信号与系统（第二版）上册 (2010 年度畅销榜NO.3477 )

本书是1981年出版的《信号与系统》(高等教育出版社出版)的修订版。本版与第一版的结构层次大体相同，仍然是研究确定性信号经线性时不变系统传输与处理的基本概念和基本分析方法，从时间域到变换域，从连续到离散，从输入输出描述到状态空间描述，以通信和控制工程作为主要应用背景，注重实例分析。\r\n\r\n 与第一版相比较，全书内容作了较大幅度更新，以适应当代信息科学与技术发展的最新需要。上册共六章，包括绪论、连续时间系统的时域分析、傅里叶变换、拉普拉斯变换、滤波、调制与抽样、信号的矢量空间分析；下册也为六章，包括离散时间系统的时域分析、z变换、离散傅里叶变换、模拟与数字滤波器、反馈系统、状态变量分析。\r\n\r\n 本书是普通高等教育“九五”国家级重点教材，可作为高等院校工科或理科信号与系统类型课程的教材，也可供科研与工程技术人员自学参考。\r\n
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第一章 绪论 \r\n\r\n 1. 1 信号与系统 \r\n\r\n 1. 2 信号的描述. 分类和典型示例 \r\n\r\n 1. 3 信号的运算 \r\n\r\n 1. 4 阶跃信号与冲激信号 \r\n\r\n 1. 5 信号的分解 \r\n\r\n 1. 6 系统模型及其分类 \r\n\r\n 1. 7 线性时不变系统 \r\n\r\n 1. 8 系统分析方法 \r\n\r\n 习 题 \r\n\r\n 第二章 连续时间系统的时域分析 \r\n\r\n 2. 1 引言 \r\n\r\n 2. 2 微分方程式的建立与求解 \r\n\r\n 2. 3 起始点的跳变--从0_到0+状态的转换 \r\n\r\n 2. 4 零输入响应和零状态响应 \r\n\r\n 2. 5 冲激响应与阶跃响应 \r\n\r\n 2. 6 卷积 \r\n\r\n 2. 7 卷积的性质 \r\n\r\n 2. 8 用算子符号表示微分方程 \r\n\r\n 2. 9 以'分配函数'的概念认识冲激函数 (t) \r\n\r\n 习 题 \r\n\r\n 第三章 傅里叶变换 \r\n\r\n 3. 1 引言 \r\n\r\n 3. 2 周期信号的傅里叶级数分析 \r\n\r\n 3. 3 典型周期信号的傅里叶级数 \r\n\r\n 3. 4 傅里叶变换 \r\n\r\n 3. 5 典型非周期信号的傅里叶变换 \r\n\r\n 3. 6 冲激函数和阶跃函数的傅里叶变换 \r\n\r\n 3. 7 傅里叶变换的基本性质 \r\n\r\n 3. 8 卷积特性(卷积定理) \r\n\r\n 3. 9 周期信号的傅里叶变换 \r\n\r\n 3. 10 抽样信号的傅里叶变换 \r\n\r\n 3. 11 抽样定理 \r\n\r\n 习 题 \r\n\r\n 第四章 拉普拉斯变换. 连续时间系统的'域分析 \r\n\r\n 4. 1 引言 \r\n\r\n 4. 2 拉普拉斯变换的定义. 收敛域 \r\n\r\n 4. 3 拉氏变换的基本性质 \r\n\r\n 4. 4 拉普拉斯逆变换 \r\n\r\n 4. 5 用拉普拉斯变换法分析电路. s域元件模型 \r\n\r\n 4. 6 系统函数(网络函数)H(s) \r\n\r\n 4. 7 由系统函数零. 极点分布决定时域特性 \r\n\r\n 4. 8 由系统函数零. 极点分布决定频响特性 \r\n\r\n 4. 9 二阶谐振系统的s平面分析 \r\n\r\n 4. 10 全通函数与最小相移函数的零. 极点分布 \r\n\r\n 4. 11 线性系统的稳定性 \r\n\r\n 4. 12 双边拉氏变换 \r\n\r\n 4. 13 拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系 \r\n\r\n 习 题 \r\n\r\n 第五章 傅里叶变换应用于通信系统--滤波. 调制与抽样 \r\n\r\n 5. 1 引言 \r\n\r\n 5. 2 利用系统函数H(jw)求响应 \r\n\r\n 5. 3 无失真传输 \r\n\r\n 5. 4 理想低通滤波器 \r\n\r\n 5. 5 系统的物理可实现性. 佩利-维纳准则 \r\n\r\n 5. 6 利用希尔伯特变换研究系统函数的约束特性 \r\n\r\n 5. 7 调制与解调 \r\n\r\n 5. 8 带通滤波系统的运用 \r\n\r\n 5. 9 从抽样信号恢复连续时间信号 \r\n\r\n 5. 10 脉冲编码调制(PCM) \r\n\r\n 5. 11 频分复用与时分复用 \r\n\r\n 5. 12 从综合业务数字网(ISDN)到信息高速公路 \r\n\r\n 习 题 \r\n\r\n 第六章 信号的矢量空间分析 \r\n\r\n 6. 1 引言 \r\n\r\n 6. 2 信号矢量空间的基本概念 \r\n\r\n 6. 3 信号的正交函数分解 \r\n\r\n 6. 4 完备正交函数集. 帕塞瓦尔定理 \r\n\r\n 6. 5 沃尔什函数 \r\n\r\n 6. 6 相关 \r\n\r\n 6. 7 能量谱和功率谱 \r\n\r\n 6. 8 信号通过线性系统的自相关函数. 能量谱和功率谱分析 \r\n\r\n 6. 9 匹配滤波器 \r\n\r\n 6. 10 测不准(不定度)原理及其证明 \r\n\r\n 6. 11 码分复用. 码分多址(CDMA)通信 \r\n\r\n 习 题 \r\n\r\n 附录一 卷积表 \r\n\r\n 附录二 常用周期信号的傅里叶级数表 \r\n\r\n 附录三 常用信号的傅里叶变换表 \r\n\r\n 习题答案 \r\n\r\n 索引 \r\n
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第二版前言

