《信号与系统》课程教学大纲

《信号与系统》课程教学大纲课程编号：04210074课程性质：专业基础课、专业方向课适合专业：电子科学与技术先修课程：高等数学，线性代数，电路分析，模拟电路开设学期：第三学期考核方式：闭卷考试总学时数：72学分：4（一）课程教学目标本课程的教学目标在于培养学生对信号与系统有一个系统化的概念，使学生掌握最常用的确定性的信号和线性时不变系统的基本概念、理论与分析方法,并对这些理论与方法在工程中的一些应用有初步了解。通过学习和实验,学生应在分析问题与解决问题的能力及实践技能方面有所提高，能够综合应用所学知识分析解决一些工程问题，为适应信息科学与技术的飞速发展及在相关专业领域的深入学习打下坚实的基础。（二）课程的目的与任务本课程是电子信息工程、电子信息科学与技术专业的一门重要的专业基础课，主要研究信号与线性系统分析的基本原理、方法和工程应用，在教学计划中起着承先启后的作用，是学习《数字信号处理》、《通信原理》、《自动控制理论》等后续课程所必备的基础。（三）理论教学的基本要求通过系统学习，要求学生牢固掌握信号与系统的基本原理和基本分析方法，掌握信号与系统的时域、变换域分析方法，理解各种变换（傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换）的基本内容、性质与应用，特别要建立信号与系统的频域分析以及系统函数的概念，提高应用数学工具分析和求解数学模型的能力，为进一步学习后续课程打下坚实的基础。（四）实践教学要求（包括但不限于以下内容）1、实验教学目的与要求通过实验教学，使学生熟练使用测量仪器，并借助于硬件实验平台上的测量点进行相关参数的测试，通过对信号与系统的观察和分析，学习用实验的方法加深对信号的分解、电路结构、系统原理的理解，掌握确定性信号通过线性时不变系统的时域、频域分析方法；使学生学会利用MATLAB中“信号处理”工具箱来显示信号分析与处理的仿真过程，从而加深了解确定性信号的时域、频域的描述方法及其相互之间的关系；

