前言

“信号与系统”是电子信息类专业的学科基础课程之一，本教材介绍信号和系统的基本概念、连续和离散时间信号通过线性时不变系统的分析方法，涉及连续时间信号与系统的时域分析、频域分析和复频域分析方法，以及离散时间信号与系统的时域分析、频域分析和z域分析方法，同时，本教材简要介绍系统的状态变量分析方法。“信号与系统”课程是数字信号处理、通信原理、数字图像处理、自动控制原理等相关课程的基础。“信号与系统分析”理论在过去几十年中发展迅速，新理论和方法不断涌现，其应用涉及通信、航空、电路设计、声学、地震学、生物工程、语音信号处理、图像处理、模式识别等领域。

笔者在结合教学实践的基础上，对原教材的内容进行了全面修订，对教材内容进行重新编排与整合。其次，笔者所在团队在原教材和相关教学改革论文中提出的系统分析新方法，将在本书中作为独立的部分以附录的形式呈现，内容以因果微分定理、因果移序定理为核心，分别介绍在连续时间系统和离散时间系统分析中的应用方法，将整个理论体系统一于完整框架下。此外，笔者对原教材部分习题进行修订，特别地，加入了基于MATLAB的部分习题。

除上述外，考虑目前本校“信号与系统”课程为48学时，同时为与数字信号处理课程教学进行衔接，因此在编写过程中做了以下处理： 将离散时间傅里叶变换部分进行简化及删减； 第1章和第2章采用连续与离散信号和系统并行的模式，后续章节采用先连续后离散的模式进行讲解； 拉普拉斯变换和z变换中兼顾双边变换和单边变换。

本教材各章节内容和建议学时如下： 

第1章是信号与系统概论。主要讨论信号的概念、分类与基本运算、典型信号及其性质； 系统的概念、分类与连接； 奇异信号的概念与性质、系统的线性性、时不变性、因果性、稳定性和可逆性的定义与判断，这是本章的难点。本章建议学时为4学时。

第2章介绍线性时不变系统的时域分析方法。主要包括连续与离散线性时不变系统的描述方法以及基于卷积（卷积和）的求解方法。本章还介绍系统零输入响应、零状态响应、全响应、冲激响应和阶跃响应、脉冲响应等概念及其计算方法。卷积（卷积和）的定义与计算是本章的核心，在本章末尾简要介绍了解卷积的概念。本章建议学时为4学时。

第3章是连续时间信号与系统的频域分析。重点讨论连续周期信号的傅里叶级数、连续非周期信号的傅里叶变换及其性质、采样定理、系统频域分析方法、无失真传输等。本章内容是整个课程的核心之一，以傅里叶变换与傅里叶级数为基础的变换域信号与系统分析方法，其物理意义明确，在工程实例中有众多应用。本章建议学时为14学时。

第4章介绍连续时间信号与系统的复频域分析。本章重点讨论连续信号的拉普拉斯变换及性质、逆变换、连续时间系统复频域分析方法、系统函数的概念、系统函数零极点分布对系统响应和系统稳定性的影响、系统模拟方法以及拉普拉斯变换和傅里叶变换的关系。本章建议学时为12学时。

第5章简要讨论离散时间信号与离散线性时不变系统的z域分析方法和频域分析方法。本章重点介绍z变换及其逆变换和常用性质、离散线性时不变系统的z域分析方法、离散系统模拟、系统稳定性分析等。本章建议学时为10学时。

第6章简要讨论连续系统和离散系统的状态变量分析方法。本章重点介绍系统状态变量分析方法，包括连续与离散时间系统状态变量描述方法以及时域、频域求解。本章建议学时为4学时。

此外，由于学时有限，笔者将线性时不变系统的时域经典分析方法放在附录A中，供读者自学。这部分内容主要介绍应用经典的线性常系数微分方程和线性常系数差分方程的一般求解方法来分析线性时不变系统的一般理论。

附录B介绍杨忠根老师等提出的系统分析新方法。该方法的理论基础是因果微分定理和因果移序定理，本附录重点介绍以二者为基础的连续和离散时间系统分析新方法，该类方法可将系统时域分析、变换域分析和状态变量分析方法统一于一个理论框架下。本附录是笔者团队教学改革成果的总结与汇总，可帮助读者深刻理解系统时域、变换域分析方法的本质以及二者的联系。

为帮助读者快速浏览常用表格，本教材在附录中增加了常用信号卷积表、常用信号傅里叶变换表、常用信号傅里叶级数表、常用信号的单边拉普拉斯变换表、常用离散时间信号的z变换表以及常用MATLAB指令表。

由于作者能力有限，书中难免存在不足之处，欢迎读者批评指正。

作者2020年于上海