本书是作者在长期从事信号与系统课程教学的基础上，根据教学实践中存在的问题、经验和体会，结合现阶段本科教学的实际状况及作者教学研究项目成果凝练而成的。本书突出体现课程内容的逻辑性、知识点的目标性，着重讲清物理意义，全面给出MATLAB实现方法，体现课程内容的专业实用性，而不是突出纯理论。结合典型的实际工程问题，给出具体分析、解决的方法和步骤，引导学生建立理论与工程实际的联系，并体会到课程的基础性、实用性，以及对解决实际问题的局限性，激发和提高学生的学习兴趣。全书共7章，包括：绪论、连续时间信号与系统的时域分析、连续时间信号与系统的频域分析、连续时间信号与系统的复频域分析、离散时间信号与系统的时域分析、离散时间信号与系统的频域分析、离散时间信号与系统的Z域分析。本书提供配套PPT、习题参考答案、程序源代码等学习和教学资源。 本书可作为高等学校电气工程及其自动化、电子信息工程、测控技术与仪器、计算机科学与技术、通信工程、机械电子工程、机电一体化等工科类专业信号与系统及信号与系统实验课程的教材，也可供相关科技、工程技术人员学习和参考。
提供配套PPT、习题参考答案、程序源代码等学习和教学资源。
前 言
信号与系统，顾名思义，研究的是信号和系统两个方面的问题。信号分析，是研究信号的表示、信号的运算、信号的特性及信号的变换和应用。系统分析，是研究系统的模型及描述，分析信号作用于系统产生的响应，通过研究系统的单位冲激响应或单位样值响应、系统的频率特性、系统函数来研究系统的各种特性，如系统的线性、时不变性、因果性、稳定性等。信号与系统是密不可分的，将任意复杂信号表示为基本信号的线性组合，通过分析信号作用于系统产生的响应，从而揭示信号与系统之间的内在机理，得到输出响应与输入激励和系统之间的相互关系。信号与系统是一对包含非常广泛内容的概念，对于所有工程类专业，都有其自身的信号与系统。该课程分析和研究信号与系统的基本概念、基本理论和基本方法，可适用于范围广泛的工程领域。对于工科学生来讲，该课程是工程专业一门基本的理论和实践课程，是一门专业理论素养课程，也是专业后续学习和深造的基础课程，它的基本概念、基本理论和基本方法是学习后续专业课程的重要基础。通过本课程的学习，学生能够从数学观念、物理观念与工程观念去分析问题和解决问题，对于工程实际问题具备全局观和系统观的科学思维方式，以及具备从实际问题抽象出本质规律的能力。
学习本课程必须具备一定的数学基础，学习过程中需要这些数学基础，但是要注意，本课程不是数学课程。本课程对于信号与系统的分析和处理，需要借助数学基础来研究工程实际问题。对于电类专业的学生来讲，在学习本课程前，一般都学习了电路课程，电路课程所讨论的电压、电流（信号）与电路（系统），只是本课程在电路方面的特例，熟悉电路课程，有助于本课程的学习和理解。但是同样要注意，本课程也不是电路课程，它比电路课程所讨论的内容具有更加广泛的工程范围。
MATLAB是国际上公认的优秀科技应用软件。它的高效数值计算及符号计算功能，能使使用者从繁杂的数学运算中解脱出来；借助 MATLAB 工具，将繁杂的计算处理交由软件去完成，使用者只需将注意力放在问题的分析和处理方法上；它具有功能丰富和完备的数学函数库及应用工具箱，大量繁杂的数学运算和分析可通过调用 MATLAB 库函数直接求解；它的语法规则简单易学，其语法格式与数学表达式非常相近；它还具备完备的图形功能，可实现计算结果的图示化。
作者在长期从事信号与系统课程教学的实践中，深感一本合适的教材在教学中的重要性，从本科教学的学时数和课程安排的实际状况出发，根据多年教学实践经验和教学研究成果凝练成本书。本书突出体现课程内容的逻辑性、知识点的目标性，注重从物理意义上体现课程内容的专业实用性，注重使该课程成为专业基础课，而不是纯理论课、数学课。舍弃不必要的内容，使其很好地适用于课程教学的需要。本书在众多知识环节中利用MATLAB工具给出了信号与系统分析的实现方法。结合专业实际，给出了工程应用实例，使学习者切实体会到课程的专业实用意义，可以引导学习者理解相关知识并建立与工程实际的联系，提高学生的学习兴趣，为后续专业课的学习打下良好的基础。
（1）关于内容的取舍。既重基础性，又重专业实用性。理论部分只讲清楚课程理论，不做数学意义上的广泛展开，并将理论知识对应的物理意义讲清楚，使学生学习起来能够简明易懂。而将许多后续课程要重点讲述的内容从本课程中去掉，避免不必要的重复，将有限的学时用于本课程中重点内容的学习。
（2）关于技术性。由于现代计算机技术、数字技术的快速发展，实际问题中信号与系统的分析、处理手段已经大大偏向于数字方法或离散方法，因此，本书适当弱化连续方法而强化离散方法。
（3）关于专业性。结合专业学科近年科研、论文等的热点问题，重点引入典型的专业实际工程问题，利用本课程的知识，给出具体分析、解决的方法和步骤，引导学生看到并体会本课程的基础性、实用性，以及对解决实际问题的局限性。激发学生对本课程学习的积极性，以及对本类课程的后续课程学习的热情。
