《信号与系统》课程教学大纲

《信号与系统》教学大纲课程名称：信号与系统（SignalsandSystems）课程编码：1501XK031课程类别：工程基础-必修学分：4分总学时：64学时，其中，授课学时：64学时适用专业：电子信息工程先修课程：电路分析基础、高等数学、大学物理B一、课程性质本课程是电子信息工程专业的工程基础课，具有很强的实践性和工程性。通过本课程学习，学生能够掌握模拟信号与系统的基本概念和基本理论，使学生了解傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换的性质和特点，具备对连续信号、连续LTI系统和离散LTI系统进行准确识别、表达、建模与分析的能力，并为后续课程的学习和应用打好基础。二、课程目标（一）育人目标与工程人才的培养定位进行对接，重点聚焦到厚植工程师价值观和工程伦理道德上来；培养具有伦理意识、以造福人类和可持续发展为理念的现代工程师，培养学生在面对道德困境时，做出正确的判断和选择；结合工程实例，增加“代入感”树立主人翁意识，树立一种大局观，提高学生服务国家服务人民的社会责任感；领略中国智慧，激发学生的中国道路自信和行业领域发展信心。注重鼓励学生在专业知识学习之余，养成勤锻炼、有情趣、爱劳动的生活取向，注重因地制宜，发挥高校自身的学科研究优势、社会网络资源、校史育人功能，最大限度创设条件，激活学生的创造活力，将学生培养成品德高尚、专业过硬、体魄强健、审美高雅、热爱劳动的新时代好青年。（二）知识和能力目标掌握信号和线性系统分析的基本概念、基本原理和基本方法，对电子信息系统进行建模与简化（毕业要求1.2）;掌握连续与离散两类系统的时域和变换域分析方法，掌握连续信号的傅里叶级数分析、傅里叶变换分析及采样信号的傅里叶分析的基本理论和方法；能对电子信息系统进行识别、表达与分析（毕业要求2.2）。课程目标与毕业要求指标点对应关系课程目标毕业要求指标点课程目标11.2能运用工程与电子信息的基础知识，对电子信息系统的电子线路、信号与传输工程问题进行合理简化、建模。课程目标22.2能运用相关科学原理及其模型对信号处理与传输领域复杂工程问题进行准确识别、表达与分析。三、基本要求本课程以信号和系统的概念为基础、以对系统进行时域和变换域的分析为重点、以拉普拉斯变换、Z变换、傅里叶变换为核心，主要介绍信号和系统的基本概念、连续系统时域分析、连续系统拉普拉斯变换分析、离散系统时域分析、离散系统的Z变换分析、信号的频谱分析及系统频域分析、采样信号的傅里叶分析，同时密切联系系统建模和系统模拟，具有较强的实用性。教学过程中要注意与先修课程基础知识的联系，掌握信号的分类、表示和运算、以及系统的分类、性质、建模与识别，在连续信号和系统部分的讲述中，注意对基本连续信号尤其是阶跃信号、冲激信号的定义、性质、作用等的全面准确介绍和培养学生运用时域分析和拉普拉斯变换分析的能力。在离散信号和系统部分的讲述中，应结合连续部分已讲授的知识和结论，突出离散化概念，使得学生更加容易理解离散信号与系统及其时域分析和Z变换分析的思路与方法。在谱分析部分的讲述中，应先借助傅里叶级数并赋予其物理含义，准确介绍频谱概念的基础上，引入系统的频域分析法，使得学生更好理解信号的无失真传输、理想滤波器、调制与解调及信号采样的原理与方法。四、教学内容分章节说明教学内容，课时安排，并说明教学重点与难点、主要教学模式（包括授课、自学、实验、课程设计、大作业等）以及对应的知识、能力要求。章节教学内容学时教学模式对应课程目标1信号与系统概念6课堂授课，课后练习2题12连续系统的时域分析6课堂授课，课堂讨论、课后练习6题、测验1/23连续系统的拉普拉斯变换分析16课堂授课，课堂讨论、课后练习4题1/24离散系统的时域分析6课堂授课，课堂讨论、课后练习8题1/25离散系统的Z变换分析10课堂授课，课堂讨论、课后练习2题、测验1/26连续信号的傅里叶级数分析4课堂授课，课堂讨论、课后练习4题，部分自学1/27连续信号的傅里叶变换分析12课堂授课，课堂讨论、课后练习业6题，测验1/28采样信号的傅里叶分析4课堂授课，课堂讨论、课后练习3题，部分自学1/2第一章信号与系统概念1．