信號與系統模擬教程及實驗指導

本書採用篇章式結構，與理論課程緊密相關。本書分為模擬基礎篇、模擬實現篇、基本實驗篇和進階實驗篇四部分。模擬基礎篇主要介紹MATLAB軟件的編程原理和技巧，包括第1~3章。模擬實現篇主要介紹信號與系統課程重要知識點的模擬實現，包括第4～8章。基本實驗篇主要介紹11個模擬實驗和4個硬件實驗，包括第9~11章。進階實驗篇主要介紹10個具有明確科研背景的綜合及設計性實驗，對應第12章。第13章為拓展閱讀。 本書可作為“MATLAB編程與工程應用”課程的教材、“信號與系統”課程的配套實驗教材，也可作為本科畢業設計和信號處理領域工程實踐的參考書。

目錄

模擬基礎篇

第1章MATLAB入門及計算

1.1簡介

1.2幫助系統

1.3變量、數據類型和顯示

1.4標點符號和常用控制命令

1.5數組創建和編址尋訪

1.5.1數組的創建

1.5.2數組元素編址

1.5.3數組元素尋訪

1.6數組和矩陣運算

1.6.1運算符

1.6.2函數

1.7隨機數產生和統計分析

1.8多項式計算

1.8.1多項式的表示和求值

1.8.2多項式求根

1.8.3多項式的乘除

1.8.4多項式擬合

1.9符號計算

1.9.1符號變量和符號表達式的創建

1.9.2符號表達式的計算

第2章MATLAB程序設計及繪圖

2.1M文件

2.1.1腳本文件

2.1.2函數文件

2.2程序控制

2.2.1循環結構

2.2.2選擇結構

2.2.3其他命令

2.3常見錯誤類型

2.4良好的編程習慣

2.5二維繪圖

2.5.1繪圖函數

2.5.2軸系形態和標識

2.5.3多次疊繪和多子圖

2.6三維繪圖

2.6.1曲線圖

2.6.2曲面圖

2.7圖形窗編輯

第3章Simulink及GUI

3.1Simulink簡介和啟動

3.2Simulink基本模塊

3.2.1Sources庫

3.2.2Sinks庫

3.3Simulink實例

3.4GUI簡介

3.5GUI啟動

3.6GUI設計步驟

3.6.1分析需求

3.6.2完成佈局

3.6.3修改控件屬性

3.6.4保存GUI

3.7回調函數編寫

3.8GUI運行

模擬實現篇

第4章信號與系統的時域分析

4.1連續時間基本信號產生

4.1.1復指數信號

4.1.2單位階躍信號

4.1.3單位沖激信號

4.1.4斜坡信號

4.1.5門信號

4.1.6三角信號

4.1.7抽樣信號

4.1.8周期矩形脈沖信號

4.1.9周期三角信號

4.2離散時間基本信號產生

4.2.1復指數序列

4.2.2單位階躍序列

4.2.3單位樣值序列

4.2.4矩形序列

4.3信號的基本運算

4.3.1信號的相加和相乘

4.3.2信號的翻轉、展縮和平移

4.3.3離散時間信號的差分與累加

4.3.4連續時間信號的微分與積分

4.3.5信號的奇偶分解

4.4系統的分類

4.4.1線性系統

4.4.2時不變系統

4.5連續時間系統的時域分析

4.5.1系統的表示

4.5.2連續時間系統的零狀態響應

4.5.3連續時間系統的零輸入響應

4.5.4連續時間系統的沖激響應與階躍響應

4.5.5捲積積分

4.6離散時間線性時不變系統的時域分析

4.6.1離散時間系統的零狀態響應

4.6.2離散時間系統的零輸入響應

4.6.3離散時間系統的全響應

4.6.4離散時間系統的樣值響應與階躍響應

4.6.5捲積和與解捲積

第5章連續時間信號與系統的頻域分析

5.1周期信號的傅里葉級數

5.1.1傅里葉級數的計算

5.1.2周期信號的頻譜

5.1.3周期信號的分解

5.1.4周期信號的合成

5.2非周期信號的傅里葉變換

5.2.1傅里葉變換的符號函數求解

5.2.2傅里葉變換的數值計算

5.3傅里葉變換性質

5.3.1奇偶特性

5.3.2展縮特性

5.3.3時移特性

5.3.4頻移特性

5.4連續時間系統的頻率響應

5.5正弦信號通過系統的響應

5.6無失真傳輸

