Computer Explorations in Signals and Systems Using MATLAB pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:John R. Buck

出品人:

页数:207

译者:

出版时间:1996-11-1

价格:USD 23.20

装帧:Textbook Binding

isbn号码:9780137328680

丛书系列:

图书标签:

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好的，这是一份关于一本名为《Computer Explorations in Signals and Systems Using MATLAB》的图书的详细简介，内容将严格围绕该书的预期主题展开，并避免提及任何与该书内容无关的信息。 --- 《Computer Explorations in Signals and Systems Using MATLAB》图书简介 本书旨在为信号与系统领域的学生和工程师提供一个将理论知识与实践操作紧密结合的学习平台。通过全面利用MATLAB这一强大的计算和可视化工具，读者将能够深入理解信号处理和系统分析的核心概念，并通过实际的计算与仿真来验证和探索理论成果。本书不仅仅是一本理论教材的补充，更是一本侧重于“做中学”的实验和应用指南。 第一部分：基础概念的计算与可视化 本书的开篇部分聚焦于信号与系统的基本要素，并立即引入MATLAB环境作为实现这些概念的工具。 1. 信号的表示与操作： 我们将从离散时间信号和连续时间信号的基本定义入手。读者将学习如何在MATLAB中高效地生成和表示各种标准信号，如单位冲激信号、单位阶跃信号、正弦信号以及复合信号。重点在于如何利用向量和矩阵运算来模拟信号的平移、缩放、翻转和叠加等操作。例如，通过编程实现信号的加权求和与时间轴上的移动，并利用`plot`函数实时观察这些操作对信号波形的影响。 2. 系统的基本特性： 系统的线性、时不变性（LTI）是理解信号处理的基础。本书将提供详细的MATLAB脚本，用于系统测试。读者将学习如何构建输入信号（如脉冲或阶跃），然后通过编程验证系统的零输入响应（ZIR）和零状态响应（ZSR）。关键在于，如何设计MATLAB函数来自动判断一个给定系统模型是否满足叠加原理和移不变性。 3. 卷积与系统的冲激响应： 卷积是LTI系统分析的核心。本书将深入探讨离散时间卷积（如使用`conv`函数）和连续时间卷积的数值近似。通过实例，我们将展示如何利用MATLAB计算给定输入信号与系统冲激响应之间的卷积，从而确定系统的输出。可视化部分将着重于对比输入信号、冲激响应的翻转与位移过程，以及最终积分/求和过程的几何解释，使抽象的卷积运算具象化。 第二部分：时域分析与系统建模 本部分将侧重于在时域内对系统进行分析和建模，充分利用MATLAB的数值计算能力。 4. 差分方程与系统表示： 对于离散时间系统，差分方程是描述其行为的关键。本书将指导读者如何将线性常系数差分方程（LCCDE）转化为MATLAB代码。我们将使用MATLAB的符号运算工具箱（如适用）或直接的数值迭代方法来求解差分方程，并分析不同系数对系统动态特性的影响。 5. 系统的框图实现与仿真： 在实际工程中，系统往往由一系列互联的组件构成。本书将介绍如何使用MATLAB脚本来构建系统的仿真框图。读者将学习如何将反馈结构、前馈路径等复杂结构转化为可执行的程序模块，并进行瞬态响应和稳态响应的仿真分析。这包括使用`lsim`函数对连续时间系统进行时间域仿真，并对仿真结果进行误差分析。 6. 稳定性与自然响应： 系统的稳定性是至关重要的考量。我们将利用MATLAB来计算系统的特征根（Pole），并直观地将这些极点位置与系统的时域响应（如衰减速度、振荡频率）联系起来。通过参数化设计，读者可以实时调整系统参数，并在MATLAB中观察极点位置变化如何导致系统从稳定到临界稳定再到不稳定的转变过程。 第三部分：频域分析与变换工具 转换域分析是信号与系统分析的强大工具。本书将详尽介绍傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换在MATLAB中的应用。 7. 傅里叶分析与频谱： 我们将深入探讨傅里叶级数（FS）和傅里叶变换（FT）的计算。重点在于如何利用MATLAB的快速傅里叶变换（FFT）算法来分析离散时间信号的频谱。关键练习包括：如何选择合适的采样率和窗口长度来准确地估计连续信号的频谱；如何利用谱分析工具箱函数（如`pwelch`）进行功率谱密度估计；以及如何解释泄漏（Leakage）现象及其缓解方法。 8. 系统的频率响应： 系统的频率响应是频域分析的核心。本书将指导读者如何利用MATLAB计算和绘制LTI系统的频率响应函数 $H(jomega)$ 或 $H(e^{jomega})$。重点包括使用波德图（Bode Plot）来分析系统的增益裕度和相位裕度，以及理解滤波器（如低通、高通）的幅度特性与相移特性。 9. 拉普拉斯变换与Z变换的计算： 对于连续时间和离散时间系统，拉普拉斯和Z变换提供了代数求解的途径。本书将展示如何使用MATLAB的符号工具箱来求取传递函数 $H(s)$ 或 $H(z)$，并求解系统的零点和极点。此外，我们将侧重于使用这些变换来分析系统的闭环控制结构，并进行系统的稳定性判断。 第四部分：现代信号处理的计算实现 最后一部分将连接理论与现代信号处理的实践需求，展示MATLAB在更高级应用中的能力。 10. 离散时间傅里叶变换（DTFT）与DFT的精确实现： 本书将详细区分理论上的DTFT与实际计算中的DFT。我们将编写程序来演示DTFT的周期延拓特性，并深入探讨DFT的离散化误差。通过实例，读者将学会如何使用DFT来分析周期信号和有限长信号，并理解FFT算法的高效性。 11. 滤波器设计与仿真： 滤波是信号处理中应用最广泛的技术。我们将使用MATLAB的滤波器设计工具箱（如`firwin`, `butter`, `cheby1`等函数）来设计FIR和IIR滤波器。重点不仅仅是调用函数，而是理解设计参数（如截止频率、阻带衰减）如何影响滤波器的时域和频域特性。并通过仿真比较不同类型滤波器的性能。 12. 系统辨识与数据驱动建模： 在许多实际场景中，系统的数学模型是未知的。本书将介绍如何使用实验采集的信号数据，通过MATLAB的系统辨识工具箱（或基础的最小二乘法实现）来估计系统的脉冲响应或传递函数。这将使读者能够从“黑箱”数据出发，建立可分析的信号与系统模型。 通过贯穿始终的大量MATLAB编程实例、交互式仿真和详细的图表分析，本书确保读者不仅能“知道”信号与系统的原理，更能“做到”在工程实践中有效地应用这些工具来解决实际问题。

