《信号与系统》课程简介、教学大纲

信号与系统课程简介 课程代码 课程名称 课程名称（英文） 学 时 学 分 先修课程 开课 学期 信号与系统 Signals and Systems 54 3 数学分析（或高等数学） 工程数学 电路理论基础 4 课程简介： 信号与系统是电类专业的一门重要的专业基础课程。它的任务是研究信 号和线性非时变系统的基本理论和基本分析方法，要求掌握最基本的信号变换 理论，并掌握线性非时变系 统的分析方法， 为学习后 续课程，以及从事相关 领域 的工程技术和科学研究工作奠定坚实的理论基础。 通过本课程的学习，学生将理解信号的函数表示与系统分析方法，掌握连续 时间系统和离散时间系统的时域分析和频域分析，连续时间系统的 S 域分析和 离散时间系统的 Z 域分析，以及状 态方程与状态变 量分析法等相关内容。通过上 机实验，使学生掌握利用计 算机进行信号与系统分析的基本方法，加深对信号与 线性非时变系统的基本理论的理解，训练学生的实验技能和科学实验方法，提高 分析和解决实际问题的能力。 信号与系统课程教学大纲 一、课程基本信息 课程代码：EI210 课程名称：信号与系统/Signals and Systems 学时/学分：54 / 3 先修课程：高等数学工程数学基本电路理论 适用专业：电类专业 开课院（系）：电子信息与电气工程学院 教 材： Signals and SystemsA. V. Oppenheim, A. S. Willsky, Prentice-Hall Inc., 1997 教学参考书：信号与系统胡光锐编 上海交通大学出版社，1996 信号与系统第二版，郑君里编，高教出版社，2000 信号与系统基础应用 Web 和 MATLAB第二版，Edward W. Kaman, Bonnnie S. Heck 著，科学出版社，2002 二、课程性质和任务 信号与系统是电类专业的一门重要的专业基础课程。它的任务是研究信号 和线性非时变系统的基本理论和基本分析方法，要求掌握最基本的信号变换理 论，并掌握线性非时变系统 的分析方法， 为学习后续课程，以及从事相关 领域的 工程技术和科学研究工作奠定坚实的理论基础。 三、教学内容和基本要求 、 信号的函数表示与系统分析方法 掌握信号与系统的基本概念。 理解信号的分类及其基本运算，掌握信号的函数表示与图形表示，掌握典 型的连续信号和奇异信号。 理解离散信号的定义、特性及其各种运算与变换，掌握序列的表示方法及 常用序列。 理解线性时不变和线性非移变系统的数学模型及其分类，理解系统的各种 性质，理解系统的因果性和稳定性的含义。掌握 线性系统的模拟和方框图 表示。 、 线性时不变系统和线性非移变系统的时域分析 了解连续系统的输入输出微分方程的建立方法。 掌握常系数线性微分方程的时域求解方法，理解特征多项式、特征方程和 特征根（固有频率）的意义。 理解系统的全响应可以分解为：零输入响应与零状态响应；自由响应与强 迫响应；暂态响应与稳态响应。 理解单位冲激响应的意义。 理解卷积积分的意义、运算规律及其性质，掌握求解方法。 了解常系数差分方程的时域求解方法，掌握离散系统各种响应（尤其是单 位取样响应）的意义及其全响应的分解方式。 理解卷积和的定义、运算规律及其性质，掌握求解方法。 、 连续信号的傅立叶分析 了解函数正交的条件和完备正交函数集的概念。 理解傅立叶级数的定义，掌握典型周期信号的频谱，理解周期信号频谱的 特点。 掌握和理解傅立叶变换的定义、性质，能 够据此求周期与非周期信号的频 谱、频谱宽度，了解信号频谱与频谱宽度的含义。 掌握傅立叶反变换的求解方法。 理解抽样定理，掌握抽样信号的频谱及其求解。 、 连续时间系统的频域分析 理解线性非时变系统频率响应的定义、物理意义，掌握其求解方法及其应 用。 掌握系统对激励信号的响应的频域求解方法，理解信号通过系统传输后产 生的现象。 