学习运用理论指导实验，培养理论和实验相结合加深对有关信号与系统概念的深入理解；学习正确的分析评价实验结果和撰写实验报告；培养学生严谨的科学实验态度和实事求是、严谨踏实的工作作风，为后续的实验课程的学习打下良好实验基础。2.实验课程内容设置和学时分配实验项目编号实验项目名称实验内容提要学时分配实验类型每组人数必开/选开0421007401常见信号观测实验观察和测量各种测量信号；掌握有关信号的重要特性，了解其在信号与系统分析中的应用。3验证性2选开0421007402信号卷积的实验理解卷积的概念及物理意义；通过实验的方法加深卷积运算的图解方法及结果的理解。3综合性2必开0421007403有源无源滤波器熟悉滤波器的构成及其特性；学会测量滤波器幅频特性的方法。3综合性2必开0421007404抽样定理与信号恢复观察离散信号频谱，了解其频谱特点；验证抽样定理并恢复原信号。3验证性2必开0421007405二阶电路传输特性了解二阶有源滤波网络的结构组成及电路传输特性；了解负阻抗在串联振荡电路中的应用。3综合性2选开0421007406矩形脉冲信号的分解与合成了解波形分解与合成原理，掌握用傅里叶级数进行谐波分析的方法，观察矩形信号的各谐波分量及合成后的波形。3综合性2选开0421007407二阶网络状态轨迹的显示掌握观察二阶电路状态轨迹的方法；检验根据给定任务，自行拟定实验方案的能力3验证性2选开0421007408连续信号的产生与时域运算用matlab软件产生基本信号，并应用matlab软件实现信号的加、减、乘、反褶、移位、尺度变换及卷积运算，为信号分析和系统设计奠定基础。3设计性1必开0421007409线性连续时间系统的分析用matlab分析系统时间响应，求信号的频谱及分析系统频率响应，掌握系统零、极点分布与系统稳定性关系。3设计性1必开0421007410离散时间信号与系统用matlab软件产生离散时间信号并进行基本运算，求离散时间系统冲激响应及系统函数零极点分析与频响特性3设计性1必开3、实验报告在做完每个实验后，要求写出详细的实验报告。包括实验方法、实验过程与结果、心得和体会等，对于软件仿真还要求打印m文件及实验结果。（五）教学学时分配数章次各章名称总学时学时分配讲课实验上机课外小计第一章绪论8-962-38-9第二章连续系统的时域分析8-962-38-9第三章傅里叶变换14-18122-614-18第四章连续系统的S域分析12-13102-312-13第五章傅里叶变换应用444第七章离散系统的时域分析666第八章离散系统的Z域分析8-962-38-9第十二章系统的状态变量分析444总计64-72544-96-964-72（六）大纲内容第一章绪论教学目的：要求学生掌握信号与系统的基本概念、描述方法及一般性质。教学要求：1.掌握基本时间信号（指数信号、正弦信号、复指数信号、抽样信号、钟型信号、阶跃信号、冲激信号、冲激偶等）的描述、分类及其特点。2.重点掌握冲激信号的性质和运算。3.了解信号的运算和分解。4.了解系统模型、分类及系统分析方法。5.重点掌握线性时不变系统的定义和性质。教学内容：1.1信号与系统1.2信号的描述、分类和典型示例1.3信号的运算1.4阶跃信号与冲激信号1.5信号的分解1.6系统模型及其分类1.7线性时不变系统1.8LTI系统分析方法、本书概貌教学提示：为加深对概念的理解可多结合实例说明。教学重点和难点：重点：确定信号及线性时不变系统的特性，尤其是单位冲激信号和单位阶跃信号的特性。信号的基本运算与分解。难点：单位冲激信号的特性，任意信号分解为基本信号的线性组合，线性时不变系统的判断。学法指导：注重结合图形加强对概念的理解。作业：针对各相关知识点可布置6～10题。小结：本章引入了信号与系统的概念，是全书的基础内容。授课方式：讲授第二章连续时间系统的时域分析教学目的：要求学生掌握从时域对连续时间系统进行分析的一般方法。教学要求：1.掌握微分方程式的建立和求解。2.了解自由响应和强迫响应。3.掌握系统全响应、零输入响应和零状态响应的求解。4.重点掌握冲激响应和阶跃响应。5.重点掌握卷积积分的定义、计算和性质。教学内容：2.1引言2.2系统数学模型（微分方程）的建立2.3用时域经典法求解微分方程2.4起始点的跳变从0-到0+状态的转换2.5零输入响应和零状态响应2.6冲激响应与阶跃响应2.7卷积2.8卷积的性质2.9利用卷积分析通信系统多径失真的消除方法教学提示：本章注重概念的形成不必研究解题技巧，对卷积的图解法多加讲解与练习。教学重点和难点：重点：冲激响应的概念及计算，零输入响应和零状态响应的概念及求解，卷积积分的概念、物理意义及其性质。难点：卷积积分的计算。学法指导：注意从不同角度认识响应的分解及求解，对卷积用图解法多做练习。熟记一些简单信号的卷积结果，如两矩形脉冲的卷积。作业：针对各相关知识点可布置5～8题。小结：本章从时域对连续系统进行分析，比较直观、物理概念清楚，是变换域分析的基础。授课方式：讲授第三章傅立叶变换教学目的：要求学生认识信号的正交分解，理解从频域对周期信号和非周期信号的傅里叶分析、频谱概念及应用。教学要求：1.了解信号的正交分解。2.掌握周期信号的傅立叶级数分析方法。3.了解典型周期信号的傅立叶级数。4.重点掌握非周期信号傅立叶变换的定义和性质。5.重点掌握典型非周期信号及特殊信号的傅立叶变换。6.掌握卷积定理。7.掌握周期信号的傅立叶变换，掌握抽样信号的傅立叶变换。8.重点掌握抽样定理。教学内容：3.1引言3.2周期信号的傅立叶级数分析3.3典型周期信号的傅立叶级数3.4傅立叶变换3.5典型非周期信号的傅立叶变换3.6冲激信号和阶跃信号的傅立叶变换3.7傅立叶变换的基本性质3.8卷积特性（卷积定理）3.9周期信号的傅立叶变换3.10抽样信号的傅立叶变换3.11抽样定理3.12雷达测距原理、雷达信号的频谱教学提示：本章数学概念较多，注重其物理概念和工程概念的理解。结合傅里叶变换的性质揭示时频之间的内在联系。理解抽样定理的意义。教学重点和难点：重点：频谱的概念及其特性，傅里叶变换及其基本性质，抽样定理。难点：傅里叶变换的计算。学法指导：本章概念、公式众多，注意理论联系实际，同时多做归纳与练习。熟记一些简单信号的傅里叶变换。作业：多练习，可布置10～20题。小结：本章从频域对连续时间信号进行描述，包括周期和非周期信号的傅里叶分析求取其频谱、傅里叶变换的性质以及卷积定理、抽样定理、奈奎斯特取样频率和间隔。授课方式：讲授第四章拉普拉斯变换、连续时间系统的S域分析教学目的：要求学生掌握信号的拉普拉斯变换及从复频域对连续时间系统的分析与求解，重点理解系统函数与系统特性间的关系。教学要求：1.掌握拉普拉斯变换的定义、收敛域和基本性质。2.掌握拉普拉斯逆变换。3.掌握用拉普拉斯变换法分析电路、掌握S域元件模型。4.掌握求系统传递函数H（S）的方法。5.掌握由系统传递函数H（S）的零、极点分布决定时域和频域的方法。6.了解全通函数与最小相移函数的零、极点分布。7.了解线性系统的稳定性条件。8.了解双边拉普拉斯变换。9.了解拉普拉斯变换与傅立叶变换的关系。教学内容：4.1引言4.2拉普拉斯变换的定义、收敛域4.3拉普拉斯变换的基本性质4.4拉普拉斯逆变换4.5用拉普拉斯变换变换法分析电路、S域元件模型4.6系统函数（网络函数）H（S）4.7由系统函数零、极点分布决定时域特性4.8由系统函数零、极点分布决定频域特性4.9二阶谐振系统的S平面分析4.10全通函数与最小相移函数的零、极点分布4.11线性系统的稳定性4.12双边拉氏变换4.13拉普拉斯变换与傅立叶变换的关系教学提示：求解拉普拉斯反变换用部分分式法是基本要求，理解系统S域模型及系统函数在系统分析中的重要意义。教学重点和难点：重点：Laplace变换及逆变换，Laplace变换的性质，连续系统响应的复频域求解，系统函数及其与系统特性（冲激响应、频率响应、因果性、稳定性）的关系。难点：相量法画系统的频率响应。学法指导：在傅里叶变换的基础上采用类比的方法学习拉普拉斯变换。作业：多练习，可布置8～15题。小结：本章从复频域对连续时间信号与系统进行分析，而且若考虑系统的初始状态可同时得到系统的全响应，并在研究系统函数的零极点分布与系统时域、频域特性关系的基础上讨论了系统的稳定性等问题。授课方式：讲授第五章傅立叶变换应用于通信系统—滤波、调制与抽样教学目的：以通信系统中的几个重要应用（无失真传输、滤波、调制与抽样）为着眼点研究系统的频域分析。教学要求：1.掌握无失真传输系统的条件。2.掌握理想低通滤波器的频率域特性和冲激响应。3.了解调制与解调原理。4.掌握从抽样信号恢复连续时间信号的方法和过程。5.了解频分复用与时分复用原理及应用。教学内容：5.1引言5.2利用系统函数求响应5.3无失真传输5.4理想低通滤波器5.5系统的物理可实现性、佩利—维纳准则5.6希尔伯特变换5.7调制与解调5.8带通滤波系统的运用5.9从抽样信号恢复连续时间信号5.10频分复用与时分复用教学提示：利用频域系统函数建立信号经线性系统传输的一些重要概念。教学重点和难点：重点：频域系统函数的概念，信号的无失真传输与理想低通滤波器的时、频特性，幅度调制与同步解调。难点：系统响应的频域分析。学法指导：注重通过频域系统函数来研究响应的频率结构及系统的功能。体会频域分析的特点。作业：3～6题。小结：在对信号频谱分析的基础上，研究频域系统函数在系统分析中的应用。授课方式：讲授第七章离散时间系统的时域分析教学目的：要求学生掌握从时域对离散信号及系统分析的一般方法。教学要求：1．了解离散时间信号及离散时间系统的数学模型。2．掌握常系数线性差分方程的求解。3．掌握离散时间系统的单位样值响应。4．掌握卷积和的概念及计算。教学内容：7.1引言7.2离散时间信号序列7.3离散时间系统的数学模型7.4常系数线性差分方程的求解7.5离散时间系统的单位样值（单位冲激）响应7.6卷积（卷积和）7.7解卷积（反卷积）教学提示：注意连续与离散的异同以及卷积和的计算。教学重点和难点：重点：系统的单位样值响应的计算，零输入响应和零状态响应的求解方法，卷积和的概念及计算。难点：卷积和的计算。学法指导：注意类比与联想。作业：针对各相关知识点可布置3～6题。小结：本章从时域对离散信号和系统进行分析。授课方式：讲授第八章Z变换、离散时间系统的Z域分析教学目的：要求学生掌握从Z域对离散信号及系统分析的一般方法。教学要求：1．