1978年撰写本书初稿至今已历经20年, 注意到原书的大部分内容仍在有效使用, 也由于工作繁忙, 因而迟迟未作修订.

20年来, 这一学科领域的理论与实践研究迅速发展, 分析方法不断更新, 技术应用范围日益扩展. 然而, 对国内. 外许多院校的调查或相互交流表明, 就本科生“信号与系统”课程而言, 它的教学要求和基本内容却相对稳定. 虽然在某些方面受到最新技术发展的冲击, 但是尚未构成大幅度更新和重组课程体系的局面. 与此相应, 十多年来, 本书第一版按需求统计而确定的重印册数逐年上升, 实际用量供不应求. 面对这一现实, 我们结合教学实践, 在广泛听取并研究教师与学生意见的基础上, 逐步明确了编写本书第二版的追求目标, 这就是在相对稳定中力求变革, 在讲授传统内容的过程中充分体现时代气息, 处理好经典理论的论述与最新技术引入的相互融合. 以当代信息科学的观点理解. 审视. 组织和阐述传统内容.

本书(也即本课程)的教学目的. 要求和体系层次与第一版大体相同, 仍然是研究确定性信号经线性时不变系统传输与处理的基本概念和基本分析方法, 从时间域到变换域, 从连续到离散, 从输入输出描述到状态空间描述, 以通信和控制工程作为主要应用背景, 注重实例分析.

在本课程中, 连续时间信号与系统和离散时间信号与系统讲授顺序的争执已持续多年. 实践表明, 很难说某种顺序显示突出的先进性而代表改革方向, 从国内. 外大量教材情况来看, 多种形式并存的局面将长期持续. 本书第二版以实际应用为主要依据, 兼顾离散与连续的选材, 前面较多章. 节按照先连续后离散的次序讲授, 稍后几章则是连续与离散交叉并行研究.

当前, 在国际流行的科技应用软件中, Matlab具有广泛影响. 在信号处理技术领域中, 这一软件的应用也占据重要地位. 本课程的计算机练习应帮助学生尽早认识或熟悉Matlab的应用. 与本书相配合, 我们将这方面的内容编入了同时出版的另一本教材之中, 建议将本课程与数字信号处理课程统一考虑, 从这本教材中选取适当的题目, 安排学生的计算机练习.

另一方面, 由于计算机辅助设计的广泛应用, 还需要认真考虑从传统的教学内容中削弱或删除陈旧的部分. 例如, SPICE程序的普及促使我们不必要求学生掌握某些复杂电路(或复杂波形)求响应的解析方法, 因而允许大力压缩拉氏变换的有关内容.

本课程的基本概念和方法并不十分复杂, 教学效果成败的关键不在于学生认识和记忆了多少定义. 定理的条文, 而应注重正确引导学生运用数学工具分析典型的物理问题. 所谓课程更新往往体现在应用领域的演变, 而已经成熟的经典理论却仍然适用. 第二版特别注重密切结合基本概念介绍通信. 控制. 信号处理方面的最新应用实例(在正文. 例题. 习题中都会出现), 这些实例讨论有助于激发学生的学习志趣和热情, 推动学生灵活. 深入地掌握基本概念.

