信号与系统_许淑芳_9787302450979

信号与系统

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丛书名：电子信息学科基础课程系列教材

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本书深入系统地阐述信号与系统的基本理论和分析方法。全书共10章,内容包括信号与系统的一般概念,连续时间信号与系统的时域分析、频域分析、复频域分析,连续时间信号的采样,离散时间信号与系统的时域分析、z 域分析、频域分析,以及系统的状态空间分析。全书突出信号与系统的基本概念、分析方法以及知识脉络。大量的例题着重于强化概念、分析思路。每章开篇的引言和结尾的结语形成本课程的整体知识框架,穿插于内容中的问题思考、深入分析、提示、诀窍等能帮助读者更好地理解并掌握相关知识,增加可读性。本书可作为电子信息类、自动化类、电气类以及计算机类等专业信号与系统课程的本科生教材，也可作为相关专业信号与系统课程的研究生入学考试复习参考书，或从事相关领域工作的科技人员的基础理论参考书。与本书配套的学习辅导书《信号与系统学习及解题指导》已由清华大学出版社出版，后续即将出版《信号处理实验及应用（MATLAB、C/C 版）》。另外，制作了多媒体电子教案和信号与系统电子课堂教学网站，形成立体化的教材建设。

前言
信号与系统是电子信息类、自动化类、电气类以及计算机类等专业的一门非常重要的专业基础课程。多年前美国麻省理工学院（MIT）做过一次关于大学课程的调查，时间跨度几十年，结果发现有些课程从有到无，有些课程从无到有，只有少数课程的内容变化很小，信号与系统是其中的一门。为什么呢？原因是，信号与系统是用数学的方法分析解决物理问题，分析方法既严谨又有效。而且信号与系统所涉及的理论又是很多专业领域的基础，尤其在信息高度发展的今天，通信、网络、信息处理等进入到前所未有的发展阶段，其中涉及的基本原理很多是信号与系统课程中的。作为后续专业课的基础，信号与系统在通信、电子信息、生物医学、电气工程、运输物流、工程机械、声学、地震学、化学过程控制、社会经济等诸多领域都有着广泛的应用。
作为一门理论课程，信号与系统涉及了大量的公式。因此，一些学生在学习过程中，习惯于将信号与系统作为数学来学，除了演算似乎并不能深刻理解信号与系统到底是一门怎样的课程。本书尽量从物理概念的角度来剖析这门课程，对一些基本原理、基本分析方法给出适当的物理解释，力图引导读者深入理解信号与系统这门课程的知识内涵。虽然信号与系统是一门比较难的课程，但是也是一门系统性很强的课程，有其特有的分析方法和清晰的知识脉络。这是本书编写的出发点及核心宗旨。本书每章开篇有引言，结尾有结语，将信号与系统的知识内容串接起来，引导读者建立分析思路，理清知识脉络；穿插于中间的问题思考、深层分析、提示等能帮助读者深入思考，理解并掌握问题的核心内容。本书从大的知识框架入手，着重知识体系和分析理论的建立，强化知识架构、基本概念以及分析方法。书中大量的图表使得抽象的理论形象化，精心编写的例题有助于概念的理解和分析方法的掌握，而一些分析问题的诀窍可以大大简化繁琐的演算，形成傻瓜解法。本书的知识内容相对较广，有一定的深度，但在知识阐述上，尽量深入浅出、化繁为简，将抽象的难以理解的理论简单化。书中理论结合实际的一些案例，以及一些生活化的语言使得阅读不再枯燥。全书共10章，遵循先时域连续后时域离散的顺序。连续时间信号与系统有着明确的物理概念，因此，易于理解和接受，这部分重点在于理解概念并建立分析方法；而离散时间信号与系统的分析方法与连续时间信号与系统的分析方法有着并行的相似性，在建立了基本的分析理论后重在后续的数字化处理。前5章是连续时间信号与系统的分析，着重理解概念、建立分析方法和分析思路。第1章信号与系统的一般概念，主要是对信号与系统的整体有一个大致的了解；第2章是连续时间信号与系统的时域分析，由于时域是真实的物理世界，因此，强化概念的建立和理解，而弱化具体实际系统的求解，因为最简捷的求解方法在变换域。第3章和第4章是连续时间信号与系统的频域分析，由于频率是物理量，因此，频域分析有物理意义，即信号的频谱和系统的频率响应，正因为此，傅里叶分析具有非同寻常的工程意义，被广泛应用。第5章是连续时间信号与系统的拉普拉斯分析，本章主要建立s域的分析方法，拉普拉斯变换作为工具求解电路和微分方程异常简单，同时通过系统函数或零极点分析系统。实际上，到第5章，信号与系统的端口分析方法基本建立完毕。第6章是连续时间信号的抽样，解决为什么可以用数字处理的手段来处理连续时间信号与系统的问题。经过采样，连续时间信号变成离散时间信号。第7章、第8章、第9章分别是离散时间信号与系统的时域分析、z域分析和频域分析，离散时间信号与系统的分析方法在很多方面与连续时间信号与系统的分析方法有着并行的相似性，这为理解离散时间信号与系统提供了简便的分析途径。信号与系统的课程内容是信号与系统的分析。信号分析主要是信号的分解和变换，描述方法有数学表达式和图形描述，不论在时域、频域，还是复频域，都可以写出数学表达式，也可以画出相应的图形，例如，信号的时域函数表达式以及相应的波形，或者频域的频谱函数及其频谱图，等等。系统分析方法包括端口分析和状态空间分析。前9章是系统的端口分析，用数学模型（微分方程或差分方程）、物理模型（框图）以及表征函数（系统函数和单位冲激响应）来描述系统，在时域和变换域进行分析，适于线性定常系统、单输入单输出（SISO）系统。第10章是系统的状态空间分析，其物理模型是流图，数学模型是状态方程和输出方程，相当于把黑匣子打开，分析系统内部的状态，适于分析多输入多输出（MIMO）系统、非线性、时变系统，可以对状态变量进行观测和控制，是系统的完全描述。作为端口分析方法中的系统函数依然可以作为状态空间分析的一个系统表征，分析系统的一些特性，但是由它来描述系统有时是不完全的。本书适合学时为48~72学时，学时少的可以只讲前8章的基本概念和基本分析方法，对于加注*的章节内容可根据实际需要酌情省略。
与本书配套的有《信号与系统学习及解题指导》（已由清华大学出版社出版），以及后续的《信号处理实验及应用》。另外，结合本教材，制作了多媒体电子教案，从而形成信号与系统的立体化教材，便于读者学习和参考。当今信息技术的发展，移动互联以及创新模式的不断涌现，教学环境也在悄悄发生着变化，自主、自由地学习也许在不远的将来会成为主流，网络课堂、慕课（MOOC）等也许更加顺应时代的要求。本书的阐述方式以及内容架构为的是增加可读性和易于理解并引导思考问题，便于读者开放式的学习。由于时间仓促和水平有限，疏漏或不妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

作者2016年12月于北京

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