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本书深入系统地阐述***与系统的基本理论和分析方法。全书共10章,内容包括***与系统的一般概念,连续时间***与系统的时域分析、频域分析、复频域分析,连续时间***的采样,离散时间***与系统的时域分析、z 域分析、频域分析,以及系统的状态空间分析。全书突出***与系统的基本概念、分析方法以及知识脉络。大量的例题着重于强化概念、分析思路。每章开篇的引言和结尾的结语形成本课程的整体知识框架,穿插于内容中的问题思考、深入分析、提示、诀窍等能帮助读者更好地理解并掌握相关知识,增加可读性。

本书可作为电子信息类、自动化类、电气类以及计算机类等专业“***与系统”课程的本科生教材，也可作为相关专业“***与系统”课程的研究生入学考试复习参考书，或从事相关领域工作的科技人员的基础理论参考书。

与本书配套的学习辅导书——《***与系统学习及解题指导》已由清华大学出版社出版，后续即将出版《***处理实验及应用（MATLAB、C/C

版）》。另外，制作了多媒体电子教案和“***与系统电子课堂教学网站”，形成立体化的教材建设。

目录

第1章***与系统的一般概念

1.1***的描述及分类

1.1.1***的描述

1.1.2***的分类

1.2系统的概念及描述

1.3***与系统的分析方法

本章结语

习题

第2章连续时间***与系统的时域分析

2.1典型***

2.2连续时间***的运算规则

2.3奇异***分析

2.3.1单位阶跃***

2.3.2符号函数

2.3.3单位冲激***

＊2.3.4冲激偶函数

2.4确定性***的时域分解

2.4.1直流分量与交流分量

2.4.2奇分量和偶分量

2.4.3按脉冲分量进行分解

2.5系统的一般特性

2.6系统的单位冲激响应

2.6.1系统的状态——0-到0

2.6.2系统的单位冲激响应

2.7卷积

2.7.1LTI系统的输入输出关系

2.7.2卷积的性质

2.7.3卷积的求解

2.7.4周期***的表示

2.8用h(t)表征LTI系统的特性

2.9连续时间系统的数学模型

2.9.1微分方程的时域建立

2.9.2微分方程的时域经典解法

2.10因果LTI系统的零输入响应和零状态响应

2.10.1零输入响应和零状态响应的概念

2.10.2零输入响应和零状态响应的求解

2.10.3系统的线性

2.10.4各对响应之间的关系

2.10.5h(t)的时域求解

本章结语

习题

第3章连续时间***的频域分析

3.0引言

3.1***的正交分解

3.1.1***的谐波分量分解

3.1.2Dirichlet条件

3.2周期***的傅里叶级数展开

3.2.1三角形式的傅里叶级数

3.2.2幅度相位形式的傅里叶级数

3.2.3指数形式的傅里叶级数

3.2.4傅里叶级数展开式各系数间的关系

3.3傅里叶级数的性质

3.3.1线性

3.3.2位移性质

3.3.3时域微分性质

3.3.4时域奇偶对称性

3.4***的频谱

3.4.1***的“谱”表示

3.4.2周期***的频谱

3.4.3周期***频谱的特点

3.5***的功率谱

3.6有限项和均方误差

3.7非周期***的傅里叶变换

3.7.1从傅里叶级数到傅里叶变换

3.7.2典型***的傅里叶变换

3.7.3傅里叶变换的性质

3.8周期***的傅里叶变换

3.8.1典型周期***的傅里叶变换

3.8.2一般周期***的傅里叶变换

本章结语

习题

第4章连续时间系统的频域分析

4.0引言

4.1系统的频率响应

4.2电路元器件的频域特性

4.3系统的级联、并联

4.4用傅里叶变换分析系统

4.5***通过线性系统不失真的条件

4.5.1无失真传输系统的定义

4.5.2失真分类