信号的概念基本连续信号冲激函数信号的运算信号的时域分解系统的概念和性质系统举例本章重点：了解信号、系统的概念、分类方法掌握冲激信号的定义及性质，信号时域分解，系统的性质及应用能力：能够用信号与系统的基本知识用于信号处理系统的复杂工程问题。第二章连续系统的时域分析系统模型的建立微分方程的经典解法零输入响应和零状态响应4.冲激响应和阶跃响应卷积积分系统的互联相关及其应用卷积与变换法本章重点：了解系统的数学模型的构建方法熟悉微分方程的经典解法，系统互联的含义掌握零输入响应和零状态响应的定义、求法，掌握冲激响应和阶跃响应的定义、含义、相互关系，掌握卷积积分的定义与求法。了解信号相关概念、卷积与变换法能力：能够用连续系统的时域分析法用于分析信号处理系统的复杂工程问题。第三章连续系统的拉普拉斯变换分析拉普拉斯变换和收敛域拉普拉斯变换的性质拉普拉斯反变换微分方程的拉普拉斯变换解动态电路的拉普拉斯变换分析系统函数与系统特性系统实现信号流图与梅森公式PID控制器系统的频率响应波特图系统函数零极点与滤波器设计本章重点：了解拉氏变换的定义、收敛域掌握拉氏变换的性质、拉氏反变换的求法，掌握微分方程的拉氏变换解法和动态电路的拉氏变换分析法，掌握系统模拟图，掌握信号流图和梅森公式熟悉频率响应。了解PID控制器、波特图等能力：能够用连续系统的拉普拉斯变换分析法用于分析与解决信号处理系统的复杂工程问题。第四章离散系统的时域分析离散时间信号及其时间特性离散系统的描述及其性质差分方程的解法冲激序列响应与阶跃序列响应离散卷积系统的互联地震勘探系统中的应用：反卷积及其应用本章重点：熟悉离散信号及特性、离散系统描述和分类掌握差分方程的求解，掌握冲激序列响应与阶跃序列响应的定义、关系、求法掌握离散卷积的定义、含义、性质、求法熟悉离散系统互联知识了解反卷积及应用能力：能够用离散系统的时域分析法用于分析离散信号系统的复杂工程问题。第五章离散系统的z变换分析1．z变换及收敛域2．z变换的性质z反变换差分方程的z变换解系统函数与系统特性系统实现离散系统的频率响应z变换与拉普拉斯变换的关系电视机系统中的应用：数字梳状滤波器本章重点：熟悉Z变换定义、收敛域定义及确定、z变换与拉普拉斯变换的关系掌握Z变换的性质，反Z变换，差分方程的Z变换解，离散系统函数和系统特性，离散系统实现，离散系统频率响应了解数字梳状滤波器能力：能够用离散系统的z变换分析法用于分析离散信号系统的复杂工程问题。第六章连续信号的傅里叶级数分析三角型傅里叶级数指数型傅里叶级数周期信号的频谱分析4.傅里叶级数的性质周期信号激励下的系统响应电力系统中的应用：电力系统谐波分析本章重点：熟悉周期信号的三角型、指数型傅里叶级数、傅里叶级数的性质掌握周期信号的频谱分析，周期信号激励下的系统响应了解电力系统谐波分析能力：能够对连续信号进行傅里叶级数展开，对连续系统进行谐波分析。第七章连续信号的傅里叶变换分析傅里叶变换傅里叶变换的性质周期信号的傅里叶变换4.傅里叶反变换无失真传输与理想滤波器通信系统中的应用：调制与解调本章重点：掌握傅里叶变换定义、含义掌握傅里叶变换的性质，并灵活运用这些性质，掌握傅里叶反变换掌握周期信号的傅里叶变换掌握傅里叶变换的三大应用：无失真传输、理想滤波器、调制与解调能力：能够对连续信号进行傅里叶变换，对连续系统进行频谱分析。第八章采样信号的傅里叶分析1．时域采样与采样定理采样定理的应用信号重构本章重点：掌握采样定理了解采样定理的应用、了解信号重构能力：能够分析采样信号的频谱。五、教学方法本课程采用理论教学与课堂、课后习题等相结合的教学方式方法，主要教学环节包括课堂教学、课堂和课后习题练习以及课后自学。课堂教学课堂教学以“互动式”方法为主导，在这一教学环节，学生以听课为主，并适当参与讨论，每次课程开始或课程中间进行提问，课后留有思考题、基本练习题和复习提高题。教师主要讲授课程的基本概念、基本理论和基本方法。同时，有意识设计一些讨论性问题，引导学生运用已有的知识进行思考。考虑到本课程涉及内容多，故采用多媒体教学手段，以提高课堂效率。课堂、课后习题和自学课堂上，教师会有针对性的提出一些问题。其中，教师简要介绍理论方法，具体由学生独立完成，教师批改后，再逐一给学生讲解存在的问题。对于本课程中主要知识点，布置适当习题，让学生在课堂和课后进行练习，使学生进一步理解和巩固课程所学的基本概念、基本理论和方法。