《信号与系统》计算机练习+利用MATLAB+刘树棠

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《信号与系统》计算机练习+利用MATLAB+刘树棠
谢 ●为加深对信号与系统基本原 理的理解,本练习都竭力将理论 与应用直接联系; ●利用 ATLA,将数学概 念应用于实际问题,对读者是 种积极的挑战 ◆只要可能,都将练习分为基 本题、中等题和深入题,以利读者 从基木理论步入实际应用 9875612723 ISBN7-605-12720TP、253定:16.00兀 384 7 《信号与系统》计算机练习 利用 MATLAB John R. Buck Michael m. daniel Andrew C singer 刘树棠译 A0939454 西安交通大学出版社 Prentice hall 西安 本书为大学本科有关“信号与线性系统”课程提供了计算机练习。这样一门课或这样一类 系列课是大多数工程类课表中的一个重要组成部分。这本书当初主要是作为由 Oppenheim Willsky和 Nawab所著“ Signals and Systems”(第2版)一书的配套练习而策划的。尽管本书各 章的标题顺序以及所用符号都与“ Signals and Systems”-书是一致的,但是书中的练习则是 自成一体的,并且所覆盖的基本理论和应用方面都十分宽而可以成为任何入门性“信号与系 统”教科书或课程的理想配套教材。 我们相信,和传统的书写作业并行地安排计算机练习,能够帮助读者对线性系统和信号建 立更强的直观性和加深理解。为达此目的,要求读者把他们用 MATLAB计算出的结果与他 们根据对内容的分析理解所获得的结果或估计进行比较。我们相信这种方法对读者是一种积 极主动地挑战,比那种被动式地单纯计算机演示会获得更多的益处。只要有可能我们都将这 些练习分为基本题、中等(程度)题和深入题3种类型。在完成这些练习题的过程中,读者逐渐 地从基本理论进入到诸如语音处理、金融市场分析和机械或通信系统设计等实际应用。基本 题给读者提供了详细地指导,通过所钻研的问题引导他们,但是仍然要求他们给出结果的验 证。中等题则对更为深奥的一些概念进行探究,并要求读者在应用 MATLAB中有更多的灵 活性。最后,深入题是考查读者对那些更加难解和复杂问题的理解程度,往往是无确定答案的 工作( open-ended work),或要求写出函数,或处理实际的数据等等。有些深入题可用作“信号 与系统”课的优秀本科生的家庭作业。 本书中的全部练习都经过仔细地考虑,使得几乎所有的练习都保证在 Student edition of MATLAB40( MATLAB4.0学生版)的范围内完成除了有几道深入题,要接触到 MATLAB 的专门版本,完成一些事先未预作安排的探究。为了帮助读者,在本书索引中列出了本书所用 到的 MATLAB函数,并注明了解释他们功能的练习号或页码号。全书将 MATLAB函数、命 令和变量都用一副打字机体的字母表示。①在练习标题后跟着③的符号代表这个练习要求用 到符号数学工具箱( Symbolic Math Toolbox)。 有一些练习涉及到读者需要的函数或数据文件,这些都可从 Computer Explorations Tool box中找到,而这一工具箱可用在目录b/ books /buck/中的 ftp. mathworks.cm网址上从 MathWorks公司获得。可按下列地址与 Math Works公司联系: The Math Works, Inc. 24 Prime Park Way Natick MA 01760 Phone:(508)653-1415 Fax:(508)653-2997 ①为排版方便,中译本中全改为英文小写方头正体——译者注。 E-mail:info@mathworks.com Www:http://www.mathworks.com ft tp: //ftp. mathworks. com/pub/books 在本书的写作过程中,非常感谢 Alan Oppenheim和 Alan Willsky所给予的支持与鼓励,感 谢他们非常慷慨地给我们提供这么一个机会来写这本书,并且很宽厚而信任地让我们独立地 成它。同样要感谢多年来在MIT与我们共事的朋友们和同仁,尤其是 Steven Isabelle Hamid nawab, Jim Preisig, Stephen Scherock以及 Kathleen Wage,这本书肯定地从我们与他 们的相互交往中获益不少,并且他们总是在为本书的完美无缺尽职尽责。也要感谢 Mukaya Panich和 Krishna Pandey,他们很用心地测试了这些练习。 Math Works公司的 Naomi bullock 为设置互联网的网址提供了热情地帮助。 Prentice-hall,特别是 Alice dworkin, Marcia horton 和 Tom Robbins 的耐心和支持一直是有助于我们完成这项任务。这些练习都是我们曾在 MIT电气工程与计算机科学系攻读研究生学位期间作为助教或教员时完成的。现在,John Buck已是 University of massachusetts Dartmouth电气与计算机工程系的助教授, Michael Daniel是MT的 Laboratory for Information and Decision的研究助理,而 Andrew Singer是A ockheed Martin Company( Sanders)的一名研究科学工作者。 