信号与系统

内容全面——主要内容包括信号与系统的基本概念，连续信号与系统的时域、频域和复频域分析，离散信号与系统的时域和复频域分析以及Simulink在信号与系统中的仿真应用。

适应面广——可作为高等院校电气信息类专业“信号与系统”课程的教材，也可供相关专业的工作人员自学和参考。

循序渐进——讲解由浅入深，过程介绍清晰，注重理论与工程应用背景相结合，便于教学和学生自学。

“信号与系统”课程是电气工程、自动化、通信工程、电子信息工程、电子科技与技术等专业的核心基础课程，是一门重要的承上（高等数学、线性代数、复变函数、电路分析基础、模拟电子技术等）启下（数字信号处理、通信原理、高频电子线路、自动控制技术、电子测量技术等）的课程。可以说“信号与系统”课程教学的成败直接决定是否能够培养出合格的电气信息类专业人才。

“信号与系统”是通信与信息系统、信号与信息处理等专业的研究生入学考试必考课程。为了适应现代信号处理技术的发展以及研究生入学考试要求，同时解决授课学时与教学内容、理论传授与实践练习之间的矛盾，通过与“数字信号处理”课程整合，目前“信号与系统”课程主要侧重于连续时间信号与系统的时域、频域和复频域分析，其后续课程“数字信号处理”课程则主要侧重于离散时间信号与系统的时域、频域和复频域分析。

本书系“普通高等教育‘十三五’规划教材”，根据教育部高等学校电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导分委员会制定的“信号与系统课程教学基本要求”修订，在内容组织和选取上有较大的变化，基本上属于重写和重新组织，并有较多的补充。这些变化的目的在于帮助教师更好地讲授这门课以及学生更容易掌握这门课的内容。

在实践教学环节，逐渐放弃了传统、落后的实验箱，而将现代化仿真工具软件Simulink引入实践教学环节，加入课程设计。此外，“信号与系统”的实践教学还体现在大学生科技创新实践以及全国电子设计竞赛中，通过积极引导学生参加这样的实践活动，不但提高了学生对课堂知识的理解，而且也增加了学生的科技创新与实践能力。

编者在不断跟踪国内外“信号与系统”教材体系和内容变化的基础上，结合自己长期从事本课程双语教学的实践体会，并针对我国教学体系与教学实践改革的现状和要求，以及学生的具体情况，本着知识体系完备、例题典型丰富、强化基础、贴近实际、叙述简洁、讲解透彻、便于读者自学的原则，改版编写了这本反映现代“信号与系统”基本原理、教学体系和内容的教材。

本书第1、2、3、5章由张宇副教授执笔，第4章由黄道敏讲师执笔，第6章由熊炜副教授执笔，第7章由熊炜副教授和曾春艳讲师执笔，第8章由康瑞讲师执笔。全书由张宇副教授负责统稿。