了解信号无失真传输的条件。 掌握理想低通滤波器的定义、传输特性（冲激响应与阶跃响应）及其上升时 间的意义。 掌握调制与解调的基本原理与应用。 、 离散时间系统的频域分析 理解离散时间系统频率响应的定义，掌握其计算方法。 理解离散时间傅立叶变换的定义及其性质，掌握常用非周期序列的傅立叶 变换及其频谱。 掌握离散时间系统的频域分析方法。 、 拉普拉斯变换 掌握拉氏变换的定义、收敛域及其基本性质。 理解拉氏变换的性质（特别是时移、频移、 时域微分、频域微分、初值定理 和终值定理等性质）的应用条件。 掌握利用拉氏变换的定义和性质求拉氏变换的方法。 掌握利用部分分式法及留数法求象函数的拉氏反变换的方法。 掌握系统的拉普拉斯变换分析方法，能够利用拉氏变换求线性非时变系统 的响应。 、 连续时间系统的 S 域分析 理解系统函数的定义、物理意义和零极点概念。 理解系统函数的零极点分布与时域特性之间的关系。 掌握利用系统函数零极点分布确定频率特性的方法。 掌握利用系统函数求各种响应的方法，包括单位冲激响应、自由响应与强 迫响应、暂态响应与稳态响应、正弦 稳态响应等等。 理解系统稳定性的意义，掌握利用收敛域判定系统的稳定性。 、 离散时间系统的 Z 域分析 掌握和理解 Z 变换的定义、收敛域及其基本性质，理解 Z 变换各种性质的 应用条件，理解 Z 变换与拉氏 变换的关系。 掌握常用序列的 Z 变换，能够利用 Z 变换的定义和性质求序列的 Z 变换。 了解利用幂级数展开法和留数法求 Z 反变换的方法，掌握用部分分式法 求 Z 反变换的方法。 理解系统函数的定义、物理意义及其零极点的概念，掌握其求解方法。 理解系统函数的零极点分布与单位取样响应的关系，能够利用系统函数对 系统特性进行分析和求解响应。 理解离散因果系统和稳定系统的定义、意义和性质，能够进行系统稳定性 的判别。 四、实验（上机）内容和基本要求 、 上机的学时数为 6 个学时。 、 计算机实验： 主要实验项目包括： 利用卷积求解系统输出； 求信号的幅频和相频，并利用幅频和相频求解时域信号； 利用频域分析分离加性信号； 低通滤波器的设计。 通过上机实验，使学生掌握利用计算机（Matlab 语言）进行信号与系统分析 的基本方法，进一步加深对信号与线性非时变系统的基本理论的理解，训练学生 的实验技能和科学实验方法，加强感性认识，提高分析和解决实际问题的能力。 五、对学生能力培养的要求 、 课内教学活动中能力培养的安排及要求 通过本课程的学习使学生掌握扎实的信号与系统的分析方法，并能够利用 计算机进行现象分析和算法的实现。 1、在教学过程中，应注意逐步提高学生在教师课堂讲授的启发和指引下，独 立钻研教材、参考资料，从而吸取知识的能力、自学的能力。 2、为了达到教学基本要求，保证基本教学质量， 应当严格要求学生做好一定 数量的习题，以培养学生理论联系实际的作风和分析计算的能力。 3、通过与实验课程相结合，应进一步培养和提高学生的实验研究能力、计算 机应用能力、分析和解决实际问题的能力。 、 课外科技活动和社会实践等教学活动中能力培养的安排及要求 本课程的概念、思想和方法在很多科学和技术领域起着重要的作用，学生可 参与相关领域的科技活动锻炼自己在信号处理方面的能力。通过课外的科技活 动，增强学生对理论课程的学习兴趣，学会利用所掌握的理论知识去分析和解决 实际的问题。 六、其它说明 、 本课程作为电类专业的技术基础大平台课程，在兼顾各学科不同要求的 情况下，以信号与系统理论 的基础知识、基本概念和基本方法列为本课程的 基本内容。 、 本课程与基本电路理论、 数字信号处理、 自动控制原理等课程关系密 切，故本课程在讲解相关内容 时应当掌握好深度和广度： 、 本课程教学应尽量形成具有教材、CAI 课件、网络课程等教学形式相结合 的立体教案，以达到良好的教学效果。 学时分配表 教学环节 课程