5.6.1無失真傳輸系統

5.6.2信號的無失真傳輸

5.7理想與實際濾波器

5.7.1理想濾波器

5.7.2實際濾波器

5.7.3利用Simulink實現信號的濾波

5.8時域抽樣和恢復

5.8.1信號的時域抽樣

5.8.2抽樣信號的頻譜

5.8.3時域抽樣定理

5.8.4抽樣信號的恢復

第6章離散時間信號與系統的頻域分析

6.1周期序列的傅里葉級數

6.1.1傅里葉級數的計算

6.1.2快速傅里葉變換

6.1.3周期序列的頻譜

6.2非周期序列的傅里葉變換

6.2.1離散時間傅里葉變換

6.2.2離散時間傅里葉反變換

6.2.3離散時間傅里葉變換的展縮性質

6.3幾種傅里葉變換的關系

6.4離散時間系統的頻域分析

6.4.1離散時間系統的頻率響應

6.4.2正弦序列通過系統的響應

6.4.3實際濾波器

第7章連續時間信號與系統的復頻域分析

7.1信號的拉普拉斯變換

7.1.1符號函數求解單邊拉普拉斯變換

7.1.2符號函數求解單邊拉普拉斯反變換

7.1.3部分分式展開法求解拉普拉斯反變換

7.2連續時間系統的零極點分析

7.2.1連續時間系統函數的零極點

7.2.2零極點分佈對因果系統單位沖激響應的影響

7.2.3零極點分佈對穩定系統頻率響應的影響

7.3連續時間系統的模擬

7.3.1級聯實現

7.3.2並聯實現

7.4連續時間系統的響應

7.4.1指數信號通過系統的響應

7.4.2利用狀態方程求解系統全響應

第8章離散時間信號與系統的z域分析

8.1序列的z變換

8.1.1符號函數求解單邊z變換

8.1.2符號函數求解單邊z反變換

8.1.3部分分式展開法求解z反變換

8.2離散時間系統的零極點分析

8.2.1離散時間系統函數的零極點

8.2.2零極點分佈對因果系統單位樣值響應的影響

8.2.3零極點分佈對穩定系統頻率響應的影響

8.3離散時間系統的響應

8.3.1指數序列通過系統的響應

8.3.2利用z變換求解差分方程

基本實驗篇

第9章模擬實驗

9.1信號的產生與可視化

9.2信號的基本運算

9.3捲積積分與捲積和

9.4連續時間系統的時域分析

9.5離散時間系統的時域分析

9.6連續時間周期信號的頻域分析

9.7連續時間非周期信號的頻域分析

9.8連續時間系統的頻域分析

9.9離散時間信號與系統的頻域分析

9.10連續時間信號與系統的復頻域分析

9.11離散時間信號與系統的z域分析

第10章實驗箱及示波器

10.1實驗箱總體介紹

10.2實驗箱主要模塊

10.2.1S2信號源及頻率計模塊

10.2.2S3抽樣定理及濾波器模塊

10.2.3S4數字信號處理模塊

10.2.4S5模塊

10.3雙蹤示波器總體介紹

10.3.1主要技術指標

10.3.2各按鍵用途及使用方法

10.4示波器的典型應用

第11章硬件實驗

11.1周期矩形脈沖信號的分解與合成

11.2信號的無失真傳輸

11.3信號的濾波

11.4信號的抽樣與恢復

進階實驗篇

第12章拓展實驗

12.1音樂合成

12.2雙音多頻信號識別

12.3信號的短時傅里葉變換

12.4語音信號降噪

12.5回聲消除

12.6幅度調制與解調

12.7雷達信號的發射與接收

12.8雷達測距

12.9雷達測速

12.10地雜波對消

第13章擴展閱讀

13.1MATLAB的發展歷程

13.2MATLAB的替代方案

13.2.1SCILAB

13.2.2Octave

13.3沖激信號背後的故事

13.3.1狄拉克生平

13.3.2狄拉克δ函數的誕生

13.4拉普拉斯變換的前世今生

13.5雷達發展簡史

13.5.1雷達起源與發展

13.5.2中國雷達發展歷程

13.6我國著名雷達專家

13.6.1申仲義： 我國雷達事業創始人之一

13.6.2保錚： “雷達裁判長”

13.6.3劉永坦： “海防長城”鑄造者

13.6.4郭桂蓉： 精確制導武器自動目標識別領域的著名專家

附錄本書用到的主要MATLAB函數

參考文獻