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第一章信号与系统概论
本章的设置是对信号与系统的基础知识进行介绍,分为课程简介、信号基础知识与系统基础知识3部分,通过课程简介,使同学了解本门课程的所学内容、所学内容的应用和学习的方法,熟悉信号与系统的基础概念,熟悉常用信号与所学的系统类型,掌握冲激信号与线性时不变系统的性质,为下面信号分析与系统分析打下基础。
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●1.1信号与系统课程简介
本节重点介绍课程地位、信号与系统基本概念、本课程学习内容及其应用领域和课程学习的基本方法,为后面章节的学习做准备。
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●1.2信号的运算
本节主要介绍信号的操作运算,包括信号的反转、平移和尺度变换,以及信号的相加、相乘、信号的微分和积分运算。
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●1.3 信号的分类
本节主要对信号进行分类,依据标准不同有不同的分类,信号可以分为确定与随机信号、连续时间信号与离散时间信号、周期信号与非周期信号、能量信号与功率信号、因果信号与非因果信号等。
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●1.4常用的典型连续时间信号
本节主要介绍常用的典型连续时间信号,包括复指数信号、抽样信号、单位斜边信号、阶跃信号、冲激信号,及其表达式和性质。将对阶跃信号与冲激信号进行重点讲解,为信号分析和系统分析打下基础。
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●1.5系统的分类及线性时不变系统的性质
本节主要介绍系统的分类,重点介绍如何判断线性与非线性、时变与时不变、因果与非因果系统,特别是分析线性时不变系统的特性。
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●1.6系统的描述
本节重点介绍系统数学模型的建立方法以及n 阶线性时不变系统的数学模型和输入输出方程的算子表示,重点讲解线性时不变系统的输入输出方程的建立。
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第二章连续时间信号与系统的时域分析
本节在前一章有关系统数学模型建立基础上,介绍系统响应的经典求法,重点讲解零输入响应与零状态响应的概念与求法,特别是冲激响应的概念与求法,在讲解过程中强调有关数学表达式中所蕴含的物理意义。
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●2.1用时域经典法求响应
本章介绍系统全响应的时域经典解法,齐次解和特解的物理意义。
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●2.2从0-到0+状态的转换
本节重点介绍初始条件和起始条件的含义,利用元件储能的连续性判断系统0+状态。
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●2.3初始条件的求解—冲激函数匹配法
本节重点介绍利用奇异函数匹配法判断起始点是否发生跳变。结合例题讲解,对奇异函数匹配法的步骤进行总结。
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●2.4零输入响应与零状态响应
本节重点介绍零输入响应和零状态响应概念,介绍利用时域经典解法求零输入响应和零状态响应,重点学习如何利用零输入响应和零状态响应在0+状态确定解中的待定系数。
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●2.5单位冲激响应和单位阶跃响应
本节重点介绍冲激响应求解方法,由方程右端只有激励本身,推广到输入输出方程的一般形式,即方程的右端由激励以及激励的各阶导数。并且介绍冲激响应和阶跃响应的关系,由冲激响应求解阶跃响应。
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●2.6信号的时域分解及卷积积分求零状态响应
本节重点介绍信号分解为一系列冲激叠加,使学生重点理解信号分解的思想,并且推导出利用卷积计算零状态响应,给出卷积积分的定义。
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●2.7卷积的图解法
本节主要介绍利用图解法计算卷积以及两个时限信号作卷积,重点介绍两个时限做卷积积分时,卷积结果区间的确定。
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●2.8卷积的性质及反卷积工程应用
本节主要介绍卷积的代数运算性质、卷积的微分、积分、微积分、延时性质、函数与冲激函数和阶跃函数的卷积,重点介绍利用卷积的性质计算卷积,以及反卷积应用。
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第三章连续时间信号的频域分析
本章的设置主要是使同学掌握信号的频域分解思想,通过分析信号所含谐波分量,来提取信号的特征。本章主要介绍信号的傅里叶级数、频谱密度,分析傅里叶级数和傅里叶变换的计算方法和性质,并且重点介绍频谱的概念和应用,通过对周期矩形脉冲和单个矩形脉冲频谱的分析,理解周期信号与非周期信号频谱的特点,以及抽样信号频谱的特点给出抽样定理。
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●3.1周期信号的傅里叶级数分析
本节重点介绍周期信号的正交分解,即分解为三角型和指数型傅里叶级数,讨论他们之间的关系。
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●3.2傅里叶级数的相关基础知识
本节主要介绍函数的对称性与傅里叶系数的关系,周期信号的平均功率与各谐波分量的关系和吉布斯现象,重点分析信号在时域与频域中能量是守恒的。
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●3.3周期信号的频谱分析
本节主要介绍周期信号频谱概念,由三角形式傅里叶级数和指数形式傅里叶级数给出周期矩形脉冲信号的频谱,总结周期信号的频谱特性,并且重点介绍频谱的应用。
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●3.4傅里叶变换
本节通过对周期矩形脉冲和单个矩形脉冲频谱的分析,理解周期信号与非周期信号频谱的特点,给傅里叶变换、反变换定义及其物理意义,以及傅里叶变换存在的充分条件和非周期信号能量密度谱的定义。
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●3.5典型非周期信号的傅里叶变换
本节介绍典型连续非周期信号的傅里叶变换,并且绘制非周期信号的频谱图,讨论信号时域特征与频域特征的关系。
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●3.6傅里叶变换的基本性质
本节介绍傅里叶变换的线性、对称性、奇偶虚实和尺度变换性质,并且利用性质计算信号的频谱密度,重点讲解时域和频域的对应关系。
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●3.7卷积定理和微积分性质
