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第1章 信号与系统的基本概念1

1.1 引言1

1.2 信号的基本概念2

1.2.1 信号的定义及分类2

1.2.2 常用连续时间信号5

1.2.3 冲激信号及其性质9

1.2.4 信号的时域变换与运算14

1.3 系统的基本概念20

1.3.1 系统的分类与描述20

1.3.2 系统的基本结构25

1.3.3 线性系统的性质26

1.4 信号与系统分析概要28

1.4.1 信号分析28

1.4.2 系统分析29

本章小结30

习题130

第2章 连续系统的时域分析34

2.1 引言34

2.2 系统的微分方程描述及其算子表示34

2.2.1 系统的微分方程描述34

2.2.2 系统微分方程的算子表示37

2.2.3 系统的传输算子41

2.3 系统的零输入响应41

2.3.1 一阶、二阶系统的零输入响应41

2.3.2 高阶系统的零输入响应44

2.4 系统的零状态响应与完全响应45

2.5 系统的冲激响应与阶跃响应46

2.5.1 系统的冲激响应46

2.5.2 系统的阶跃响应49

2.5.3 系统的动态性能51

2.6 卷积及其应用53

2.6.1 卷积的概念及其性质53

2.6.2 卷积的计算59

2.7 系统零状态响应的卷积积分计算法64

本章小结67

习题268

第3章 连续系统的频域分析72

3.1 引言72

3.2 正交函数的概念73

3.2.1 函数的正交定义73

3.2.2 函数的正交集73

3.3 周期信号的分解——傅里叶级数75

3.3.1 周期信号的三角函数形式的傅里叶级数75

3.3.2 周期信号的指数函数形式的傅里叶级数78

3.3.3 傅里叶级数的性质81

3.4 周期信号的频谱85

3.4.1 周期信号的频谱特点85

3.4.2 周期信号的频带宽度87

3.5 非周期信号的分解——傅里叶变换90

3.5.1 傅里叶变换90

3.5.2 常用非周期信号的傅里叶变换91

3.6 傅里叶变换的性质与应用96

3.6.1 线性特性96

3.6.2 尺度变换与频谱展缩97

3.6.3 信号的时移与频谱的相位移99

3.6.4 调制与频谱搬移100

3.6.5 卷积定理及其应用102

3.6.6 时域微积分特性104

3.6.7 频域微分特性106

3.7 信号的功率谱与能量谱107

3.7.1 信号的功率谱107

3.7.2 信号的能量谱109

3.8 采样信号与采样定理109

3.8.1 采样信号109

3.8.2 采样定理110

3.9 连续系统的频域分析应用举例112

3.9.1 连续系统函数112

3.9.2 无失真传输系统114

3.9.3 滤波器115

3.9.4 调制与解调120

本章小结122

习题3123

第4章 连续系统的复频域分析129

4.1 引言129

4.2 拉普拉斯变换130

4.2.1 拉普拉斯变换的定义130

4.2.2 常用信号的拉普拉斯变换132

4.3 拉普拉斯变换的性质134

4.3.1 延时特性134

4.3.2 复频移特性136

4.3.3 微分定理137

4.3.4 积分定理138

4.3.5 卷积定理139

4.3.6 始值定理与终值定理140

4.4 拉氏反变换——部分分式展开法142

4.5 系统的复频域分析145

4.5.1 系统函数H（s）145

4.5.2 利用单边拉普拉斯变换分析系统148

4.5.3 电路的复频域分析150

4.6 系统函数H（s）的零、极点分析159

4.6.1 系统函数H（s）的零、极点159

4.6.2 系统函数H（s）的零、极点分布与时域特性的关系161

4.6.3 系统函数H（s）的零、极点分布与频域特性的关系163

4.7 连续系统稳定性分析165

4.7.1 连续系统稳定性准则165

4.7.2 连续系统稳定性判定方法167

4.7.3 系统的稳态误差170

4.7.4 应用举例170

本章小结173

习题4174

第5章 连续系统的模拟与硬件实现181

5.1 引言181

5.2 连续系统的图形表示法182

5.2.1 三种基本器件182

5.2.2 连续系统的方框图表示法183

5.2.3 连续系统的信号流图表示法186

5.2.4 梅森公式187

5.3 连续系统的模拟方法190

5.3.1 连续系统模拟的基本方法190

