信号与系统实验与实践(第3版)

第3版前言

本书是对2018年3月第2版修订版《信号与系统实验与实践》的修订版本。新版本在总体保留原书内容和特色的基础上，根据近年来数字技术的发展与国家对工科学生的要求，进一步总结了作者和各位教师多年的教学经验，对第2版作了以下修改。
第1章： 在1.1.1节“信号参数与波形测量参数”中，突出了占空比概念在信号与系统实验中的应用； 在1.1.2节“数字合成函数信号发生器的基本使用”中删除了调幅功能模式； 在1.3.5节EWB“仪器的操作”中，增添了函数信号发生器的使用； 对1.3节、1.6节等软件平台的概述作了适当的删减。
第2章： 考虑与理论课的配合，将2.3节的实验与2.4节的实验的序号作了对调； 对2.3节“电信号的合成与分解”实验的部分内容作了适当的增删与调整； 对2.4节“周期信号的频谱分析”实验的部分内容作了适当改写。
第3章： 在3.1节“线性系统频率特性的测试”实验中，对实验原理、实验内容等作了适当的删减与修改； 考虑第2版中3.8节“调幅信号通过振荡回路”实验的内容在第4.1节中有所包含，本版将3.8节实验删除。
第4章： 在4.4节“股票市场(即离散信号)的线性预测”课程设计中，修改了部分措辞并调整了部分语句结构，明确阐述了“股价预测”在“信号与系统”理论中建模的适用性。
 对第1~4章的其他内容也作了适当增删，对既有勘误进行了修正。
本书第1.1~1.4节、1.6~1.7节、第2章、第3章由王小扬编写； 第4.4节由孙强编写； 第4.1节与4.3节由王琦编写； 第1.5节、4.2节由卢家凰编写； 全书由王小扬统稿。本次版本的修订，由上一版各章节的著作者分别完成自己所著作的部分。
向提出宝贵意见的各位老师表示衷心的感谢，向为本书制作仪器使用示范视频的卢家凰、沈莉丽老师表示衷心的感谢。希望此次修订能更好地服务于信号与系统实验与实践教学。
作者

2020年11月于南京航空航天大学

第2版修订前言

本书是2012年3月《信号与系统实验与实践》第1版及2014年第2版的修订版。第2版在内容上覆盖了第1版的全部内容，在结构上保留了原书的特色。作为电类工科专业基础的实验、实践教材，根据近年来国家提出的对工科学生工程素质的要求，结合多年来编者与各位教师在使用本教材中的体会与学生对实验教材的要求，第2版教材作了以下的改写与修订。
在第1章的仪器使用部分中，作了以下三方面的修改： ①在数字合成信号发生器、示波器等仪器的面板上直接标出仪器的系统结构分布，并以此展开对仪器系统结构的描述与使用说明，方便学生在理解中掌握对仪器的使用； ②在仪器的使用说明中增加了十多个练习题，适当添加了思考题与实验题，旨在引导学生自学和预习； ③对仪器在使用中的一些问题添加了一些说明，如对电源的使用增加了“面板各部件的使用须知”一节，总体上使学生进一步明晰仪器使用的思路，掌握仪器的使用方法。
本次修订一是采用二维码扫码形式，展示SPF05型信号发生器、GOS620型示波器、DF1731SC2A型直流稳压电源等三种仪器实际操作的示范视频，便于学生预习与掌握； 二是对既有勘误的修正。
对第2章的大部分实验项目、第3章的两个实验项目在实验目的要求、实验原理描述、实验报告要求、实验案例分析、思考题等方面都作了适当的修改，使学生不仅从做实验中得到数据和实验结论，而且可以从实验过程中注意体会课程理念蕴涵的魅力，从对实验方案的选择与评价中注意实验方案在实验中的作用，以提高学生的自主学习、自主实验的能力。
希望此次修订能促进本教材更好地服务于信号与系统实验与实践教学。
作者