（4）关于MATLAB工具。全面引入强大的工程计算软件MATLAB工具，本书在每个知识内容下面即给出对应的MATLAB实现方法，这样更全面、更具体。经过这样的处理，本书会是很好的实验指导教材。
本书提供配套PPT、习题参考答案、程序源代码等，请登录华信教育资源网（http://www. hxedu.com.cn）注册下载，也可联系编辑（wangxq@phei.com.cn，010-88254113）索取。
本书第2、5章由杨玲君执笔，第3章由王静执笔，第7章由冉晓洪执笔，第1、4、6章由严国志执笔。全书由严国志主编和统稿，刘开培教授主审。
本书在编写、出版过程中，得到了武汉大学有关部门的关心和支持，得到了有关参考文献的有益帮助，得到了电子工业出版社的大力支持，在此一并表示衷心的感谢。
限于作者水平，书中错误及不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。
编 者
2018年9月
于武汉大学
严国志，工学博士，武汉大学电气工程学院副教授，硕士生导师，发表核心以上学术论文10余篇，国防专利1项，实用新型专利2项。指导学生参加竞赛获国家级一等奖、二等奖等多项。武汉大学信号与系统课程负责人。
目 录
第1章 绪论1
1.1 信号的基本概念1
1.2 信号的描述1
1.3 信号的分类2
1.3.1 确定信号与随机信号2
1.3.2 连续时间信号与离散时间信号2
1.3.3 周期信号与非周期信号3
1.3.4 能量信号与功率信号4
1.3.5 因果信号与非因果信号5
1.4 系统的基本概念5
1.5 系统的描述5
1.6 系统的分类6
1.6.1 连续时间系统与离散时间系统6
1.6.2 线性系统与非线性系统7
1.6.3 时不变系统与时变系统8
1.6.4 因果系统与非因果系统9
1.6.5 稳定系统与非稳定系统10
1.6.6 可逆系统和不可逆系统10
1.7 系统的分析方法10
习题111
第2章 连续时间信号与系统的时域分析14
2.1 引言14
2.2 典型连续信号及其基本特性14
2.2.1 正弦信号14
2.2.2 指数信号15
2.2.3 抽样信号17
2.2.4 单位阶跃信号18
2.2.5 单位冲激信号19
2.2.6 符号函数信号 21
2.2.7 冲激偶信号22
2.3 连续时间信号的基本运算22
2.4 连续时间系统的数学模型28
2.4.1 连续时间系统的数学模型线性常系数微分方程28
2.4.2 线性常系数微分方程的经典解法28
2.4.3 零输入响应和零状态响应30
2.5 单位冲激响应和单位阶跃响应35
2.5.1 单位冲激响应35
2.5.2 单位阶跃响应37
2.6 卷积积分及其性质39
2.6.1 卷积积分的定义39
2.6.2 卷积积分的性质41
2.6.3 零状态响应的卷积法求解44
2.7 单位冲激响应表示的线性时不变系统的特性45
习题247
MATLAB习题250
第3章 连续时间信号与系统的频域分析51
3.1 引言51
3.2 连续时间周期信号的频域分析51
3.2.1 三角形式的傅里叶级数51
3.2.2 指数形式的傅里叶级数53
3.2.3 周期信号的频谱55
3.2.4 周期信号的功率谱58
3.3 连续时间非周期信号的频域分析61
3.3.1 傅里叶变换61
3.3.2 典型非周期信号的傅里叶变换65
3.3.3 傅里叶变换的性质68
3.3.4 周期信号的傅里叶变换75
3.4 抽样定理77
3.4.1 信号的时域抽样77
3.4.2 时域抽样定理79
3.5 连续时间系统的频域分析80
3.5.1 连续时间系统的频率响应80
3.5.2 连续线性时不变系统响应的频域分析82
3.5.3 正弦信号通过系统的响应84
3.5.4 无失真传输系统86
3.5.5 理想低通滤波器87
习题391
MATLAB习题396
第4章 连续时间信号与系统的复频域分析98
4.1 引言98
4.2 连续时间信号的复频域分析98
4.2.1 从傅里叶变换到拉普拉斯变换98
4.2.2 拉普拉斯变换的收敛域99
4.2.3 常见信号的拉普拉斯变换102
4.3 单边拉普拉斯变换的性质104
4.3.1 线性特性105
4.3.2 时移特性105
4.3.3 复频移特性107
4.3.4 尺度变换特性107
4.3.5 时域卷积特性107
4.3.6 复频域卷积特性108
4.3.7 时域微分特性108
4.3.8 时域积分特性109
4.3.9 复频域微分特性110
4.3.10 复频域积分特性110
4.3.11 初值定理111
4.3.12 终值定理111
4.4 拉普拉斯反变换的计算112
