“信號與系統(tǒng)”是電子信息類專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程之一，本教材介紹信號和系統(tǒng)的基本概念、連續(xù)和離散時(shí)間信號通過線性時(shí)不變系統(tǒng)的分析方法，涉及了連續(xù)時(shí)間信號與系統(tǒng)的時(shí)域分析、頻域分析和復(fù)頻域分析方法，以及離散時(shí)間信號與系統(tǒng)的時(shí)域分析、頻域分析和z域分析方法，同時(shí)，本教材簡要介紹系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析方法�！靶盘柵c系統(tǒng)”課程是數(shù)字信號處理、通信原理、數(shù)字圖像處理、自動(dòng)控制原理等相關(guān)課程的基礎(chǔ)�！靶盘柵c系統(tǒng)分析”理論在過去幾十年中發(fā)展迅速，新理論和方法不斷涌現(xiàn)，其應(yīng)用涉及通信、航空、電路設(shè)計(jì)、聲學(xué)、地震學(xué)、生物工程、語音信號處理、圖像處理、模式識別等領(lǐng)域。
筆者在結(jié)合教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對原教材的內(nèi)容進(jìn)行了全面修訂，對教材內(nèi)容進(jìn)行重新編排與整合。其次，筆者所在團(tuán)隊(duì)在原教材和相關(guān)教學(xué)改革論文中提出的系統(tǒng)分析新方法，將在本書中作為獨(dú)立的一章呈現(xiàn)，該章內(nèi)容以因果微分定理、因果移序定理為核心，分別介紹在連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)和離散時(shí)間系統(tǒng)分析中的應(yīng)用方法，將整個(gè)理論體系統(tǒng)一于完整框架下。此外，筆者對原教材部分習(xí)題進(jìn)行修訂，特別地，加入了基于MATLAB的部分習(xí)題。
除上述外，考慮目前本校“信號與系統(tǒng)”課程為48學(xué)時(shí)，同時(shí)為與數(shù)字信號處理課程教學(xué)進(jìn)行銜接，因此在編寫過程中做了以下處理： 將離散時(shí)間傅里葉變換部分進(jìn)行簡化及刪減； 第1章和第2章采用連續(xù)與離散信號和系統(tǒng)并行的模式，后續(xù)章節(jié)采用先連續(xù)后離散的模式進(jìn)行講解； 拉普拉斯變換和z變換中兼顧雙邊變換和單邊變換。
本教材各章節(jié)內(nèi)容和建議學(xué)時(shí)如下：
第1章是信號與系統(tǒng)概論。主要討論信號的概念、分類與基本運(yùn)算、典型信號及其性質(zhì)； 系統(tǒng)的概念、分類與連接； 奇異信號的概念與性質(zhì)、系統(tǒng)的線性性、時(shí)不變性、因果性、穩(wěn)定性和可逆性的定義與判斷，這是本章的難點(diǎn)。本章建議學(xué)時(shí)為4學(xué)時(shí)。
第2章介紹線性時(shí)不變系統(tǒng)的時(shí)域分析方法。主要包括連續(xù)與離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的描述方法以及基于卷積（卷積和）的求解方法。本章還介紹系統(tǒng)零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)、全響應(yīng)、沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)等概念及其計(jì)算方法。卷積（卷積和）的定義與計(jì)算是本章的核心，在本章末尾簡要介紹了解卷積的概念。本章建議學(xué)時(shí)為4學(xué)時(shí)。
第3章是連續(xù)時(shí)間信號與系統(tǒng)的頻域分析。重點(diǎn)討論連續(xù)周期信號的傅里葉級數(shù)、連續(xù)非周期信號的傅里葉變換及其性質(zhì)、采樣定理、系統(tǒng)頻域分析方法、無失真?zhèn)鬏數(shù)取１菊聝?nèi)容是整個(gè)課程的核心之一，以傅里葉變換與傅里葉級數(shù)為基礎(chǔ)的變換域信號與系統(tǒng)分析方法，其物理意義明確，在工程實(shí)例中有眾多應(yīng)用。本章建議學(xué)時(shí)為14學(xué)時(shí)。
第4章介紹連續(xù)時(shí)間信號與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析。本章重點(diǎn)討論連續(xù)信號的拉普拉斯變換及性質(zhì)、逆變換、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)復(fù)頻域分析方法、系統(tǒng)函數(shù)的概念、系統(tǒng)函數(shù)零極點(diǎn)分布對系統(tǒng)響應(yīng)和系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響、系統(tǒng)模擬方法以及拉普拉斯變換和傅里葉變換的關(guān)系。本章建議學(xué)時(shí)為12學(xué)時(shí)。
