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用MATLAB实现信号和系统。 (英语) Zbl 1192.93001号

柏林:施普林格出版社(ISBN 978-3-540-92953-6/hbk;978-3-540-92954-3/电子书)。xv,第474页。(2009).
信号和系统知识对电气工程专业的学生至关重要。本书的主要目的是为读者学习信号处理、通信、,从信号和系统的基本概念到如何使用MATLAB和Simulink工具进行信号分析和滤波器设计的手册式介绍,涵盖了各种主题。这本书的内容可以概括如下:
第一章“信号和系统”介绍了信号和系统的数学描述。讨论了信号和系统分析的基本概念,如线性、时间不变性、因果关系、稳定性、脉冲响应和系统函数(传递函数)。接下来的两章“连续时间傅里叶分析”和“离散时间傅里尔分析”介绍了四种傅里叶分析仪,即CTFS(连续时间傅立叶级数)、CTFT(连续时间Fourier变换)、DFT(离散时间FourierTransform)和DTFS(离散时间付里叶级数)。它们还描述了它们之间的关系,以便读者能够理解为什么只有这四种工具的DFT用于实际频谱分析,以及它与其他工具的区别,并进一步思考如何减少差异,以从DFT分析中获得关于信号频谱特征的更好信息。连续时间和离散时间信号/系统并行显示,以节省时间/空间来解释这两个相似的信号/系统。
第四章“z变换”介绍了本主题的主要知识。描述了z变换和逆z变换的主要定义和性质。给出了求给定z变换表达式的逆z变换的几种方法。探讨了系统功能、频率响应和差分方程之间的关系。解释了如何利用z变换分析离散时间线性时不变系统。第五章“采样与重构”描述了连续时间和离散时间信号如何与其他信号相关。讨论了数模转换器、模数转换器和采样保持装置的基本功能。考虑了CTFT和DTFT之间的关系以及采样对连续时间信号频谱的影响。综述了采样定理和从采样信号重构原始信号的方法。本主题不仅深入了解了连续时间信号和离散时间信号之间的关系,而且有助于了解采样的真正含义。
第6章“连续时间系统和离散时间系统”考虑了这些系统如何相互关联。讨论了离散时间等效(数字模拟器)的概念和准则。考虑了各种离散化方法以获得给定模拟系统的离散时间等效值,可用于采样数据系统的分析和设计。第七章“模拟和数字滤波器”介绍了如何使用MATLAB设计模拟和数字过滤器,以满足给定的频率响应规格。特别是对于模拟滤波器,介绍了执行电路级设计的MATLAB例程。第八章“线性时间不变量的状态空间分析”介绍了系统的状态空间描述,它由状态方程和输出方程组成。定义了状态转移矩阵,导出了连续线性时不变状态方程的解。讨论了连续状态方程的离散化技术和相似变换。
在书的末尾,给出了拉普拉斯变换、各种其他变换、复数、向量和矩阵的运算以及一些有用的公式的一些重要描述。还简要介绍了MATLAB和Simulink。MATLAB被广泛集成到文本中,具有双重目的。一是让读者了解这些软件工具的存在,并感受到它们在计算和绘图方面的强大功能。另一个是帮助读者了解卷积、相关性、时间/频率响应、傅里叶分析及其结果等概念的物理意义、解释和/或应用。本书末尾的附录中总结了用于信号处理应用的MATLAB命令和Simulink块集,期望能像手册一样使用。
作者没有假设读者精通MATLAB。然而,他们并没有隐藏他们的期望,即读者会对使用MATLAB和Simulink进行信号分析和滤波器设计感兴趣,因为他们试图理解一些概念上或实践上重要的示例/问题所附带的MATLAB程序,并且能够修改这些程序以解决他们自己的问题。
总之,本书涵盖了大部分理论基础和数学推导,这些理论和推导将用于信号处理、通信和控制等更高层次的相关学科,从而最大限度地减少了数学难度和计算负担。大多数示例/问题的设计都是为了说明关键概念,激发兴趣,或与任何应用程序建立联系,以便读者能够理解应该研究哪些示例/问题。这些想法是在不断参考实际情况的基础上逐步发展起来的。其中包括了许多示例,以帮助发展思路,并说明所呈现的材料。
这本书主要面向学习“信号与系统”课程的初级学生。对于想要获得信号处理所需的一些概念的实习工程师和科学家来说,它可能是有用的参考文本。假设读者了解线性代数、微积分(关于复数、微分和积分)、微分方程、拉普拉斯变换和MATLAB的基础知识。了解一些电路系统会有所帮助。

MSC公司:

93-01 与系统和控制理论相关的介绍性说明(教科书、教程论文等)
94-01 与信息与传播理论相关的介绍性说明(教科书、教程论文等)
94甲12 信号理论(表征、重建、滤波等)
93E11号机组 随机控制理论中的滤波
94A20型 信息与传播理论中的抽样理论
93二氧化碳 控制理论中的线性系统
93C55 离散时间控制/观测系统
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