2018年3月

第2版前言

本书是2012年3月《信号与系统实验与实践》第1版的修订版本。本版在内容上覆盖了第1版的全部内容，在结构上保留了原书的特色。作为电类工科专业基础的实验、实践教材，根据近年来国家提出的对工科学生工程素质的要求，结合三年来编者与各位教师在使用本教材中的体会与学生对实验教材的要求，本版教材作了以下的改写与修订，以更好地服务于信号与系统实验实践教学。
在第1章的仪器使用部分中，作了以下三方面的修改： ①在数字合成信号发生器、示波器等仪器的面板上直接标出仪器的系统结构分布，并以此展开对仪器系统结构的描述与使用说明，方便学生在理解中掌握对仪器的使用： ②在仪器的使用说明中增加了十多个练习题，适当添加了思考题与实验题，旨在引导学生自学和预习； ③对仪器在使用中的一些问题添加了一些说明。如对电源的使用增加了“面板各部件的使用须知”一节，总体上使学生进一步明晰仪器使用的思路。掌握仪器的使用方法。
对第2章的大部分实验项目、第3章的两个实验项目在实验目的要求、实验原理描述、实验报告要求、实验案例分析、思考题等方面都作了适当的修改。使学生不仅从做实验中得到数据和实验结论，而且可以从实验过程中注意体会课程理念蕴涵的魅力。从对实验方案的选择与评价中注意实验方案在实验中的作用，以提高学生的自主学习，自主实验的能力。
作者

2014年9月

第1版前言

“信号与系统”课程已发展为高等院校电类各专业的一门重要的学科基础课程。本书是《信号与系统》理论课程的配套实验和实践教材，也是独立设课的“信号与系统实验”课的使用教材。多年来，为帮助学生掌握信号与系统的相关理论与概念，南京航空航天大学402教研室“信号与系统”课程组与南京航空航天大学电工电子实验中心开发了“信号与系统实验”课程的多个实验项目。部分实验项目编入教材《信号、系统与控制实验教程》（2004年由高等教育出版社出版），该教材已在南京航空航天大学电工电子实验中心与南京航空航天大学金城学院实验中心使用多年。本书总结了该教材多年使用的经验，对实验内容与要求进行了补充与删除，在实验技术基础部分增加了新的内容，在综合设计与实践部分设置了本课程的部分教学改革成果作为4个课程设计项目。本书是南京航空航天大学“信号与系统”课程教学改革的成果之一。
本实验教材旨在通过实验与实践巩固和加深学生对信号与系统基础理论和基本概念的理解，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生良好的专业素质和实践能力。
信号与系统课程的特点是理论性较强，内容多且描述较抽象。本教材紧密配合信号与系统理论课程教学大纲，开发了18个实验项目与4个课程设计项目。每个实验既是独立的，又相互联系，内容由浅入深，循序渐进。在内容描述上，教材注重理论与实践相结合，技术实现、举例与原理描述紧密配合，条理清楚，力求浅显易懂，便于自学，便于操作，便于学生开发应用。
实验技术方面既有硬件设计与测试，也有使用EWB、MATLAB、C语言等软件平台的设计与应用。同一实验内容可以用不同的实验技术平台来实现。不仅加深了对研究问题的理解，而且提高了对实验平台的应用能力。
仪器使用是培养学生基本实验技能与动手能力的重要方面，也是工科学生的基本素质之一。在1.1.1节，本教材汇总了与信号相关的各种测量参数，通过对实际的仪器使用与在EWB电子工作平台上的使用，进一步提高学生对信号测量技术与常用仪器使用方法的掌握。
在实验方法上，注意将方便的实验工具、实验平台引入信号与系统的实验与实践，着眼尽快上手，边学习边应用。在1.4节信号运算实验中，开发了EWB中非线性相关源的功能，可以方便快捷地实现对连续信号的采样与对信号的各种运算，减少电路的调试时间，使实验者把精力集中在基本概念的理解与分析上。
在实验流程的安排上，通过设置思考题，以适当的难度与梯度进行组合，引导学生将实验中的现象、波形等与实验原理中的概念相契合，让学生直接认识、体会数学公式与物理概念的内在联系，提高学生将理论与实践相结合的能力。
本教材在实验内容的深度与拓展方面注意信号系统的应用。本教材开发了4个课程设计，内容包括通信系统中调制信号的设计、用MATLAB验证FDMA原理、调频立体声广播仿真实现、股票市场（离散信号）的线性预测，使信号系统的理论与实际应用充分接触，使学生能够通过课程设计这种综合实践的形式，进一步加深对信号系统理论与概念的理解与应用。
本书的1.1~1.4节、1.6~1.7节由王小扬执笔，1.5节由卢家凰执笔； 第2、3章由王小扬执笔； 4.1节与4.3节由王琦执笔，4.2节由卢家凰执笔，4.4节由孙强执笔。全书由王小扬统稿。各参加信号与系统实验教学的教师对教材的编写提出了宝贵的意见，在此表示衷心的感谢。