第5章簡要討論離散時(shí)間信號與離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的z域分析方法和頻域分析方法。本章重點(diǎn)介紹z變換及其逆變換和常用性質(zhì)、離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的z域分析方法、離散系統(tǒng)模擬、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析等。本章建議學(xué)時(shí)為10學(xué)時(shí)。
第6章簡要討論連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析方法。本章重點(diǎn)介紹系統(tǒng)狀態(tài)變量分析方法，包括連續(xù)與離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)變量描述方法以及時(shí)域、頻域求解。本章建議學(xué)時(shí)為4學(xué)時(shí)。
此外，由于學(xué)時(shí)有限，筆者將線性時(shí)不變系統(tǒng)的時(shí)域經(jīng)典分析方法放在附錄A中，供讀者自學(xué)。這部分內(nèi)容主要介紹應(yīng)用經(jīng)典的線性常系數(shù)微分方程和線性常系數(shù)差分方程的一般求解方法來分析線性時(shí)不變系統(tǒng)的一般理論。
附錄B介紹楊忠根老師等提出的系統(tǒng)分析新方法。該方法的理論基礎(chǔ)是因果微分定理和因果移序定理，本附錄重點(diǎn)介紹以二者為基礎(chǔ)的連續(xù)和離散時(shí)間系統(tǒng)分析新方法，該類方法可將系統(tǒng)時(shí)域分析、變換域分析和狀態(tài)變量分析方法統(tǒng)一于一個(gè)理論框架下。本附錄是筆者團(tuán)隊(duì)教學(xué)改革成果的總結(jié)與匯總，可幫助讀者深刻理解系統(tǒng)時(shí)域、變換域分析方法的本質(zhì)以及二者的聯(lián)系。
為幫助讀者快速瀏覽常用表格，本教材在附錄中增加了常用信號卷積表、常用信號傅里葉變換表、常用信號傅里葉級數(shù)表、常用信號的單邊拉普拉斯變換表、常用離散時(shí)間信號的z變換表以及常用MATLAB指令表。
由于作者能力有限，書中難免存在不足之處，歡迎讀者批評指正。
作者2020年于上海
第1章信號與系統(tǒng)概論
1.1引言
1.2信號的基本概念與分類
1.3信號的運(yùn)算
1.3.1信號的平移、翻轉(zhuǎn)和尺度變換
1.3.2信號值的運(yùn)算
1.3.3信號運(yùn)算的實(shí)際應(yīng)用
1.4典型信號及其性質(zhì)
1.4.1典型連續(xù)時(shí)間信號及其性質(zhì)
1.4.2典型離散時(shí)間信號及其性質(zhì)
1.5信號的分解
1.5.1奇偶分解
1.5.2交直流分解
1.5.3正交分解
1.5.4實(shí)虛部分解
1.6系統(tǒng)的基本概念與分類
1.6.1系統(tǒng)的基本概念
1.6.2系統(tǒng)分類
1.6.3系統(tǒng)互聯(lián)
1.7系統(tǒng)分析方法
本章小結(jié)
習(xí)題
第2章線性時(shí)不變系統(tǒng)的時(shí)域分析
2.1線性時(shí)不變系統(tǒng)的描述
2.1.1線性時(shí)不變系統(tǒng)的描述方法
2.1.2LTI系統(tǒng)微分方程或差分方程的建立
2.2系統(tǒng)響應(yīng)的概念與分類
2.2.1零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)
2.2.2暫態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、自由響應(yīng)和受迫響應(yīng)
2.2.3廣義線性系統(tǒng)(增量線性系統(tǒng))
2.2.4單位沖激響應(yīng)(單位脈沖響應(yīng))和單位階躍響應(yīng)(單位階躍序列響應(yīng))
2.3卷積與卷積和、解卷積
2.3.1卷積與卷積和的定義
2.3.2卷積與卷積和的計(jì)算
2.3.3卷積與卷積和的性質(zhì)
2.3.4LTI系統(tǒng)的性質(zhì)
2.3.5解卷積
本章小結(jié)
習(xí)題
第3章連續(xù)時(shí)間信號與系統(tǒng)的頻域分析