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这本书最大的亮点（或者说，最能体现其“计算探索”这一主题的方面）在于它并未将MATLAB仅仅视为一个辅助的计算器，而是将其融入到了理论探究的核心环节。不同于那些在章节末尾附带一堆独立的代码练习的教材，这里的例子是内嵌在理论推导过程中的。每当引入一个新的核心概念，作者都会立即展示如何利用编程工具来模拟、可视化和验证该概念。这种即时反馈的学习机制，极大地降低了抽象数学概念的“不可见性”。例如，在讨论滤波器设计时，我们不仅看到了巴特沃斯的理论公式，更直观地看到了不同阶数和截止频率下，其频率响应曲线的细微变化。这种将理论（Theory）与实践模拟（Simulation）无缝连接的处理方式，让信号处理不再是纸上的游戏，而是可以被直接“触摸”和“观察”的物理现象。

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阅读过程中，我发现本书的叙述风格非常冷静和客观，几乎没有使用任何花哨的语言来粉饰概念。它更像是一位经验丰富的老教授，用最精确的词汇描绘复杂的数学结构。对于那些习惯了网络教程中轻松愉快的氛围的读者来说，初期的阅读体验可能会有些吃力，需要反复咀嚼才能体会其间的精妙。我记得在讲解拉普拉斯变换时，作者花了整整三页纸来论证收敛域（ROC）的重要性，而不是像其他教材那样简单地将其视为一个应用工具。这种对细节的偏执，体现了作者对信号系统学科根基的深刻理解和尊重。正是这种近乎苛刻的精确性，帮助我最终理解了为什么在处理非因果系统时，必须时刻关注ROC的边界条件。这种深度带来的知识的牢固性，是其他任何轻量级读物都无法比拟的。

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总体而言，这本书给我的感受是“厚重而可靠”。它不迎合速成的心态，也不追求表面的时髦。它要求读者投入时间，去理解那些决定了现代通信、控制和图像处理等领域基石的数学原理。我将其视为一个严谨的“数字世界建筑指南”，而不是一本“快速搭房指南”。虽然在阅读初期，我经常需要查阅参考书来补充离散傅里叶变换（DFT）相关的预备知识，但一旦跨过了最初的知识门槛，你会发现这本书提供的知识体系具有极强的自洽性和延展性。它为我后续学习高级的数字信号处理（DSP）或系统辨识打下了无懈可击的理论基础，其价值绝非仅仅停留于课程考试的通过，而是真正塑造了一种工程师面对复杂系统时的分析框架。

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这本书的内容组织逻辑非常严谨，仿佛是作者在精心设计一条通往深刻理解的线性路径。它没有急于抛出复杂的傅里叶变换或Z变换，而是花了大量的篇幅在离散时间系统和连续时间系统的基本概念上打磨。我尤其欣赏它在引入卷积积分和卷积和时所采用的循序渐进的方法——先用直观的物理类比构建框架，随后才引入抽象的数学表达。这使得初学者在面对那些令人望而生畏的积分符号时，不至于立刻感到迷失方向。更重要的是，它非常注重理论与实际应用的衔接，虽然篇幅上侧重理论推导，但章节末尾的“思考题”往往能巧妙地将理论知识投射到实际的工程场景中去，迫使我们思考“为什么我们要学习这些？”而不是仅仅停留在“如何计算”的层面。这种教学方法的深度，远超我之前阅读过的许多同类书籍，它真正培养的是一种系统分析问题的思维模式。

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这本书的封面设计相当朴素，坦白说，初次拿到它的时候，我并没有抱太高的期待。那种深沉的蓝色调，配上略显过时的字体，总让人感觉它像是某个年代遗留下来的学术经典，而不是紧跟前沿的现代教材。翻开内页，排版是典型的教科书风格，密密麻麻的公式和图表占据了大部分篇幅，偶尔穿插着一些简短的文字解释。给我的第一印象是：这是一本“硬核”到需要付出极大努力才能啃下来的书。我曾尝试在其他更注重视觉吸引力的教材中寻找信号与系统的入门指南，但那些书往往为了追求易懂而牺牲了严谨性，读完后总感觉知识点浮在水面，抓不住核心的数学本质。因此，我决定挑战一下这本看似不那么“友好”的著作，希望能真正扎下基础。尽管它的外表可能不够吸引人，但那种严肃对待学科的态度，反倒激发了我深入钻研的兴趣，毕竟信号与系统这种基础学科，需要的正是这种扎实的学术底蕴。

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本以为学了就可以偷懒的，发现，这书着实看不懂。

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