由于编者的水平有限，时间仓促，在编写过程中错误和不足之处难免，欢迎读者批评指正。
作者

2012年3月

本书是《信号与系统》理论课程的配套实验和实践教材，是南京航空航天大学信号与系统课程组多年的教学改革成果之一，包含了开发并应用于教学的22个实验与实践项目，其中既有硬件设计与测试实验，也有应用C语言、EWBM、ATLAB等软件平台的设计与应用实验。全书共分四章：第1章实验技术基础包括3个实验，第2章、第3章包括了时域分析、卷积、电信号的合成与分解、抽样定理等15个实验项目。第4章是课程设计，包括通信系统中调制信号的设计、股票市场（即离散信号）的线性预测等四个综合实践内容。

王小扬  南京航空航天大学电工电子实验中心高级工程师。南航大雷达本科、计算机应用本科毕业。研究方向是信号与系统，数字信号处理。主讲信号与系统实验，数字信号处理实验，信号与系统。曾获江苏省教学科研优秀三等奖，南京航空航天大学优秀教学成果一等奖，校优秀教学成果二等奖，校教学优秀二等奖等。曾担任南京航空航天大学电工电子中心副主任，主编出版教材三本。曾主持航空院校课题、南航大教学改革课题多项。

第1章实验技术基础

1.1信号与系统常用仪器的介绍与使用

1.1.1信号参数与波形测量参数

1.1.2数字合成函数信号发生器的基本使用

1.1.3通用示波器基本工作原理

1.1.4示波器的基本使用

1.1.5SP1641B型函数信号发生器/计数器使用简要说明

1.1.6直流稳压电源DF1731SC2A使用说明简介

1.1.7数字存储示波器简介

1.2信号与系统常用仪器使用实验

1.2.1实验目的

1.2.2实验内容

1.2.3实验仪器

1.2.4预习要求

1.2.5思考题

1.2.6实验报告要求

1.3EWB的基本操作

1.3.1EWB电子工作平台简述

1.3.2EWB的基本界面

1.3.3元器件的操作

1.3.4导线的操作

1.3.5仪器的操作

1.4信号运算实验

1.4.1实验目的

1.4.2实验内容

1.4.3实验仪器设备

1.4.4预习要求

1.4.5思考题

1.4.6实验报告要求

1.5Multisim使用简介

1.5.1概述

1.5.2Multisim的基本界面

1.6MATLAB使用简介

1.6.1概述

1.6.2MATLAB的视窗环境与命令使用

1.6.3语句、变量、函数和表达式

1.6.4矩阵与向量

1.6.5图形功能

1.6.6M文件

1.7连续信号的可视化表示实验

1.7.1实验目的

1.7.2实验原理

1.7.3连续信号的可视化表示

1.7.4实验内容

第2章时域分析与信号分析实验

2.1时域分析

2.1.1实验目的

2.1.2实验原理

2.1.3实验仪器

2.1.4预习要求

2.1.5实验要求与内容

2.1.6实验报告与思考题

2.1.7相关知识

2.1.8面包板使用简介

2.2卷积积分的数值计算

2.2.1实验目的

2.2.2实验原理

2.2.3预习内容

2.2.4实验内容

2.2.5思考题

2.2.6实验报告要求

2.2.7仪器设备

2.3电信号的合成与分解

2.3.1实验目的

2.3.2实验原理

2.3.3预习内容

2.3.4实验与内容

2.3.5仪器设备

2.3.6实验报告要求与思考题

2.3.7参考程序介绍及使用

2.4周期信号的频谱分析

2.4.1实验目的

2.4.2实验原理

2.4.3实验内容

2.4.4预习要求

2.4.5思考题

2.4.6实验报告要求

2.5用沃尔什函数合成波形

2.5.1实验目的

2.5.2实验原理

2.5.3实验仪器

2.5.4实验内容

2.5.5预习要求

2.5.6实验报告要求

第3章系统分析与MATLAB分析实验