精选讲课内容，精讲重点难点，安排同学自学易于理解的内容，以培养学生自主学习的意识和能力以及抓住要点的能力。六、考核与评价方式及标准1．考核标准与成绩评定课程考核包括平时成绩、期末考试两个部分。平时成绩（百分制），包括课堂测验、作业等。平时成绩评价标准基本要求评价标准优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）能够根据模拟信号与模拟信号与系统的模拟信号与系统的模拟信号与系统的模拟信号与系统的系统的基本概念和基基本概念正确，傅基本概念比较正基本概念基本正基本概念错误，傅础知识，根据傅里叶里叶变换、拉普拉确，傅里叶变换、确，傅里叶变换、里叶变换、拉普拉变换和拉普拉斯变换、Z变换的性质，对连续信号、连续LTI系统和离散LTI系统进行准确识别、表达、建模与分析。斯变换、Z变换的理解正确，对连续信号、连续LTI系统和离散LTI系统的识别准确、表达正确、分析与建模拉普拉斯变换、Z变换的理解比较正确，对连续信号、连续LTI系统和离散LTI系统的识别和表达比较正确。拉普拉斯变换、Z变换的理解部分正确，对连续信号、连续LTI系统和离散LTI系统的识别和表达基本正确。斯变换、Z变换的理解错误，对连续信号、连续LTI系统和离散LTI系统的识别表达错误。合理。期末考试（百分制）闭卷，题型包括：是非判断题、选择题、填空题、作图题、分析与计算题。课程期末考试考核内容与评价标准基本要求评价标准比例（%）优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）目掌握信号和线性系统分信号与系统的基信号与系统的信号与系统的信号与系统的标析的基本概念、基本原理本概念、基本理基本概念、基本基本概念、基本基本概念、基本1和基本方法，能够在后续论正确，并能进理论比较正确，理论基本正确，理论错误，无法课程的学习和之后的工行正确的运用并能进行比较并能进行基本进行相关的运60作中灵活应用这些理论、正确的运用正确的运用用知识与方法解决可能遇到的问题。目掌握连续与离散两类系对傅里叶变换、对傅里叶变换、对傅里叶变换、对傅里叶变换、标统的时域和变换域分析拉普拉斯变换、Z拉普拉斯变换、拉普拉斯变换、拉普拉斯变换、2方法，掌握连续信号的傅变换的理解正Z变换的理解Z变换的理解Z变换的理解里叶级数分析、傅里叶变确，对连续信号、比较正确，对连正确，对连续信错误，对连续信换分析及采样信号的傅里叶分析的基本理论和方法；能对实际信息系统连续LTI系统和离散LTI系统的识别准确、表达续信号、连续LTI系统和离散LTI系统的识别号、连续LTI系统和离散LTI系统的识别和号、连续LTI系统和离散LTI系统的识别表40进行识别、表达、建模与正确、分析与建和表达比较正表达基本正确。达错误。分析。模合理。确。注：该表格中的比例为期末考试试卷成绩比例。成绩评定为：考试成绩*70%+平时成绩*30%。2．课程目标达成评价《信号与系统》课程目标达成评价分析报告一、课程基本信息课程名称信号与系统课程性质工程基础，必修学时学分64/4开课学期专业班级考核方式考试，闭卷任课教师：评价人员：课程组长，命题教师，阅卷教师二、课程目标达成评估课程目标支撑指标点课程目标评价数据源评价依据分值平均分达成度值Ki评价方式毕业要求1.2能运用相关科学原理对电子系统复杂工程问题的关键模块进行准确识别、表达与分析。目标1：掌握信号和线性系统分析的基本概念、基本原理和基本方法，对电子信息系统进行建模与简化期末考试：信号与系统的基本概念、基本理论（60分）T10=60试题构成说明T1=40�1*0.7+�1*0.3�10�10=0.71平时作业A10=100A1=81毕业要求2.2能运用相关科学原理及其模型对信号传输领域复杂工程问题进行准确识别、表达与分析。目标2：掌握连续与离散两类系统的时域和变换域分析方法，掌握连续信号的傅里叶级数分析、傅里叶变换分析及采样信号的傅里叶分析的基本理论和方法；能对电子信息系统进行识别、表达与分析期末考试：（1）连续信号与LTI系统的拉普拉斯变换分析；（2）连续信号与LTI系统的傅里叶变换分析；（3）离散信号与LTI系统的Z变换分析。(40分)T20=40试题构成说明T2=3