本节主要介绍卷积定理和傅里叶变换微积分性质,以及卷积定理和傅里叶变换微积分性质在系统分析的应用,并且加深理解时域特性和频域特性的对应关系。
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●3.8周期信号的傅里叶变换
本节介绍指数信号、余弦信号和正弦信号的傅里叶级数,分析一般周期信号的傅里叶变换的求法,分析周期信号频谱特点,并且对周期冲激序列的傅里叶变换进行计算,为抽样定理分析打下基础。
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●3.9抽样定理
本节主要介绍抽样信号的定义,理想抽样过程,重点分析抽样信号的傅立叶变换,推导出抽样定理。
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第四章傅里叶变换应用于通信系统-滤波、调制与抽样
本章设置是开展系统的频域分析,把傅里叶变换应用于通信系统-滤波、调制与抽样。本章在复习信号的频域分析同时,更重要是理解系统的频域分析,锻炼学生对所知识的灵活应用,加深频谱密度的理解,体会系统频响特性的物理意义。本章开展通信系统的频域分析,对无失真传输系统、滤波器系统以及应用、调制与解调、抽样和恢复进行频域分析。
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●4.1系统响应的频域分析
本节分析系统的频域分析法,研究虚指数信号和任意非周期信号通过系统的响应 ,给出系统频响的定义,解释系统频响的物理意义,利用Matlab仿真系统频响。
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●4.2系统频率响应的求法及无失真传输
本节分析计算系统频响的方法;无失真传输的时域条件和频域条件以及信号传输产生失真的原因。
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●4.3理想低通滤波器及系统物理可实现性
本节给出理想滤波器的频响特性,计算理想低通滤波器的冲激响应和阶跃响应,分析理想低通滤波器对信号各个频率分量的作用;分析系统的物理可实现性的条件。
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●4.4调制与解调
本节讨论调制与解调必要性,分析调制与解调原理,并利用Matlab和Simulink系统建模仿真调制和解调。
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●4.5从抽样信号恢复连续时间信号
本节主要讲解从抽样信号恢复连续时间信号。
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●4.6零阶抽样保持
本节从时域和频域分析冲激抽样信号恢复原理;零阶抽样保持方式的实现和零阶抽样信号的恢复。利用Matlab和Simulink系统建模仿真抽样和恢复过程。
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第五章拉普拉斯变换、连续时间系统的s域分析
本节的设置是开展信号与系统的复频域分析,对信号进行分解,选择复指数信号作为单元信号,给出拉氏正变换和逆变换的积分式,对拉氏变换和傅里叶变换进行比较,给出两者的关系,为信号与系统分析知识体系的形成打下基础。在本章分析典型信号的拉氏变换和拉氏变换的性质以及其应用,并且重点讨论线性时不变系统的复频域分析方法,理解系统函数的定义,体会系统函数的重要地位。
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●5.1拉普拉斯变换定义及其收敛域
本节由连续时间信号傅里叶变换引出拉氏变换,给出拉氏变换和逆变换积分式;分析拉氏变换收敛域的计算方法并进行举例分析。
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●5.2拉氏变换的线性和时域微积分性质
本节分析拉氏变换的线性和时域微积分性质,利用拉氏变换时域微积分性质推出电阻、电容和电感的频域模型。用拉氏变换法解微分方程,分析电路的s域分析法。
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●5.3拉氏变换性质
本节继续拉氏变换性质的学习,介绍s域微分和积分特性、时域和s域平移特性、尺度变换特性、初值和终值定理、以及卷积定理,分析时域与复频域对应关系。
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●5.4部分分式展开法计算拉氏逆变换
本节介绍依据象函数的极点情况,讨论部分分式展开式形式,分析待定系数的计算,以及计算对于的时间函数,通过对例题分析,熟悉部分分式展开法计算拉氏逆变换。
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●5.5留数法计算拉氏逆变换
本节利用留数法计算拉氏逆变换积分式,并且举例分析。
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●5.6连续时间系统的s域分析
本节利用拉氏变换求连续时间系统的输入输出方程,应用s域分析法分析电路;讨论全响应象函数中零状态响应和零输入响应象函数部分。
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第六章z变换、离散时间系统的z域分析
本章设置是开展离散时间信号与系统的变换域分析,即序列的傅里叶变换和信号与系统Z域分析,由拉氏变换给出Z变换的定义,分析Z变换与拉氏变换的关系。分析常用信号的Z变换、逆Z变换、Z变换的性质,对系统开展Z域分析,体会系统函数的作用,并且对三大变换的关系进行总结。
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●6.1序列的傅里叶变换的定义和性质
本节介绍序列的傅里叶变换定义,重点分析序列的傅里叶变换的物理含义;并且分析离散时间傅里叶变换的性质。
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●6.2z变换定义及其收敛域
本节引入Z变换的定义,分析z变换的收敛域,讨论有限长序列、左边序列、右边序列和双边序列收敛域的特点。
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●6.3典型序列的z变换及z变换的基本性质
本节分析单位样值序列、单位阶跃序列、斜变序列、指数序列和正弦与余弦序列的z变换;讨论z变换的基本性质(线性、移位性、z域微分、z域尺度变换、初值定理、终值定理和时域卷积定理)。
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●6.4逆z变换
本节对求Z逆变换的方法进行分析,重点讨论了部分分式法求Z逆变换。
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●6.5利用z变换解差分方程以及三大变换之间关系
本节对离散系统进行Z域分析,采用Z变换来解差分方程,给出全响应Z变换不同部分的含义;谈论Z平面与S平面的映射关系。
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●6.6离散系统的系统函数和系统频响
本节讨论离散系统的系统函数,及系统函数与系统特性(时域特性和稳定性)的关系;并给出离散时间系统的频率响应特性的物理意义。