在本书的编写过程中，研究生徐晶晶、吴俊驰、刘小镜等同学参与了部分文字的录入和插图的制作，在此向他们一并表示衷心感谢。

限于编者的水平，书中恐有疏误之处，恳请读者批评指正。

作者

2016年7月

第1章 信号与系统的基本概念 1
1.1 信号及其描述方式 1
1.1.1 信号 1
1.1.2 信号的描述方式 1
1.2 信号的分类 1
1.3 常用单元信号 4
1.3.1 常用连续信号 4
1.3.2 常用奇异信号 6
1.4 信号的运算 12
1.5 信号的分解与合成 13
1.6 系统的模型 15
1.7 系统的分类 16
1.7.1 连续时间系统与离散时间系统 16
1.7.2 即时系统与动态系统 17
1.7.3 集总参数系统与分布参数系统 17
1.7.4 线性系统与非线性系统 17
1.7.5 时变系统与非时变系统 18
1.7.6 可逆系统与不可逆系统 19
1.7.7 因果与非因果系统 19
1.7.8 稳定系统与非稳定系统 20
1.8 系统分析方法 20
习题1 21
第2章 连续时间系统的时域分析 27
2.1 系统的数学模型—微分方程与
传输算子 27
2.2 系统微分方程的经典解 31
2.3 系统零输入响应的求解 33
2.4 系统的冲激响应和阶跃响应 37
2.4.1 系统的冲激响应 37
2.4.2 单位冲激响应的求法 38
2.4.3 系统的阶跃响应及其求法 42
2.5 系统零状态响应—卷积积分 44
2.6 卷积运算的性质 47
2.6.1 卷积代数 47
2.6.2 卷积的微分与积分 48
2.6.3 与冲激函数或阶跃函数的卷积 49
习题2 53
第3章 连续时间信号的频谱—傅里叶变换 58
3.1 用完备正交函数集表示信号 58
3.1.1 正交矢量 58
3.1.2 正交函数与正交函数集 59
3.1.3 完备的正交函数集 59
3.1.4 常见的完备正交函数集 60
3.2 周期信号的傅里叶级数 61
3.2.1 三角函数形式的傅里叶级数 61
3.2.2 傅里叶级数的性质 63
3.2.3 指数形式的傅里叶级数 67
3.3 周期矩形脉冲的频谱分析 70
3.3.1 周期矩形脉冲信号的频谱 70
3.3.2 周期矩形脉冲频谱结构分析 72
3.3.3 周期信号频谱的特点 74
3.4 非周期信号频谱—傅里叶变换 74
3.4.1 频谱密度函数 74
3.4.2 典型非周期信号的傅里叶变换 78
3.5 傅里叶变换性质 83
3.5.1 傅里叶变换性质 83
3.5.2 周期信号的傅里叶变换 95
3.6 能量谱和功率谱—帕塞瓦尔定理 98
3.6.1 周期信号的功率谱、帕塞瓦尔
恒等式 98
3.6.2 非周期信号的能量谱、帕塞瓦尔
定理 100
习题3 101
第4章 连续时间系统的频域分析 107
4.1 系统的频率特性 107
4.2 系统对非正弦周期信号的响应 109
4.3 系统对非周期信号的响应 111
4.4 信号无失真传输条件 114
4.4.1 无失真概念 114
4.4.2 无失真传输条件 114
4.5 理想低通滤波器的冲激响应与阶跃响应 116
4.5.1 理想低通滤波器的冲激响应 116
4.5.2 理想低通滤波器的阶跃响应 117
4.6 抽样定理 118
4.6.1 抽样的概念 118
4.6.2 时域抽样 119
4.6.3 时域抽样定理 120
4.6.4 频域抽样及其抽样定理 121
4.7 调制与解调 123
4.7.1 调制 123
4.7.2 解调 124
4.7.3 调幅信号作用于线性系统 124
4.8 频分复用与时分复用 125
4.8.1 频分复用 125
4.8.2 时分复用 125
习题4 127
第5章 连续时间系统的复频域分析 131
5.1 拉普拉斯变换 131
5.1.1 从傅里叶变换到拉普拉斯变换 131
5.1.2 收敛域 132
5.2 单元信号的拉普拉斯变换 133
5.3 拉普拉斯变换的性质 134
5.4 拉普拉斯反变换 136
5.4.1 简单函数的拉普拉斯反变换 136
5.4.2 部分分式展开 137
5.4.3 待定系数的求法 138
5.4.4 围线积分法 141
5.5 线性系统的拉普拉斯变换分析法 142
5.5.1 微分方程的复频域求解 142
5.5.2 电路的 域模型 144
5.6 双边拉普拉斯变换 147
5.7 系统的模拟图与框图 151
5.7.1 三种运算器 151
5.7.2 系统模拟的定义与系统的模拟图 152
5.7.3 常用的模拟图形式 153
5.7.4 系统的框图 157
5.8 系统的信号流图与梅森公式 159
5.8.1 信号流图的定义 159
5.8.2 三种运算器的信号流图表示 159
5.8.3 模拟图与信号流图的相互转换规则 160
5.8.4 信号流图的名词术语 162
5.8.5 梅森公式 163
5.9 系统函数 165
5.9.1 系统函数的定义与分类 165
5.9.2 系统函数的一般表示式及其零、
极点图 167
5.9.3 系统函数的应用 170
习题5 184
第6章 离散信号与系统的时域分析 192
6.1 引言 192
6.2 序列及其基本运算 192
6.2.1 序列的定义 192
6.2.2 典型序列 193
6.2.3 序列的基本运算 197
6.3 卷积和 199
6.3.1 卷积和的定义 199
6.3.2 卷积和的性质 202
6.3.3 常用序列的卷积和公式 204
6.4 离散时间系统的建模与求解 205
6.4.1 LTI离散系统 206
6.4.2 LTI离散系统的数学模型—
差分方程 207
6.4.3 线性差分方程的求解方法 210
6.5 离散时间系统的零输入响应 210
6.5.1 一阶线性时不变离散系统的
零输入响应 210
6.5.2 N阶线性时不变离散系统的
零输入响应 211
6.6 离散时间系统的零状态响应 213
6.6.1 离散系统的转移（传输）算子 214
6.6.2 单位脉冲响应h(n) 214
6.6.3 零状态响应 217
6.7 系统差分方程的经典解 218
习题6 220
第7章 z变换与离散系统的z域分析 226
7.1 引言 226
7.2 z变换定义 226
7.3 z变换收敛域 227
7.4 典型序列的z变换 231
7.5 z变换的性质 234
7.6 逆z变换 245
7.7 z变换求解差分方程 249
7.8 离散系统的表示和模拟 252
7.8.1 离散系统的方框图表示 252
7.8.2 离散系统的信号流图表示 255
7.8.3 离散系统的模拟 257
7.9 系统函数与系统特性 261
7.9.1 系统函数 261
7.9.2 H(z)的零、极点分布与时域特性 262
7.9.3 系统的因果稳定性 263
7.9.4 H(z)的零、极点与系统频响 264
7.10 z变换与拉氏变换、傅氏变换关系 267
习题7 269
第8章 Simulink在信号与系统中的仿真应用 274
8.1 Simulink仿真基础 274
8.2 Simulink设计流程 275
8.3 信号的时域分析 276
8.4 连续LTI系统时域和频域分析 286
8.5 连续时间信号的频域分析 298
8.6 离散LTI系统z域分析 302
附录A Simulink常用命令 309
附录B Simulink常用模块 311
习题参考答案 315
参考文献 332

