《数字信号处理》课程教学大纲

《数字信号处理》课程教学大纲课程编号33442006课程名称数字信号处理课程性质*专业基础类英文名称DigitalSignalProcessing*数学与自然科学类、工程基础类、专业基础类、专业类、工程实践与毕业设计（论文）、人文社会科学类；学分学时处（）内为实验学时。一、课程简介《数字信号处理》是电子信息工程相关专业人才培养方案中的专业核心课，通过理论和实验教学使学生掌握数字信号处理的基本原理和方法。课程详细介绍了数字信号处理软、硬件实现的应用领域，以离散信号与系统的时频分析、离散傅立叶变换为基础，重点阐述数字滤波器的基本理论、结构和设计方法，在各章节中导入应用实例，有助于学生掌握数字信号处理的基本分析方法和设计工具，培养学生从数学概念、物理概念及工程概念去分析问题和解决问题的能力。二、课程教学目标本课程的目的和任务是使学生全面掌握各种常用的数字滤波器的基本理论、技术和设计方法，为以后从事电子信息工程等相关领域的科研与应用开发奠定良好的基础，提高学生运用数字滤波器解决实际问题的能力；在教学过程中，培养学生以科学报国的爱国主义情怀。本课程的具体教学目标如下：1.掌握数字信号处理的基本概念、基本分析方法和处理技术；掌握离散时间信号和系统的基础理论、离散傅里叶变换（DFT）理论及其信号分析方法；[1.1]2.掌握IIR和FIR数字滤波器设计原理和设计方法，为研究设计各种数字滤波系统提供必要的基础；掌握MATLAB软件包中的信号处理工具箱的使用方法，具有初步的算法分析和运用MATLAB编程的能力；[2.1]3.通过本课程的学习，培养学生用数学、物理概念及信号处理工具箱去分析问题和解决问题的能力；具备对给定实际问题设计数字滤波器的专业素质。[3.1]课程教学目标与毕业要求的对应关系如表1所示：表1毕业要求指标点实现矩阵毕业要求毕业要求指标点课程目标权重1.工程知识1.1掌握电子信息工程专业理论和知识体系的数学和自然科学知识，将其应用于信息技术（IT）行业知识和专业知识的学习。10.42．问题分析2.1具备应用数学、自然科学和工程科学的基本原理和方法，认识与判断电子信息工程（含海洋电子信息）相关领域复杂工程问题中的关键环节，使用数学模型和专业知识解释与描述复杂工程问题的能力。20.43．设计/开发解决方案3.1能够利用专业知识，针对给定需求，设计出满足要求的系统总体方案与系统拓扑图、单元子系统（或单元电路）、软硬件模块或工艺。30.2三、课程教学目标达成途径（或教学设计）表2教学目标达成途径课程教学目标达成途径考核方式1.掌握数字信号处理的基本概念、基本分析方法和处理技术；掌握离散时间信号和系统的基础理论、离散傅里叶变换（DFT）理论及其信号分析方法。多媒体授课、提问、讨论、案例分析、实验。课堂表现、习题作业、实验报告、期末考试。2.掌握IIR和FIR数字滤波器设计原理和设计方法，为研究设计各种数字滤波系统提供必要的基础；掌握MATLAB软件包中的信号处理工具箱的使用方法，具有初步的算法分析和运用MATLAB编程的能力。多媒体授课、提问、讨论、案例分析、实验。课堂表现、习题作业、实验报告、期末考试。3.通过本课程的学习，培养学生用数学、物理概念及信号处理工具箱去分析问题和解决问题的能力；具备对给定实际问题设计数字滤波器的专业素质。多媒体授课、提问、讨论、案例分析。课堂表现、习题作业、期末考试。四、课程教学内容、教与学的要求1.课堂讲授为主，课程网站自学为辅；注重工程案例教学，每周平均讲授4学时，与专业相关实践教学环节和场景配合呼应。2.基于电子信息系统信息处理与传输工作流程构建课程教学体系；根据课程特点采用启发式教学、任务驱动教学、案例教学法进行教学方法创新；核心能力知识点采用“原理描述-设计要点分析-应用案例展示”相互呼应的教学模式。本课程理论教学内容与教学要求见表3。表3教学要求序号教学内容教与学的要求学时教学目标11绪论1.1数字信号处理研究内容1.2数字信号处理实现方法1.3数字信号处理系统构成1.4数字信号处理的应用领域1.5数字信号处理的优点1.6介绍美国政府为其霸权主义，对我国几所重点院校禁止使用MATLAB软件，以抑制中国科技发展的事实。1.要求：（1）了解数字信号处理的应用领域、发展概况，以及数字信号处理与MATLAB的关系；（2）理解数字信号处理系统的优点和特点；（3）掌握数字信号处理的基本概念和系统组成。2.作业内容：（1）复习本章内容；（2）完成相关作业。教学方法：启发式授课、提问、讨论。2122离散时间信号与系统2.1模-数信号转换方法2.2离散时间信号——序列2.3离散时间系统2.4离散时间系统分析——差分方程2.5MATLAB应用实例1.要求：（1）了解离散时间信号的基本概念，以及几种典型序列的定义；（2）理解离散时间系统的描述方法；常系数线性差分方程的求解方法；（3）掌握离散时间信号的运算，判断离散时间系统的线性、时不变性、稳定、因果性。