用的知识,让学生重在理解和应用。
3.联系实际,注重应用。理论固重要,应用更可贵。学以致用,是古往今来教育的根本目的。理论只有和工程应用相结合,才能达到学习的根本目的。本教材针对性地进行了“仿真实现”和“应用举例”,应用中还结合MATLAB软件进行分析和设计,力求提高学习效率,培养工程素养。
4.启发诱导,激发兴趣。如何调动学生的学习兴趣、积极性和主动性,是在教学实践中要认真考虑的问题。本教材试图引导学生去思考科学概念中所体现的科学精神和科学方法,激发学习的内生动力。让学生把知识学活,学了会用。真正理解信号、信号处理和系统的基本概念,理解信号处理和传输的基本过程,提高解决实际问题的能力。
本教材可作为电子信息工程、通信工程、自动化、电子科学与技术、计算机科学与技术、物联网工程、测控技术与仪器、机械电子工程等专业本科生“信号与系统”课程的教材。
本教材由湖南工学院贾雅琼博士主编,李欣、任永梅、王秋燕、周雪婷、胡小娣编著。特别感谢李祖林教授、俞斌副教授审阅了本教材,并提出了许多宝贵意见。高等教育出版社的策划、责编及有关同志与编者愉快合作,使得本教材得以顺利成稿,编者在此一并表示衷心的感谢。
当前,高等教育改革的大潮风起云涌。高校的教育教学要进一步转变观念,做到四个“回归”:一是回归常识,二是回归本分,三是回归初心,四是回归梦想。本科教学工程改革,更应把反思教育目标、重塑课程模块体系,改进教学方法、发展批判性思维,回归工程本质、解决工程实践问题三个方面作为核心。希望本教材对地方高校建设一流应用型专业起到积极作用。
第1章 信号与系统的基本概念
1.1 信号的描述及分类
1.1.1 信号的描述
1.1.2 信号的分类
1.2 典型信号及其特性
1.2.1 门信号
1.2.2 取样信号
1.2.3 单位阶跃信号
1.2.4 单位冲激信号
1.2.5 冲激偶信号
1.3 信号的波形变换
1.3.1 信号的时移
1.3.2 信号的反褶
1.3.3 信号的尺度变换
1.4 信号的运算
1.4.1 信号的相加或相乘
1.4.2 信号的微分
1.4.3 信号的积分
1.5 系统的描述及分类
1.5.1 系统的定义
1.5.2 系统模型的描述
1.5.3 系统的分类
1.6 基本信号及其运算的MATLAB仿真
1.6.1 连续信号的MATLAB表示
1.6.2 信号波形变换的MATLAB仿真
1.6.3 信号运算的MATLAB仿真
习题1
第2章 连续系统的时域分析
2.1 连续系统的描述
2.1.1 系统数学模型(微分方程)的建立
2.1.2 连续系统的算子表示
2.2 冲激函数匹配法
2.2.1 基本概念
2.2.2 冲激函数匹配法
2.3 线性系统的响应
2.4 卷积及其性质
2.4.1 卷积积分的定义及性质
2.4.2 卷积积分的图解法
2.5 连续系统时域分析的MATLAB仿真
2.5.1 连续系统时域分析的MATLAB函数
2.5.2 连续系统时域分析的MATLAB仿真应用
习题2
第3章 傅里叶变换
3.1 引言
3.2 周期信号的傅里叶级数
3.2.1 三角形式的傅里叶级数
3.2.2 指数形式的傅里叶级数
3.2.3 两种傅里叶级数之间的关系
3.3 非周期信号的傅里叶变换
3.3.1 傅里叶级数到傅里叶变换
3.3.2 常见傅里叶变换对
3.3.3 傅里叶变换的性质
3.4 周期信号的傅里叶变换
3.5 连续系统频域分析的MATLAB仿真
习题3
……
第4章 傅里叶变换的应用
第5章 连续系统的复频域分析
第6章 离散系统的时域分析
第7章 离散系统的变换域分析
第8章 系统的状态变量分析
部分习题参考答案
参考文献