4.4.1 单边拉普拉斯反变换的计算113
4.4.2 双边拉普拉斯反变换的计算117
4.5 连续时间系统的复频域分析118
4.5.1 连续时间信号的复频域分解118
4.5.2 复指数信号est激励下系统的零状态响应118
4.5.3 任意信号激励下系统的零状态响应119
4.5.4 LTI系统微分方程的复频域求解120
4.6 线性时不变系统的系统函数123
4.6.1 系统函数的定义123
4.6.2 系统的零、极点图124
4.6.3 系统函数的应用126
习题4130
MATLAB习题4133
第5章 离散时间信号与系统的时域分析134
5.1 引言134
5.2 典型离散时间信号及其特性134
5.2.1 单位样值序列134
5.2.2 单位阶跃序列136
5.2.3 单位矩形序列136
5.2.4 正弦序列137
5.2.5 指数序列140
5.3 离散时间信号的基本运算141
5.4 离散时间系统的数学模型和性质143
5.5 离散时间系统的响应145
5.5.1 迭代法求离散时间系统的响应145
5.5.2 经典法求离散时间系统的响应146
5.5.3 零输入响应和零状态响应148
5.6 离散时间系统的单位样值响应和单位阶跃响应153
5.7 离散系统的卷积和157
5.7.1 卷积和的定义和计算157
5.7.2 卷积和的性质161
5.7.3 零状态响应的卷积和求解162
5.8 用单位样值响应表征的线性移不变系统的特性163
习题5166
MATLAB习题5167
第6章 离散时间信号与系统的频域分析169
6.1 引言169
6.2 周期序列的离散时间傅里叶级数（DFS）169
6.2.1 DFS变换式169
6.2.2 DFS频谱系数的特征171
6.2.3 周期矩形序列的频谱172
6.3 非周期序列的离散时间傅里叶变换（DTFT）175
6.3.1 离散时间傅里叶变换175
6.3.2 离散时间傅里叶反变换177
6.3.3 典型非周期信号的离散时间傅里叶变换178
6.4 周期序列的离散时间傅里叶变换183
6.5 离散时间傅里叶变换的性质186
6.5.1 周期性186
6.5.2 线性特性186
6.5.3 奇偶性187
6.5.4 时移特性187
6.5.5 频移特性188
6.5.6 时域卷积特性188
6.5.7 频域卷积特性189
6.5.8 时域差分特性190
6.5.9 时域累加特性190
6.5.10 帕塞瓦尔能量定理191
6.6 离散傅里叶变换（DFT）192
6.7 离散傅里叶变换的性质194
6.7.1 线性特性194
6.7.2 周期性194
6.7.3 奇偶性和对称性195
6.7.4 时频互易特性196
6.7.5 时域循环移位特性197
6.7.6 频域循环移位特性197
6.7.7 时域循环卷积特性197
6.7.8 频域循环卷积特性202
6.7.9 帕塞瓦尔能量定理202
6.8 用离散傅里叶变换近似分析连续时间信号202
6.8.1 近似分析的方法203
6.8.2 近似分析出现的问题205
6.8.3 频率分辨率209
6.8.4 利用DFT近似分析连续时间信号频谱的参数选择213
6.9 离散时间系统的频域分析213
6.9.1 离散时间系统的频率响应214
6.9.2 离散时间系统的零状态响应214
6.10 应用实例电力系统谐波分析216
6.10.1 信号的表示216
6.10.2 信号的抽样217
6.10.3 DFT变换218
6.10.4 谐波数据的确定219
6.10.5 问题的进一步分析220
6.10.6 问题的扩展研究225
习题6226
MATLAB习题6230
第7章 离散时间信号与系统的Z域分析231
7.1 引言231
7.2 Z变换231
7.2.1 Z变换的定义231
7.2.2 Z变换的收敛域232
7.3 Z变换的性质240
7.4 Z反变换250
7.4.1 直接法250
7.4.2 部分分式展开法251
7.5 离散系统的Z域分析256
7.5.1 线性时不变离散时间系统的系统函数256
7.5.2 用Z变换求解离散系统的差分方程258
7.6 离散系统的零、极点与时域响应262
7.6.1 H(z)的零点和极点262
7.6.2 H(z)的极点与时域响应264
7.7 线性时不变离散系统的稳定性269
7.8 H(z)与离散系统频率响应272
7.9 Z域与S域的关系275
7.10 离散系统的结构276
7.10.1 离散系统的方框图实现276
7.10.2 离散系统的级联和并联280
7.11 小结281
习题7282
MATLAB习题7285
附录A 常用数学公式287
附录B 常用信号与系统公式289
部分习题参考答案292
参考文献308
当前图书最新荐购