作业内容：（1）复习本章内容；（2）完成相关作业和实验。3.教学方法：启发式授课、案例教学、提问、讨论。61，233z变换与序列傅里叶变换3.1序列的z变换3.2序列的傅里叶变换及性质3.3拉氏变换、z变换、傅里叶变换的关系3.4离散时间系统的频域分析3.5MATLAB应用实例1.要求：（1）了解z变换和z逆变换的性质和定理；（2）理解序列的傅里叶变换的定义域性质；（2）掌握z变换收敛域；离散系统的频域分析。2.作业内容：（1）复习本章内容；（2）完成相关作业和实验。3.教学方法：启发式授课、案例教学、提问、讨论。61，244离散傅里叶变换4.1周期序列的离散傅里叶级数4.2有限长序列离散傅里叶变换4.3离散傅里叶变换性质4.4频域采样理论4.5MATLAB应用实例1.要求：（1）了解离散傅里叶级数定义；（2）理解离散傅里叶变换的性质和定理；（3）掌握频域采样理论。2.作业内容：（1）复习本章内容；（2）完成相关作业和实验。3.教学方法：启发式授课、案例教学、提问、讨论。61，255IIR数字滤波器的设计5.1滤波器基本概念5.2模拟滤波器设计5.3脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器5.4双线性变换法设计IIR数字滤波器5.5MATLAB应用实例1.要求：（1）了解滤波器的基本概念和幅度平方函数与幅度函数的特点；（2）掌握巴特沃斯滤波器设计方法；（3）掌握基于模拟滤波器设计IIR的两种方法，即脉冲响应不变法和双线性变换法的原理、步骤、s平面和z平面之间映射关系。2.作业内容：（1）复习本章内容；（2）完成相关作业和实验。3.教学方法：启发式授课、案例教学、提问、讨论。62，366FIR数字滤波器的设计6.1线性相位FIR数字滤波器性质6.2窗口函数法设计FIR数字滤波器6.3频率取样设计法6.4MATLAB应用实例1.要求：（1）了解FIR滤波器的幅度特性、零点特性；（2）理解设计线性相位滤波器的约束条件；（3）掌握FIR滤波器的线性相位条件；频率采样法设计FIR滤波器的基本原理和方法；窗函数法设计FIR滤波器的基本思想和方法；矩形窗、三角窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗、凯塞窗等不同窗的设计特性。2.作业内容：（1）复习本章内容；（2）完成相关作业和实验。3.教学方法：启发式授课、案例教学、提问、讨论。62，3实验内容见表4。表4实验安排表序号实验项目名称目的要求学时分配实验类型每组人数必开选开课程目标1离散时间信号频域分析掌握离散时间信号分析方法，完成MATLAB仿真2验证2必开1，22离散傅里叶变换及快速算法完成傅里叶变换及快速算法MATLAB仿真2验证2必开1，23IIR数字滤波器的设计掌握IIR数字滤波器的设计方法，完成MATLAB仿真2验证2必开1，24FIR数字滤波器的设计掌握FIR数字滤波器的设计方法，完成MATLAB仿真2综合2必开1，2实验报告撰写要求学生要提交的实验报告包括纸质版和电子版，纸质版A4打印。实验报告包括原理说明、实验记录和实验总结三项内容：（1）实验原理要写明实验目的、要求、实验步骤等提纲；（2）实验记录包括实验结果和实验过程中出现的问题和解决方案；（3）实验报告对实验数据、结果、实验过程中出现的问题等进行解释、分析、总结，根据实验结论提出对实验改进的途径和方案。五、课程考核及成绩评定1.考核方式：课堂表现（考勤、回答问题等）、习题作业、实验和考试。2.考核成绩组成：课堂表现成绩10%+作业成绩10%+实验成绩10%+期末成绩70%。3.考核评价标准如表5所示：表5教学目标评价标准成绩类型分值权重类别权重考核/评价细则课程目标毕业要求指标点平时成绩1000.3课堂表现0.2每次课堂考勤按20分制单独评分，取各次成绩的平均值作为课堂表现成绩1，2，31.1，2.1，3.1作业0.4主要考核学生对每章节知识点的理解和掌握程度；每次作业按40分制单独评分，取各次成绩的平均值作为书面作业成绩1，2，31.1，2.1，3.1实验0.4根据实验完成质量，以及实验报告质量评分；每次实验按40分制单独评分，取各次成绩的平均值作为实验成绩2，32.1，3.1期末考试成绩1000.7闭卷考试1卷面成绩100分，卷面成绩按比例计入课程总评成绩1，2，31.1，2.1，3.1六、课程教学目标达成情况评价1．评价依据和方法：课程目标评价方式：课程目标达成度评价包括课程分目标达成度评价，以及课程总目标达成度评价，具体计算下：课程目达为3课程分标加得率其计公为：其中权重系数按照表6设定。表6课程目标权重系数课程目标123权重系数0.40.40.2课程毕业要求指标点达成情况评价：课程支撑毕业要求指标点的达成情况为对应的课程目标达成情况的加权值，其计算公式为：2．课程总结要求：