But k, Michael Daniel, And drew singer Cambridge, MA, August 1996 译者的话 多年来,如何开设和加强“信号与系统”课的实践性环节一直是广大任课教师关注的问题 尤其是新增一些与计算机有关的上机实验更是如此。其中的原因可能是:在构思和实现这些 设想中不仅有大量耗时耗力的工作要做,而且还有一定的难度;构造一个合理的、宫有启迪性 的、难易繁简适中的、可以实现而又饶有兴趣的计算机作业不是一件轻而易举的事。本书可以 为我们提供这方面的需要。 本书最初虽是与《信号与系统》(第2版)(AV. Oppenheim等著,刘树棠译,西安交通大学 出版社,1998)一书配套编写的,实际上,这是一本可以与任何大学本科“信号与系统”课程或教 材配合使用的具有不同难度的、利用 MATLAB的综合计算机练习。它既不完全是我们常见 的实验指导书那样让学生一步一步地照着做,又不是简略的实验大纲有时让学生无所适从;而 是将练习分成3种不同的层次:基本题、中等(程度)题和深人题,都要求读者根据情况作出相 应的努力,并将结果与理论上所得出的或所预计的结果作比较。这种计算机形式的作业决不 是那种将一切程序都编好的单纯的现象演示,而对读者则是一种积极地挑战。 MATLAB是一种功能很强的技术工具,它的广泛应用已渗透到各个领域,尤其是自动控 制和信号处理等领域。对于广大工程人员来说尽快掌握并熟练使用这一工具已很有必要。这 本练习对此则是一个很好的实践机会 如何使用这本书尚需大家进一步摸索、积累和创新。目前各高校都正在制定新一轮教学 计划,总的倾向是要压缩课内学时、重组课程体系、精简内容、改进方法,尽量给学生留出足够 的余地,让他们有时间和精力主动积极地进行学习和从事创新思维。这本书或许能为此而尽 分力量。 译文对 MATLAB函数中的注释部分没有译出。这一方面是考虑到无此必要,另一方面 也为了保持程序的完整性和整洁性。 作者为本书开发了不少M文件,它们都是很珍贵的。这些M文件均含在 Computer Ex plorations Toolbox中,可与西安交通大学出版社直接联系 译者无力也不可能就本书的练习一一给予实现,因此对原文的理解以及术语的译名等方 面恐都有不妥之处,欢迎读者给予批评指正 刘树棠 于西安交通大学1999.6 内容简介 本书是与《信号与系统》(第2版,A. V Oppenheim等著刘树棠译,西安交通大学出版社,1998)配套的 本计算机试验教材,旨在加深理解信号与系统的基本原理。这些练习将基本原理与应用直接联系起来。利用 MATLAE,这些练习向读者在将数学概念应用于实际问题中提出了积极挑战。全部练习都尽力将其分为基 本题、中等程度题和深人题,以使读者能逐步由基本理论过渡到实际应用。内容包括倍号与系统线性时不 变系统、周期倌号的傅里叶级数表示、连续与离散时间傅里叶变换、信号与系统的时域频域之间的关系、采样、 通信系统、拉普拉斯变换、z变换和反馈系统等。 与该书配套的尚有一套工具软件,内含丰富的供计算机试验所用的各种语音和金融数据文件。 该书所包括的试验内容可适合于任何面向大学本科生所开设的“信号与系统”或“信号及线性系统”等课 程用作计算机试验教材。 Authorized translation from the English language edition published by Prentice-Hall, Inc Copyright C 1996 All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage retrieval system, without permission from the Publisher Chinese Simplified language edition published by Xi an Jiaotong University Press Copyright◎200 (Computer Explorations in SIGNALS AND SYSTEMS-USING MATLAB / John R. Buck Michael M. Daniel, Andrew C. Singer) 本书中文简体字版由美国 Prentice-hall出版公司授权西安交通大学出版社出版发行,未经出版者书面许 可,不得以任何方式复制和抄袭本书的任何部分。 版权所有,翻印必究。 图书在版编目cIP)数据 信号与系统计算机练习:利用 MATLAB/(美)巴克 (Buck,JR.)著:刘树棠译.一西安:西安交通大学出版 社,200.6 ISBN7-5605-12720 信…Ⅱ.①巴…②刘…Ⅲ信号与系统高等 学校-教材Ⅳ.TN9116 中国版本图书馆CIP数据核字(2000)第21807号 西安交通大学出版社出版发行 (西安市成宁西路28号邮政编码:710049电话:(029)2668316) 长安县第二印刷厂印装 各地新华书店经销 开本:787mm×1092mm116印张:10.5字数:245千字 2000年6月第1版2000年6月第1次印刷 印数:0001~3000定价:16.00元 陕版出图字:25-2000-068号 若发现本社图书有倒页、白页、少页及影响阅读的质量问题,请去当地销售 部门调换或与我社发行科联系调换。发行科电话:(029)266357,2667874 第1章 信号与系统 信号与系统的基本概念出现在各种不同的场合,从工程设计到金融分析等等。这一章将 要学习如何用 MATLAB来表示、处理和分析基本的信号与系统。