5.3.2 连续系统模拟结构的形式191

5.4 连续系统的有源RC电路实现197

5.4.1 有源RC积分器197

5.4.2 有源RC加法器199

5.4.3 有源RC双二阶电路201

本章小结204

习题5205

第6章 离散系统的时域分析209

6.1 引言209

6.2 离散时间信号209

6.2.1 离散时间信号的描述209

6.2.2 常用的离散时间信号211

6.2.3 离散时间信号的基本运算214

6.3 离散时间系统及其差分方程描述218

6.3.1 离散时间系统218

6.3.2 离散时间系统的差分方程描述219

6.4 离散系统的时域经典分析221

6.4.1 离散系统的零输入响应221

6.4.2 用卷积和求离散系统的零状态响应225

6.4.3 离散系统的单位脉冲响应227

6.4.4 离散系统的全响应230

6.5 离散系统的算子分析232

6.5.1 离散系统的算子传输函数H（E）232

6.5.2 用算子法分析离散系统233

本章小结235

习题6236

第7章 离散系统的z域分析与模拟239

7.1 引言239

7.2 z变换239

7.2.1 z变换的定义239

7.2.2 常用序列的z变换241

7.3 z变换的性质244

7.3.1 z变换的线性性质244

7.3.2 z变换的位移性质244

7.3.3 z变换的尺度性质245

7.3.4 卷和定理246

7.3.5 z域微分性质246

7.3.6 始值定理247

7.3.7 终值定理248

7.4 z变换的计算249

7.4.1 z 正变换的计算249

7.4.2 z反变换的计算250

7.5 离散系统的z域分析255

7.5.1 离散系统的传输函数H（z）与单位冲激响应255

7.5.2 用z变换求解差分方程257

7.6 离散系统的稳定性260

7.6.1 z变换与拉普拉斯变换的关系260

7.6.2 离散系统的稳定性判定262

7.7 离散系统的频率特性264

7.7.1 离散信号的傅里叶变换264

7.7.2 离散系统的频谱特性265

7.8 离散系统的z域模拟268

7.8.1 三种基本器件268

7.8.2 离散系统的图形表示法269

7.8.3 由连续系统函数H（s）设计离散系统函数H（z）的基本方法271

7.9 数字信号处理基础272

7.9.1 数字信号处理的概念272

7.9.2 数字信号处理的硬件系统273

7.9.3 数字信号处理器概述275

本章小结279

习题7281

第8章 状态空间分析法286

8.1 引言286

8.2 系统的状态空间描述287

8.2.1 状态空间描述的基本概念287

8.2.2 动态系统的状态空间表达式290

8.3 连续系统状态方程和输出方程的建立292

8.3.1 由微分方程建立状态空间表达式292

8.3.2 由传递函数建立状态空间表达式296

8.3.3 由信号流程图建立状态空间表达式298

8.3.4 由电路原理建立状态空间表达式299

8.3.5 由状态空间表达式求传递函数矩阵G（s）300

8.4 离散系统的状态空间描述302

8.4.1 由差分方程建立状态空间表达式302

8.4.2 由信号流图建立状态空间表达式304

8.5 连续系统状态空间方程的时域求解305

8.5.1 连续系统状态方程的时域解305

8.5.2 连续系统输出方程的时域解308

8.6 离散系统状态空间方程的z域解309

8.6.1 离散系统状态方程的z域解309

8.6.2 离散系统输出方程的z域解310

8.7 线性系统的能控性和能观性311

8.7.1 概述311

8.7.2 线性连续系统的能控性312

8.7.3 线性定常离散系统的能控性316

8.7.4 线性连续系统的能观测性318

8.7.5 线性定常离散系统的能观测性322

8.7.6 对偶原理322

本章小结323

习题8324

第9章 信号与系统分析的MATLAB仿真328

9.1 基本信号及信号运算的MATLAB仿真328

9.2 连续系统时域分析的MATLAB仿真332

9.3 连续系统频域分析的MATLAB仿真336

9.4 连续系统复频域分析的MATLAB仿真343

9.5 离散系统时域分析的MATLAB仿真347

9.6 离散系统z域分析的MATLAB仿真352

9.7 状态空间分析的MATLAB仿真361

部分习题参考答案366

参考文献379