第二版全书共12章, 上. 下册各6章. 前3章包括绪论. 连续系统的时域分析. 傅里叶变换. 各章的主题仍同第一版. 第一章增加了信号波形的运算与系统模型的方框图. 第二章对分配函数的性质和应用作了较详尽的补充. 第三章着重讨论傅里叶变换的基本概念, 而将一些较深入的问题移后到第五. 六章. 第四章是拉普拉斯变换及其应用, 经重新组织, 它涵盖了第一版四. 五两章的主要内容, 从而使这部分的篇幅有较大压缩. 第五章傅里叶变换的应用是第三章的继续, 结合滤波. 调制和抽样三方面的概念增补了较多的应用讨论和实例分析. 第六章是重新编写的, 主题是信号的矢量空间分析. 这里涉及的基本概念在许多后续课程中需要引用, 而按照以往的习惯, 很少见到哪种教材或哪门课程对此作系统的入门介绍. 为改变这一状况, 我们将正交. 相关. 帕塞瓦尔定理. 柯西一施瓦茨不等式等概念和一些应用实例组织在一起, 以统一的数学与物理方法讲授, 使学生对信号理论的学习步入更深的层次, 为学好后续课程打下基础. 第七至九章的内容也与第一版大致相同, 包括离散时间信号的时域分析. z变换. 离散傅里叶变换及其快速算法. 在第七章增补了反卷积(解卷积)的基本概念. 第八章适当扩充了序列傅里叶变换性质的讨论, 以便于和第九章的内容衔接. 第九章增加了离散余弦变换和沃尔什变换的有关内容. 第十章模拟与数字滤波器和第十一章线性反馈系统都是重新编写的. 前者初步介绍模拟与数字滤波器的基本原理和设计方法, 后者使本书在控制工程的应用背景方面适当加强, 此外, 将信号流图也移入此章. 第十二章与第一版最后一章的内容一致, 讨论状态空间分析, 在此, 注重拓宽应用实例的引入, 给出了一些非电领域应用状态空间方法的例子.

全书篇幅较大, 有利于授课教师灵活选材, 也为学哇自学开创了较好的条件. 可以按照不同章节的选取与组合, 构成深度和学时有区别的课程. 从目前国内多数院校的需要来看, 推荐以下两种组课方案供参考(下列数字为章号)：第一种方案适用于在本课程之后继续学习数字信号处理而不设控制理论课程的情况, 第二种方案则适合于在本课程之后专门开设控制理论而不再学习数字信号处理的有关专业. 即使按某些章目组织教学, 对于每章内各节仍有较大的灵活选取余地, 如第二章微分方程的经典分析. 函数的深入讨论, 第四章用拉氏变换解电路的各种练习以及第七章差分方程的时域求解等都可适当删减. 在第二方案中, 对于第十章建议只选讲数字滤波器的有关内容(包括逼近函数), 删除模拟滤波器等部分. 另一方面, 有些章目虽未在上述方案中列入, 也应介绍其中的要点或个别小节. 在第一方案中, 讲授状态变量分析之前需补充信号流图的概念, 还可考虑简要介绍反馈的基本知识(都需要从第十一章选材). 此外, 两种方案都可适当选择第六章的要点为学生初步建立信号矢量空间的概念. 近年来, 我校教学实践表明, 以上两种方案都能在一学期内完成, 讲课学时不超过64. 当然, 授课教师可根据学生的能力以及培养计划的总体要求设计其他多种选材组课方案. 一般讲, 无论何种方案都不宜照本宣科授课, 书中相当多的内容应当留给学生自学或组织讨论. 我们相信, 选用本书作为教材将有助于推动讲课. 自学与课堂讨论的密切结合. 第一版的实践表明, 读者在学完信号与系统课程之后相当长的时间内仍然需要反复翻阅本书.

本书除用作高校教材之外, 我们期望它对于科研和工程技术人员的在职自学与知识更新能产生一定的积极作用.

本书第二版由郑君里主编, 第二章由应启珩执笔, 第十章由应启珩. 郑君里执笔, 其余各章由郑君里执笔. 杨为理与执笔者共同研讨并校阅了第三. 五. 七. 八各章, 张宇博士协助完成并校核了若干重要公式的推证. 山秀明. 刘序明. 王文渊. 叶大田. 乐正友. 郑方等分别校阅了各部分初稿或结合授课对修订工作提出建议. 必须指出, 多年来作者与各位同事和众多博士生的经常研讨, 以及授课过程中与学生的密切交流, 对本书写作有很多重要的启发和帮助.

全书承清华大学电子工程系陆大给教授审阅, 提出许多指导性修改意见, 保证了书稿质量的进一步提高, 作者表示衷心感谢.

本书于1997年经国家教育委员会组织专家评审, 确定为普通高等教育“九五”国家级重点教材立项选题. 书稿经教育部“电路. 信号系统和电磁场课程教学指导小组”审阅, 同意作为国家级重点教材出版.