1.1节的内容包含了以 MATLAB构成信号所用到的一些基本工具,它不是要代替在 The student edition of matlab User' s Guice和 The matlaB user s uide中所提供的学习指南,而是这两本指南的一个补 充。如果你还没有熟悉这两本学习指南的话,竭力建议你在开始学习这一章之前,先读一读这 两本指南中的任一本,并给予实践。虽然这一章并不需要用到这两本学习指南中所介绍的全 部 MATLAB函数,但是其中大多数在本书的某一点上将会用到。 在信号与系统分析中往往要用到复指数信号,部分原因是由于复指数信号是构成其他各 种信号的基本构造单元的缘故。练习12包括产生和画出离散时间正弦信号所要求的MAT LAB函数。离散时间正弦信号就等于两个离散时间复指数信号之和,即 cos(on)=eiam +e om) (1.1) sin(on)=d( (1.2) 练习1.3说明在经过自变量n变换之后,如何画出离散时间信号x[n]。接下来两个练习是 用 MATLAB进行系统的表示。对于练习14必须要表明你对诸如线性和时不变性等基本系 统性质的理解程度,而练习1.5必须要实现一个由一阶差分方程表示的系统。 本章有几个练习要用 Symbolic Math Toolbox来研究基本信号与系统。练习1.6要对连 续时间复指数信号构造符号表达式,这类信号具有某个复数s的e形式。(注意:在本书中i 和j都用来代表虚数√=1,但是 MATLAB的 Symbolic Math Toolbox仅将i当作√-1,所以 只要在用 Symbolic Math toolbox编程时,必须要用i而不能用来表示√-1)。练习1.7利 用 Symbolic Math Toolbox来实现连续时间信号的时间变量变换。练习1.8要对周期信号能 量及时间平均功率的有关能量建立解析表达式。 1.1表示信号的基本 MATLAB函数 这一节要学会如何应用几个 MATLAB函数,这几个函数在本书中是常常被用来构成和 处理信号的。如果你还没有熟悉它们的话,鼓励你去读一读 The Student Edition of matlab 手册中的内容。本节所给出的不是要代替这本手册中的内容,而是要说明所叙述的一些函数 2 《信号与系统》计算机练习 怎样用于表示和处理信号。尽管在这一节要讨论的内容没有任何习题,但是你还是应该重复 做一下用 MATLAB的全部例子,以便对用到的命令多一些实践。 般来说,信号是用一个行向量或一个列向量来表示的,这取决于具体情况。在MAT LAB中全部向量都是从1开始编号的,即y(1)是向量y的第1个元素。如果这些编号与你的 应用不能对应,可以创建另外一个标号向量以正确地与信号编号保持一致。例如,为了表示离 散时间信号 x/s2n,-3≤n≤3 其余n 首先可以利用冒号运算对x[n]的非零样本定义标号向量,然后再定义向量x,它包含了在这 些时间编号每一点上的信号值 n=[-3:3] 少X=2关n; 应该注意到,上面在每一命令的尾部都用了分号;用以除掉不必要的 MATLAB回响。若是没 有这个分号,就会得出如下的结果: >n=[-3:3] 键入stem(n,x)就能够画出这个信号。如果想要在一个更宽的范围内检查信号,就需要拓宽n 和x。例如如果要在-5≤n≤5范围内画出这个信号,就可以拓宽标号向量n,然后将这些附 加的元素加到向量x上,以得到这些新的样本 [-5:5] x=[00x00]; 如果想要大大扩展信号范围,会发现这时用 zeros函数是很方便的。例如要想包括-100≤n ≤100的范围,而又已经将向量x扩展到-5≤n≤5以后,这时就可键入 n=[-100:100]; Sx=[zeros(1, 95)x zeros(1, 95)]; 假设要定义x1[n]是离散时间单位脉冲函数,而x2[n是x1[n]的时间超前,即x1[n δ[n]和x2[n]=8[n+2],用 MATLAR表示这两个信号,就可键入 n1=[0:10] x1=[1 zeros(1,10)]; n2=[-5:5]; >>x2=[zeros(1, 3)1 zeros(1, 7); 然后,用stem(n1,x1)和stem(n2,x2)就能够画出这些信号。如果不定义标号向量,只是键 人stem(x1)和stem(x2),那么所画出来的图是8n-1和8[n-4],而不是所期望的信号。 在后面的章节中当做一些更为深入的练习时,标号向量在保持一个向量时间原点的联系上也 是有用的。 在 MATLAB中表示连续时间信号将用两种方法。一种方法是用 Symbolic Math Tool box,本书中凡是要用到 Symbolic Math Toolbox的练习都在该练习标题的末尾标以符号⑤。 另一种方法是用向量来表示连续时间信号,这些向量包含了该信号在时间上依次隔开的样本。

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sword_gz1 资料清晰,很不错
2016-02-06
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wangyg1979 资料清晰,对学习Matlab非常有用,谢谢分享
2015-12-07
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agentagentagent 清晰无水印,原版翻译,谢谢分享
2015-05-16
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