Signals and Systems 欢迎你进入“信号与系统天地” 作者：叶大田 出版：清华大学出版社 信号与系统的概念广泛地涉及很多科学和技术领域。例如通信、航空和航天、地震检测、电子电路、声学、生物工程、气象予报等领域。“信号与系统天地” CAI课件是与大学本科《信号与系统》技术基础课配套的一整套演示文稿。这套课件包括：“生动课堂”、“理解阶梯”、“自测乐园”、“模拟考场”五部分。它采用不同的方式、方法，由浅如深、由理论到实践地把学生带入《信号与系统天地》。 你若是初学者，请你带着求知的渴望，全神惯注加入“生动课堂”；脚踏实地地攀登“理解阶梯”；在“自测乐园”里，有不同层面、不同类型的问题等待你去回答。或和你的同学比赛，或你自己悄悄地自测，本课件将记录下你学习的记录和成绩；如果你真的一步一个脚印地走过来，那麽，请你满怀自信地走进“模拟考场”吧，你将以较高的分数表明你对该课程的全面理解和运用已达到课程的要求。 下面，让我们开始浏揽“生动课堂”开篇 Signals and Systems

总学时：72；其中课内学时64；实验学时8； 学分： 4.5 适用专业: 信息工程、自动化、教改、学硕班 使用教材：Signals and Systems （美）A.V.Oppenheim 等著（第二版），刘树棠译，西安交通大学出版社，1998年3月

绪 论 绪论要解决的问题： 本课程要研究的问题是什么？ 本课程的任务和地位。 为什么要学习该课程？ 怎样才能学好该课程？

用信息科学和计算机技术的理论和手段来解决科学、工程和经济问题。 信息时代的特征—— 用信息科学和计算机技术的理论和手段来解决科学、工程和经济问题。 信息活动是指—— 信息的获取、交换、传输、处理、存储、再现、控制与利用等。 一切信息活动都离不开信号与系统的作用。

一. 信号与系统的概念 信号与系统的概念出现在范围相当广泛的各种领域，信号与系统的思想在很多科学技术领域起着很重要的作用。如：通信、航空航天、电路设计、生物工程、声学、地震学、语音和图象处理、能源产生与分配、化工过程控制、工业自动化等等。

虽然在不同领域所表现出的信号与系统的物理性质不同，但有两个基本点是共同的，即： 1. 信号总是作为一个或几个独立变量（自变量）的函数而出现，并携带着某些物理现象或物理性质的相关信息。

正弦波信号

心电图信号

颈部核磁共振成像

2. 系统总会对给定的信号作出响应，产生另一个信号或另外的几个信号。

几个基本概念： 1. 信息：是指存在于客观世界的一种事物形象，一般泛指消息、情报、数据、指令等有关周围环境的知识。凡是物质的形态、特性在时间或空间上的变化，及人类的各种社会活动都会产生信息。人类通过自己的感觉器官从客观世界获取各种信息。

2. 消息：是用来表达信息的某种客观对象。如电报报文、电视图象、火光、声音、文字、图表、数字等等。 信息是对消息中的不确定性的度量。 3. 信号：是消息的表现形式，消息是信号的具体内容。信号通常表现为随自变量变化的物理量。如声、光、电、温度、力、速度等。

4. 系统：是由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的具有特定功能的整体。它是一个非常广泛的概念。系统可以是物理的，也可以是非物理的。系统可以很简单，也可以很复杂。

例如：一个RC电路是一个系统，一架照相机、电视机、汽车、输变电网、交通网、计算机网络、通信网、导弹防御控制系统等都是物理的系统；一个政府的经济决策支持过程、企业的管理调控体系、国家的司法体系、金融财政体系也是一个系统，只不过是非物理的系统。

因此，系统的概念是非常广泛的。系统分析的理论与方法当然也是极其重要的。 二. 本课程所涉及的内容 两大模块：信号分析、系统分析 研究对象：确知信号与线性时不变系统 （Linear Time- Invariant System )

以信号分解为核心思想，研究确知信号的分析方法： 信号分析法—时域分析；频域分析；变换域分析（包括S域和Z域）； 以信号分析为基础，建立分析LTI系统的相应方法： 系统分析法—时域分析；频域分析；变换域分析（包括S域和Z域） ；

信号与系统的分类 连续时间信号与离散时间信号 连续时间信号—自变量连续变化的信号，信号本身可以有间断点。 离散时间信号—只在某些离散的时间点上才有定义的信号，本质上是一串有序的数值，也称为序列。 这两类信号都是自然界客观存在的。

2. 连续时间系统与离散时间系统 如果一个系统的输入是连续时间信号，输出响应也是连续时间信号，则称该系统是连续时间系统。如果系统的输入与输出都是离散时间信号，则称该系统是离散时间系统。 长期以来，连续时间信号与系统在物理学、近代电路理论、通信系统等方面有很深的渊源。

而离散时间信号与系统方法却在数值分析、统计学以及与经济学、人口统计学有关的数据分析、时间序列分析中有很深的根基。 随着计算机、集成电路、数字技术的发展，用时间样本来表示和处理连续时间信号，显示出越来越多的优点，促使这两大类信号与系统分析的理论与方法越来越紧密地交织在一起。

本课程将并行地讨论这两大类信号与系统的分析。 三.《信号与系统》课程的任务与地位 建立确知信号分析的理论与方法； 建立LTI系统分析的理论与方法； 系统设计； 信号与系统是电气信息类各专业的核心课程。

作为该课程核心的基本概念和方法，对所有工程类专业都是很重要的。信号与系统分析方法的应用范围一直在不断扩大。 信号与系统方面的课程不仅是工程教育中一门最基本的课程，而且能够成为工程类学生在大学教育阶段所修课程中最有得益而又引人入胜和最有用处的一门课程。

四. 信号与系统分析的主要应用领域 信号与系统分析的一个目的是研究系统对给定输入信号所产生的输出响应。

另一个目的是研究为了使给定输入信号经过系统后，其输出响应符合人们的希望或要求，系统应该具有什么样的特性，进而设计出该系统。 通信、电路设计、生物工程、远程医疗等； 信号处理、图象恢复与增强、噪声抑制等；

噪声干扰 图象恢复

工业控制、化工过程控制、资源遥感、地震预报、测控导航与制导、人工智能、高效农业、交通监控等； 直流电动机调速系统 经济预测、财务统计、股市分析等；

五.学习《信号与系统》课程的目标与要求 掌握信号与系统分析的基本概念、基本理论与分析方法，灵活应用所学习的理论与方法解决各种相关的问题。 要做到：理解概念、掌握方法、多做多练、融会贯通。为此，必须认真地完成一定数量的习题。认真做好相关的教学实验。认真把握各个教学环节，充分利用答疑时间，及时解决学习中的疑难问题。

参考学时分配 绪论： 1学时 第一章：5学时 第二章：6学时 第三章：4学时 第四章：4学时 第五章：4学时 第六章：6学时 第七章：6学时 第八章：6学时 第九章：6学时 第十章：6学时 总计：授课54学时，习题课8学时，复习2学时

参考书目录 A.V.Oppenheim, A.S.Willsky with I.T.Young. Signals and Systems. Prentice-Hall. Inc. 1997. 吴湘淇. 《信号、系统与信号处理》 北京：电子工业出版社，1996. 郑君里、杨为理. 《信号与系统》 清华大学出版社, 1999. 管致中，夏恭恪. 《信号与线性系统》 人民教育出版社，1983. 阎鸿森、王新凤、田惠生. 《信号与线性系统》 西安交通大学出版社，1999.