1. 输水管线工程风险管理 [张勇 党亥生 著]
2. 民用航空飞机标准线路施工 [主编　王志敏　陈明]
3. 不息的水脉—大运河讲谈录 [赵珩　著]
4. 实用运筹学 [主编　邢育红　于晋臣]
5. 三峡梯级电站水资源决策支持系统研究与开发 [姚华明 潘红忠 汤正]
6. 海南黎族民俗文化鉴赏 [庞国华　著]
7. 石墨烯在太赫兹及中红外频段电磁器件设计中的应用 [李艳秀 庄华伟 著]
8. 电子技术（第二版） [主编 覃爱娜 李飞]
9. 办公自动化高级应用 [陈萍 朱晓玉]
10. 信息处理技术员考试32小时通关 [薛大龙]
11. 电子产品设计案例教程（微课版）—基于嘉立创EDA（专业版） [王静 莫志宏 陈学昌 丁红]
12. C程序设计实践教程 [刘卫国]
13. C程序设计（慕课版） [刘卫国]
14. Web技术开发教程（基于.NET开源MVC框架） [王合闯 韩红玲 王青正 陈海蕊]
15. 商务英语翻译教程（笔译）（第四版） [主编 王军平]
16. 智慧零售技术与应用 [洪旭 著]
17. 建设工程法规实务 [主编 余滢]
18. 商务秘书理论与实务（第三版） [主编 张同钦]
19. 程序设计基础实践教程（C/C++语言版） [张桂芬 葛丽娜]
20. C++案例项目精讲 [主编 杨国兴]
21. 劳动争议处理实务 [主编 王秀卿 罗静]
22. 工程数学 [主编 郭立娟 王海]
23. 语音识别理论与实践 [主编　莫宏伟]
24. 信息系统项目管理师章节习题与考点特训（第二版） [主编 薛大龙]
25. 武术基础教程 [主编 李代勇 谢志民]
26. 计算机网络实训教程 [主编 张浩军 赵玉娟]
27. 画法几何与机械制图习题集（多学时） [主编 赵军]
28. HCIA-Datacom认证题库分类精讲 [主 编 韩立刚]
29. SwiftUI完全开发 [李智威 著]
30. 网络规划设计师备考一本通 [夏杰 编著]