4.6理想滤波器

4.6.1理想低通滤波器

4.6.2理想带通滤波器

4.6.3全通系统的频率响应

4.7物理可实现系统频率响应的约束条件

4.7.1物理可实现系统的频域准则

4.7.2因果系统的频率响应

＊4.8希尔伯特滤波器

本章结语

习题

第5章连续时间***与系统的复频域分析

5.0引言

5.1拉普拉斯变换公式推导

5.1.1从傅里叶变换到拉普拉斯变换

5.1.2拉普拉斯变换与傅里叶变换的比较

5.2单边拉普拉斯变换及其性质

5.2.1单边拉普拉斯变换

5.2.2典型***的拉普拉斯变换

5.2.3拉普拉斯变换的性质

5.3拉普拉斯反变换

5.3.1观察法

5.3.2部分分式展开法

5.4用拉普拉斯变换求解微分方程和分析电路

5.4.1用拉普拉斯变换求解微分方程

5.4.2用拉普拉斯变换分析电路

5.5系统函数及零极点

5.5.1系统函数

5.5.2系统的零极点分布图

5.6系统的零极点分布与时间特性

5.6.1极点分布与时域波形

5.6.2零点影响波形的幅度和相位

5.7因果系统的稳定性

5.7.1因果稳定系统的s域特征

5.7.2稳定性的分类

5.8由零极点分析系统的响应

5.8.1自由响应与强迫响应

5.8.2暂态响应和稳态响应

5.8.3正弦***和单边正弦***通过稳定系统的响应

5.9系统的零极点分布与频率特性

5.9.1稳定系统频率响应的几何确定法

5.9.2系统的频率响应分析举例

5.10全通系统和小相位系统

5.10.1全通系统

5.10.2小相位系统

5.11连续时间系统的物理模型

5.11.1系统的基本结构

＊5.11.2连续时间系统的模拟

＊5.12双边拉普拉斯变换

5.12.1拉普拉斯变换的收敛域

5.12.2因果系统、稳定系统的s域特征

5.12.3双边拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系

本章结语

习题

第6章连续时间***的抽样

6.0引言

6.1时域均匀抽样

6.2理想抽样

6.3正弦***的抽样

***矩形脉冲抽样

6.5抽样***的理想内插

＊6.6频域抽样

6.7连续时间***到离散时间***

本章结语

习题

第7章离散时间***与系统的时域分析

7.0引言

7.1离散时间***

7.1.1典型序列

7.1.2正弦序列的周期性

7.1.3序列的运算规则

7.2离散时间系统

7.2.1离散时间系统的特性

7.2.2离散时间系统的数学模型

7.2.3差分方程的边界条件和离散系统的初始状态

7.2.4线性常系数差分方程与系统的特性

7.2.5离散时间系统的物理模型

7.3线性常系数差分方程的时域求解

7.3.1迭代法

7.3.2时域经典解法

7.3.3因果LTI系统的零输入响应和零状态响应

7.4离散系统的单位抽样响应

7.4.1典型LTI系统的单位抽样响应

7.4.2离散LTI系统的输入输出关系

7.4.3用h(n)表征离散LTI系统的特性

7.5离散***的卷积

7.5.1卷积性质

7.5.2卷积求解

7.5.3任意***与δ(n)、u(n)的卷积

本章结语

习题

第8章离散时间***与系统的z域分析

8.0引言

8.1z变换定义及其收敛域

8.1.1序列的z变换定义

8.1.2z变换的收敛域

8.1.3z变换的零极点

8.1.4典型序列的z变换

8.2z变换的性质

8.3z反变换

8.3.1观察法

8.3.2部分分式展开法

8.3.3留数法

8.3.4幂级数展开法

8.4用z变换求解差分方程

8.4.1差分方程的z域求解

8.4.2用z变换求因果系统的零输入响应和零状态响应

8.5离散系统的系统函数

8.5.1系统函数的概念

8.5.2离散系统的零极点

8.5.3离散LTI系统的因果性和稳定性判据