3.1线性系统频率特性的测试

3.1.1实验目的

3.1.2实验原理

3.1.3仪器设备

3.1.4实验内容

3.1.5应用EWB中的波特图仪测试系统频率特性的方法（参考）

3.1.6预习要求

3.1.7实验报告要求

3.1.8注意事项

3.1.9EWB中波特图仪的使用

3.1.10应用EWB中的交流频率分析选项进行系统频率特性的分析

3．2低通滤波器设计

3．2．1实验目的

3．2．2实验原理

3．2．3实验内容

3．2．4预习要求

3．2．5思考题

3．2．6实验报告要求

3.3连续时间系统模拟

3.3.1实验目的

3.3.2实验原理

3.3.3实验仪器

3.3.4实验内容

3.3.5预习内容

3.3.6实验报告要求

3.4系统的零状态响应

3.4.1实验目的

3.4.2实验原理

3.4.3实验内容

3.4.4参考程序

3.4.5实验报告要求

3.4.6仪器设备

3.5求系统的零极点

3.5.1实验目的

3.5.2实验原理

3.5.3实验内容

3.5.4参考程序

3.5.5实验报告要求

3.5.6仪器设备

3.6线性系统的三种不同方式之间的转换

3.6.1实验目的

3.6.2实验原理及说明

3.6.3预习内容

3.6.4实验内容

3.6.5实验报告要求

3.7信号通过线性系统

3.7.1实验目的

3.7.2实验原理

3.7.3实验仪器

3.7.4实验内容

3.7.5预习内容

3.7.6思考题

3.7.7实验报告要求

3.7.8说明

3.8抽样定理实验

3.8.1实验目的

3.8.2实验原理

3.8.3实验仪器

3.8.4实验内容

3.8.5预习内容

3.8.6思考题

3.8.7实验报告要求

3.9应用MATLAB求卷积

3.9.1实验目的

3.9.2实验原理及说明

3.9.3预习内容

3.9.4实验内容

3.9.5实验报告要求

第4章信号与系统课程设计

4.1通信系统中调制信号的设计

4.1.1设计目的

4.1.2设计原理

4.1.3设计举例

4.1.4设计内容

4.1.5设计报告要求

4.2用MATLAB验证FDMA原理

4.2.1设计目的

4.2.2设计要求

4.2.3设计原理

4.2.4设计参考

4.2.5设计报告要求

4.3调频立体声广播仿真实现

4.3.1设计目的

4.3.2设计要求

4.3.3设计原理

4.3.4调频立体声广播仿真实现参考

4.3.5设计报告要求

4.4股票市场（即离散信号）的线性预测

4.4.1设计目的

4.4.2设计要求

4.4.3设计原理

4.4.4系统辨识与小二乘法

4.4.5应用MATLAB实现线性预测

4.4.6设计报告要求

参考文献

本书是《信号与系统》理论课程的配套实验和实践教材，是南京航空航天大学信号与系统课程组多年的教学改革成果之一，包含了开发并应用于教学的22个实验与实践项目，其中既有硬件设计与测试实验，也有应用C语言、EWBM、ATLAB等软件平台的设计与应用实验。全书共分四章：第1章实验技术基础包括3个实验，第2章、第3章包括了时域分析、卷积、电信号的合成与分解、抽样定理等15个实验项目。第4章是课程设计，包括通信系统中调制信号的设计、股票市场（即离散信号）的线性预测等四个综合实践内容。

王小扬  南京航空航天大学电工电子实验中心高级工程师。南航大雷达本科、计算机应用本科毕业。研究方向是信号与系统，数字信号处理。主讲信号与系统实验，数字信号处理实验，信号与系统。曾获江苏省教学科研优秀三等奖，南京航空航天大学优秀教学成果一等奖，校优秀教学成果二等奖，校教学优秀二等奖等。曾担任南京航空航天大学电工电子中心副主任，主编出版教材三本。曾主持航空院校课题、南航大教学改革课题多项。