3.1引言
3.2傅里葉級數(shù)
3.2.1連續(xù)周期信號的傅里葉級數(shù)
3.2.2傅里葉級數(shù)的對稱性
3.2.3傅里葉級數(shù)的收斂性
3.2.4傅里葉級數(shù)的性質(zhì)
3.3傅里葉變換
3.3.1非周期信號的傅里葉變換
3.3.2典型非周期信號的傅里葉變換
3.3.3傅里葉變換的性質(zhì)
3.3.4傅里葉變換與傅里葉級數(shù)的關(guān)系
3.4采樣定理
3.4.1信號的時(shí)域采樣
3.4.2信號的頻域采樣
3.5連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)的頻域分析
3.5.1LTI系統(tǒng)的頻域分析
3.5.2LTI系統(tǒng)頻域分析舉例
3.5.3電路系統(tǒng)的頻域特性分析
3.6無失真?zhèn)鬏敿盀V波器分析
3.6.1無失真?zhèn)鬏?/p>
3.6.2理想低通濾波器和帶通濾波器
3.7系統(tǒng)因果性與希爾伯特性的對應(yīng)關(guān)系
本章小結(jié)
習(xí)題
第4章連續(xù)時(shí)間信號與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析
4.1拉普拉斯變換
4.1.1拉普拉斯變換的定義
4.1.2典型信號的拉普拉斯變換
4.2拉普拉斯變換的性質(zhì)
4.3拉普拉斯逆變換
4.3.1單極點(diǎn)情況
4.3.2重極點(diǎn)情況
4.3.3分母有負(fù)指數(shù)項(xiàng)情況
4.3.4時(shí)移信號的逆變換
4.4線性時(shí)不變系統(tǒng)的復(fù)頻域分析
4.4.1連續(xù)LTI系統(tǒng)的s域分析
4.4.2線性電路的s域分析
4.4.3卷積計(jì)算的LT法
4.5系統(tǒng)零極點(diǎn)分布與系統(tǒng)特性
4.5.1系統(tǒng)因果性
4.5.2系統(tǒng)穩(wěn)定性
4.5.3系統(tǒng)極點(diǎn)和激勵(lì)極點(diǎn)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響
4.6系統(tǒng)頻率響應(yīng)的幾何求值
4.7連續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)的方框圖表示
4.7.1系統(tǒng)互聯(lián)方式
4.7.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
4.8全通系統(tǒng)和最小相位系統(tǒng)
4.8.1全通網(wǎng)絡(luò)
4.8.2最小相位系統(tǒng)
4.9拉普拉斯變換與傅里葉變換的關(guān)系
4.9.1雙邊與單邊拉普拉斯變換的關(guān)系
4.9.2拉普拉斯變換和傅里葉變換的對應(yīng)關(guān)系
本章小結(jié)
習(xí)題
第5章離散時(shí)間信號與系統(tǒng)的z域分析和頻域分析
5.1z變換
5.1.1z變換定義
5.1.2z變換的收斂域
5.1.3典型序列的z變換
5.2z變換的性質(zhì)
5.3z逆變換
5.4離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的z域分析
5.4.1離散LTI系統(tǒng)的各類響應(yīng)與系統(tǒng)函數(shù)
5.4.2系統(tǒng)零極點(diǎn)分布與系統(tǒng)特性
5.4.3離散LTI系統(tǒng)的方框圖表示(系統(tǒng)模擬)
5.5離散時(shí)間信號與系統(tǒng)的頻域分析
5.5.1離散時(shí)間信號傅里葉變換的定義
5.5.2典型離散信號的傅里葉變換
5.5.3離散時(shí)間信號傅里葉變換的性質(zhì)
5.5.4離散LTI系統(tǒng)的頻域分析
5.6離散全通濾波器和最小相位濾波器
5.6.1離散全通濾波器
5.6.2最小相位數(shù)字濾波器
本章小結(jié)
習(xí)題
第6章系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析
6.1引言
6.1.1經(jīng)典系統(tǒng)分析方法的局限性
6.1.2狀態(tài)變量分析理論的重要意義
6.1.3基本概念
6.1.4狀態(tài)變量分析方法的優(yōu)點(diǎn)
6.2連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)變量方程的建立
6.2.1連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的一般形式
6.2.2由電路圖直接建立狀態(tài)方程和輸出方程
6.2.3由信號流圖建立狀態(tài)方程和輸出方程