8.6零极点分布与时间特性的关系

8.7由零极点分析离散系统的响应

8.7.1自由响应与强迫响应

8.7.2暂态响应和稳态响应

8.8离散系统对正弦序列的响应

8.8.1单边正弦序列通过因果稳定系统

8.8.2正弦序列通过稳定系统

本章结语

习题

第9章离散时间***与系统的频域分析

9.1离散时间***的傅里叶变换

9.2离散时间傅里叶反变换

9.3离散时间系统的频域分析

9.3.1离散时间系统的频率响应

9.3.2离散时间稳定系统频率响应的几何确定法

＊9.4离散全通系统

本章结语

习题

第10章系统的状态空间分析

10.0引言

10.1状态空间分析的基本概念

10.2系统的***流图

10.2.1由框图到流图

10.2.2***流图的组成

10.2.3系统结构的流图表示

10.3连续时间系统状态方程的建立

10.3.1根据流图建立状态方程

10.3.2由电路图建立状态方程

10.4连续时间系统状态方程的求解

10.4.1状态变量分析法的时域求解

10.4.2状态变量分析法的s域求解

10.4.3状态转移矩阵e［A］t的求解

10.5离散时间系统状态方程的建立

10.5.1由差分方程建立状态方程

10.5.2由方框图或流图建立状态方程

10.6离散时间系统状态方程的求解

10.6.1时域求解

10.6.2z域分析

10.6.3状态转移矩阵［A］n的求解

10.7状态空间分析中的系统函数

10.7.1连续时间系统的系统函数

10.7.2离散时间系统的系统函数

10.7.3***流图的梅森公式

10.7.4状态空间分析中系统的稳定性

＊10.8系统的可控性和可观测性

本章结语

习题

附录

参考文献

许淑芳，北京信息科技大学信息与通信工程学院教师。长期从事***与系统的教学研究工作，对***与系统有着较深的理解。曾***开发***与系统的网络教学平台，制作***与系统的多媒体课件，出版了***与系统的教材（作者，一种全新的叙述模式），合作翻译过网络安全方面的书籍。参加过学校首届教学、实验基本功比赛，分获一等奖、二等奖及*教案奖，发表过有关***处理方面的论文，参加过国家重大专项和自然基金项目。

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编辑推荐

本书着重“***与系统”的知识体系和理论框架的搭建。? 每章开篇的“引言”对本章内容进行导引、设问；结尾的“结语”是本章知识内容的核心点睛。? 中间内容穿插“问题思考”“深层分析”“提示”以及“诀窍”等，引导对问题的主动思考，对概念的深入理解，以及对一些难以演算的问题形成“傻瓜解法”。? 本书深入浅出，尽量从物理概念的角度分析问题，通过精编例题，对“***与系统”的概念和分析方法进行详细透彻的解析。? 结合日常生活中的案例，通过一些生活化的语言，增加本书的可读性和易于理解性。

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前言

前言

“***与系统”是电子信息类、自动化类、电气类以及计算机类等专业的一门非常重要的专业基础课程。多年前美国麻省理工学院（MIT）做过一次关于大学课程的调查，时间跨度几十年，结果发现有些课程从有到无，有些课程从无到有，只有少数课程的内容变化很小，“***与系统”是其中的一门。为什么呢？原因是，“***与系统”是用数学的方法分析解决物理问题，分析方法既严谨又有效。而且“***与系统”所涉及的理论又是很多专业领域的基础，尤其在信息高度发展的今天，通信、网络、信息处理等进入到前所未有的发展阶段，其中涉及的基本原理很多是“***与系统”课程中的。作为后续专业课的基础，“***与系统”在通信、电子信息、生物医学、电气工程、运输物流、工程机械、声学、地震学、化学过程控制、社会经济等诸多领域都有着广泛的应用。

