信号与系统分析

本书在编写过程中注意突出以下特色：一是紧扣新工科发展需求。信号与系统课程虽属于专业基础课程，基础理论经典成熟，但在新工科背景下，为培养造就引领未来技术与产业发展的卓越工程科技人才，教材内容主动对接新技术、新产业、新经济发展，在教材编写过程中注意其理论与工程应用的有机结合，这在各章内容以及拓展阅读中有详细阐述与具体体现，特别是第七章精选了本课程理论在5G移动通信、人工智能、高铁工程、脑科学等新型产业与热点基础研究领域的应用。二是注重课程思政的建设。实际上，新工科是科学、人文、工程的结合，注重继承与创新、交叉与融合、协调与共享。关于这些方面的内容组织主要体现在拓展阅读部分，通过数字资源，提供中国古代数学思想、历史故事、中外学科名人介绍、时政要闻、科学理论深入解读与工程应用等内容给学习者阅读，通过学习者的阅读、思考与讨论，达到“润物细无声”，提高学习者的综合素养。三 强调认知规律的编排体系。教材不应是静态的知识，更应展现科学的思维方法与认知过程。本书以信号分析、系统响应求解为主要线索，按照先信号后系统，先时域后变换域、先连续后离散的顺序来组织安排基础理论。本书先介绍信号及特点，然后再讨论信号经过某一特定系统后的变化，如此顺序安排符合认知的逻辑规律。人类*初对信号的认知是基于时间轴线，而三大变换理论的出现则是为解决工程问题中的某些方程及局限而提出，符合理论的发展规律；在数字化时代，离散信号与系统的研究越来越重要，工程实际信号多为模拟信号，数字化处理给信号的处理与传输带来了极大的便利，为此，每章不再将连续、离散信号或系统分开讲述，而是按照技术发展脉络整合在一起对比分析。在阐述基础理论的同时，强调理论与实际工程的结合与运用。本书整体由浅入深、由旧到新、由简到繁、循序渐进呈现给学习者。 

主要内容如下：*章 信号与系统基本概念，主要包括 信号描述与分类、信号的基本处理、系统的描述与分类、典型信号；第二章 系统的时域分析，主要包括线性时不变系统描述及特点、 LTI连续系统分析（经典时域分析、零输入与零状态响应、全响应等等）、卷积积分、LTI离散系统响应、序列卷积和及反卷积等。第三章 信号的拉普拉斯变换与Z变换，主要包括连续信号的拉普拉斯变换、离散信号的Z变换、信号变换域分析特点，第四章 系统的变换域分析，主要包括LTI连续系统的的复频域分析、 LTI离散系统的的复频域分析、系统函数与系统响应、系统因果性与稳定性、系统结构，第五章 信号的频域分析，主要包括周期信号的频谱、傅里叶变换（频谱密度函数）、能量谱和功率谱、信号的傅里叶变换及频谱分析、序列的傅里叶分析、离散傅里叶变换及性质， 信号时频域特点及关系等，第六章 系统的频域分析，主要包括连续系统的频域分析、无失真传输系统与理想滤波器、离散系统的频域分析、抽样定理及应用，第七章 信号处理技术及方法的工程应用（4-5应用案例）。

湖南大学电气与信息工程学院电子科学与技术系副教授，硕士生导师。湖南省政府采购评审专家。曾获湖南省高等教育省级教学成果奖一等奖，湖南大学"优秀教师"奖。 目前主要研究方向为信号处理、数据挖掘技术、现代网络与通信技术。在电子学报等学术期刊和国内外学术会议上发表论文30多篇，其中EI收录10篇，主持和参加科研项目20余项，参编教材1本，参编专著1部。

第1章主要讲述信号与系统的基本概念、描述与分类等，对用于信号、系统分析的典型信号重点介绍了它们的特点与性质；第2章讨论LTI系统时域分析方法，在经典法求解微分方程的基础上，重点介绍了零输入与零状态响应的求解、系统的冲激与阶跃响应，通过信号分解与系统响应求解引入卷积积分（卷积和）的概念、介绍了它们的性质以及在系统分析中的应用；第3章介绍拉普拉斯变换与z变换的定义、性质与逆变换等内容，讲述了两变换之间的关系、特点与应用，它们是第四章系统变换域分析的基础；第4章主要介绍了线性时不变系统的变换域分析，讲述了LTI连续时间与离散时间系统变换域数学模型-系统函数的定义，系统函数与系统特性的联系，即通过系统函数分析系统的因果性与稳定性、系统零极点分布对系统响应的影响等，介绍了信号流图以及系统的模拟结构；第5章主要介绍LTI系统的频域分析法，首先从周期连续信号的傅里叶级数分解推出傅里叶变换（频谱密度函数）的概念，然后讨论了傅里叶变换的性质、非周期和周期信号的傅里叶变换以及能量谱与功率谱的概念与应用；针对离散信号，从抽样定理出发，介绍了周期序列的离散傅里叶级数（DFS）、离散时间傅里叶变换（DTFT）、离散傅里叶变换（DFT）及性质；*后讨论了时频域分析的特点及应用；第6章讲述连续系统与离散系统的频域分析方法、无失真传输系统与理想滤波器，介绍抽样定理在语音及图像处理中的应用；第7章针对工程领域的应用与研究热点，主要介绍了信号与系统相关理论在模拟与数字通信系统、移动通信、高速铁路钢轨波磨检测、脑电信号采集处理以及人工智能领域等多种行业中的应用 

该教材面向"新工科"背景下以培养“实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才”为目标的新形态教材，将融入丰富的数字资源。教材内容编排特色是先信号后系统，先连续后离散，先时域后变换域的思路，将新工科前沿知识、原理和方法融入教材，并将老师们实际科研工作进行凝练，以工程应用案例编写入教材，注意培养学生创新创业意识