6.3連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)變量方程的求解
6.3.1狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣及其性質(zhì)
6.3.2狀態(tài)方程求解的時(shí)域方法
6.3.3狀態(tài)方程求解的變換域方法
6.4離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)變量方程的建立
6.4.1離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)方程的一般形式
6.4.2由系統(tǒng)輸入輸出方程、系統(tǒng)函數(shù)或?qū)崿F(xiàn)框圖(信號流圖)建立狀態(tài)方程
6.5離散時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)變量方程的求解
6.5.1狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣及其性質(zhì)
6.5.2狀態(tài)方程求解的時(shí)域方法
6.5.3狀態(tài)方程求解的變換域方法
6.6狀態(tài)變量的線性變換和系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
6.6.1狀態(tài)變量的線性變換
6.6.2由A矩陣的特征值判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性
本章小結(jié)
習(xí)題
附錄A線性時(shí)不變系統(tǒng)時(shí)域經(jīng)典分析方法
A.1LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域經(jīng)典分析方法
A.1.1LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域經(jīng)典分析方法
A.1.2沖激匹配法
A.1.3LTI連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)單位沖激響應(yīng)的時(shí)域經(jīng)典分析方法
A.1.4規(guī)范化沖激響應(yīng)的求解方法
A.1.5舉例
A.2LTI離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域經(jīng)典分析方法
A.2.1LTI離散時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域經(jīng)典分析方法
A.2.2LTI離散時(shí)間系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
A.2.3LTI離散時(shí)間系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)的規(guī)范化分析方法
A.2.4應(yīng)用實(shí)例
附錄B基于因果微分定理和因果移序定理的系統(tǒng)分析新方法
B.1因果微分定理及系統(tǒng)分析的時(shí)域卷積法
B.1.1因果微分定理
B.1.2因果輸入激勵(lì)時(shí)的連續(xù)LTI系統(tǒng)時(shí)域分析
B.1.3非因果輸入激勵(lì)時(shí)的連續(xù)LTI系統(tǒng)時(shí)域分析
B.1.4連續(xù)LTI系統(tǒng)時(shí)域分析的等效激勵(lì)法
B.1.5系統(tǒng)響應(yīng)與沖激響應(yīng)的關(guān)系
B.1.6用等效激勵(lì)匹配原理由0-時(shí)刻的初始條件計(jì)算0+時(shí)刻初始條件
B.2連續(xù)LTI系統(tǒng)頻域分析新方法
B.2.1傅里葉變換的因果時(shí)域微分性質(zhì)
B.2.2系統(tǒng)頻域分析的傳遞函數(shù)法
B.2.3系統(tǒng)頻域分析的等效激勵(lì)法
B.3離散系統(tǒng)時(shí)域分析新方法
B.3.1因果移序定理
B.3.2因果移序定理在離散系統(tǒng)分析中的應(yīng)用
B.4因果微分及移序定理在系統(tǒng)狀態(tài)變量分析中的應(yīng)用
B.4.1因果微分定理在狀態(tài)變量分析中的推廣
B.4.2因果移序定理在狀態(tài)變量分析中的推廣
附錄C常用信號卷積表
附錄D常用信號傅里葉變換表
附錄E常用信號傅里葉級數(shù)表
附錄F常用信號的單邊拉普拉斯變換表
附錄G常用離散時(shí)間信號的z變換表
附錄H常用MATLAB指令表
參考文獻(xiàn)
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