作为一门理论课程，“***与系统”涉及了大量的公式。因此，一些学生在学习过程中，习惯于将“***与系统”作为数学来学，除了演算似乎并不能深刻理解“***与系统”到底是一门怎样的课程。本书尽量从物理概念的角度来剖析这门课程，对一些基本原理、基本分析方法给出适当的物理解释，力图引导读者深入理解“***与系统”这门课程的知识内涵。虽然“***与系统”是一门比较难的课程，但是也是一门系统性很强的课程，有其特有的分析方法和清晰的知识脉络。这是本书编写的出发点及核心宗旨。本书每章开篇有引言，结尾有结语，将***与系统的知识内容串接起来，引导读者建立分析思路，理清知识脉络；穿插于中间的问题思考、深层分析、提示等能帮助读者深入思考，理解并掌握问题的核心内容。本书从大的知识框架入手，着重知识体系和分析理论的建立，强化知识架构、基本概念以及分析方法。书中大量的图表使得抽象的理论形象化，精心编写的例题有助于概念的理解和分析方法的掌握，而一些分析问题的“诀窍”可以大大简化繁琐的演算，形成“傻瓜解法”。本书的知识内容相对较广，有一定的深度，但在知识阐述上，尽量深入浅出、化繁为简，将抽象的难以理解的理论简单化。书中理论结合实际的一些案例，以及一些生活化的语言使得阅读不再枯燥。全书共10章，遵循先时域连续后时域离散的顺序。连续时间***与系统有着明确的物理概念，因此，易于理解和接受，这部分重点在于理解概念并建立分析方法；而离散时间***与系统的分析方法与连续时间***与系统的分析方法有着并行的相似性，在建立了基本的分析理论后重在后续的数字化处理。前5章是连续时间***与系统的分析，着重理解概念、建立分析方法和分析思路。第1章***与系统的一般概念，主要是对***与系统的整体有一个大致的了解；第2章是连续时间***与系统的时域分析，由于时域是真实的物理世界，因此，强化概念的建立和理解，而弱化具体实际系统的求解，因为简捷的求解方法在变换域。第3章和第4章是连续时间***与系统的频域分析，由于频率是物理量，因此，频域分析有物理意义，即***的频谱和系统的频率响应，正因为此，傅里叶分析具有非同寻常的工程意义，被广泛应用。第5章是连续时间***与系统的拉普拉斯分析，本章主要建立s域的分析方法，拉普拉斯变换作为工具求解电路和微分方程异常简单，同时通过系统函数或零极点分析系统。实际上，到第5章，***与系统的端口分析方法基本建立完毕。第6章是连续时间***的抽样，解决为什么可以用数字处理的手段来处理连续时间***与系统的问题。经过采样，连续时间***变成离散时间***。第7章、第8章、第9章分别是离散时间***与系统的时域分析、z域分析和频域分析，离散时间***与系统的分析方法在很多方面与连续时间***与系统的分析方法有着并行的相似性，这为理解离散时间***与系统提供了简便的分析途径。***与系统的课程内容是***与系统的分析。***分析主要是***的分解和变换，描述方法有数学表达式和图形描述，不论在时域、频域，还是复频域，都可以写出数学表达式，也可以画出相应的图形，例如，***的时域函数表达式以及相应的波形，或者频域的频谱函数及其频谱图，等等。系统分析方法包括端口分析和状态空间分析。前9章是系统的端口分析，用数学模型（微分方程或差分方程）、物理模型（框图）以及表征函数（系统函数和单位冲激响应）来描述系统，在时域和变换域进行分析，适于线性定常系统、单输入单输出（SISO）系统。第10章是系统的状态空间分析，其物理模型是流图，数学模型是状态方程和输出方程，相当于把黑匣子打开，分析系统内部的状态，适于分析多输入多输出（MIMO）系统、非线性、时变系统，可以对状态变量进行观测和控制，是系统的完全描述。作为端口分析方法中的系统函数依然可以作为状态空间分析的一个系统表征，分析系统的一些特性，但是由它来描述系统有时是不完全的。本书适合学时为48~72学时，学时少的可以只讲前8章的基本概念和基本分析方法，对于加注“*”的章节内容可根据实际需要酌情省略。

与本书配套的有《***与系统学习及解题指导》（已由清华大学出版社出版），以及后续的《***处理实验及应用》。另外，结合本教材，制作了多媒体电子教案，从而形成***与系统的立体化教材，便于读者学习和参考。当今信息技术的发展，移动互联以及创新模式的不断涌现，教学环境也在悄悄发生着变化，自主、自由地学习也许在不远的将来会成为主流，网络课堂、慕课（MOOC）等也许更加顺应时代的要求。本书的阐述方式以及内容架构为的是增加可读性和易于理解并引导思考问题，便于读者开放式的学习。由于时间仓促和水平有限，疏漏或不妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

作者2016年12月于北京