高等教育出版社各位编辑与作者的愉快合作为本书出版创造了十分有利的条件. 从1981年至今, 各兄弟院校的老师和同学们以多种方式与作者坦诚交换意见, 并对本书修订工作给予很多关心与支持, 在此一并深致谢意.

限于水平, 书中难免有不妥或错误之处, 恳请读者指正.

作 者

1999年12月

于清华大学电子工程系

第一版前言

近年来, 作者为无线电电子学系开设“信号与系统”课程, 同时编写了这方面的参考教材. 现将该教材整理. 扩充, 编成本书.

本课程的任务在于研究信号与系统理论的基本概念和基本分析方法. 初步认识如何建立信号与系统的数学模型, 经适当的数学分析求解, 对所得结果给以物理解释. 赋予物理意义. 由于本学科内容的迅速更新与发展, 它所涉及的概念和方法将十分广泛, 而且还在不断扩充. 本书试图在规定的要求与范围之内, 使选材适当充实. 丰富. 在用作教材时, 可以灵活选取所需内容.

本书的范围限于确定性信号(非随机信号)经线性. 时不变系统传输与处理的基本理论. 从时间域到变换域, 从连续到离散, 从输入—输出描述到状态描述, 力求以统一的观点阐明基本概念和方法.

为学习本课程, 读者应有一定的数学基础和电路分析基础. 书中涉及的数学内容主要包括微分方程. 差分方程. 级数. 复变函数. 线性代数等. 除对差分方程作适当讲解之外, 其他方面将直接引用有关结论. 在运用这些数学工具时, 注重解决工程问题, 加强物理概念的解释. 本课程与先修课“电路分析基础”联系密切, 虽有某些重复, 但分析问题的着眼点有所不同. 在那里, 从电路分析的角度研究问题, 而本书则以系统的观点进行分析.

通过本课程的学习希望激发起学生对信号与系统学科方面的学习志趣和热情, 使他们有信心也有能力逐步适应这一领域日新月异发展的需要. 首先要适应几门重点后续课程的需要, 这些课程是：电子线路(也可并行学习). 网络理论. 通信系统. 控制理论. 数字信号处理, 等等.

全书共包括十一章. 一至六章讨论连续时间信号与系统, 七至十章讨论离散时间信号与系统(第七章时域分析. 第八章z变换与z域分析. 第九章离散傅里叶变换及其快速算法. 第十章沃尔什变换), 第十一章集中研究系统的状态变量分析(包括连续与离散, 时域与变换域).

本书篇幅稍大, 涉及的问题比较广泛, 直接用全书材料组成一门一学期的课程是不适当的. 可以根据先修与后续课程的不同情况按以下几种方式(序号表示章号)选择所需部分, 组成深度和学时有区别的课程：在每章内还安排有一些加宽加深的内容, 标有“*”号, 舍去这些小节, 不影响后续部分的学习. 除内容选择方面有机动性之外, 在讲授顺序上也可以作灵活调整. 例如, 绪论中的1. 5. 1. 6节可移至第三章开始时讲授, 又如, 讨论傅氏变换与拉氏变换原理和应用的第三至六章, 可改按3—6—4—5或4—5—3—6的顺序使用(这时要对第6. 1. 6. 3. 6. 8或4. 2. 4. 13等节作调整).

配合基本理论与分析方法的学习, 书中备有一定数量的例题和习题, 可酌情选用, 部分难度稍大或比较繁复的习题标有“*”号, 不应作为对学生的一般要求. 书末附有习题答案, 仅供参考. 在应用计算机方面, 考虑到目前的实际情况, 没有给出计算程序, 但在某些基本原理的讲授中, 已经注意到为这方面作一些准备(如卷积数值计算. 拉普拉斯逆变换. 快速傅里叶变换等).

本书由郑君里同志主编. 第三. 八章由杨为理同志执笔, 第十一章由应启珩同志执笔. 其余各章由郑君里同志执笔. 乐正友同志整理习题答案, 张尊桥同志绘制插图.

常迥教授指导本书编写工作. 冯重熙副教授对本书编写大纲的拟定提出宝贵意见. 系负责同志以及通信. 线路等教研组的有关同志对本书编写工作给予许多支持和帮助.

书稿承高等学校理科及工科基础课程教材编审委员会电路理论及信号分析小组委托南京工学院管致中教授. 合肥工业大学芮坤生教授. 北京工业学院李瀚荪副教授负责审阅, 提出许多宝贵意见. 作者在此表示衷心的感谢.

限于水平, 书中难免有错误与不妥之处, 恳请读者批评指正.

作 者

一九八一年元月

于清华大学无线电电子学系

无封面