掌握Z变换定义、典型序列的Z变换及Z变换的收敛域。2．

掌握逆Z变换（长除法和部分分式展开法）。3．

掌握Z变换性质。4．

了解Z变换与拉普拉斯变换的关系。5．

掌握利用Z变换解差分方程。6．

掌握离散系统的系统函数与系统特性的关系。7．

了解序列的傅立叶变换（DTFT）。教学内容：8.1引言8.2Z变换定义、典型序列的Z变换8.3Z变换的收敛域8.4逆Z变换8.5Z变换的基本性质8.6Z变换与拉普拉斯变换的关系8.7利用Z变换解差分方程8.8离散系统的系统函数8.9序列的傅立叶变换变换（DTFT）教学提示：Z变换的作用类似于连续系统中的拉普拉斯变换。教学重点和难点：重点：Z变换及性质和Z反变换，离散系统完全响应的Z域求解，系统函数及其与系统特性（单位样值响应、频率响应、因果性、稳定性）的关系。难点：相量法画系统的频率响应。学法指导：注重与拉普拉斯变换的联系与区别。作业：5～10题。小结：在对信号Z域分析的基础上，研究离散时间系统的Z域分析，以及离散系统函数与频率响应。第十二章系统的状态变量分析教学目的：要求学生初步认识系统的另一种描述与分析方法即状态变量分析法。教学要求：1．掌握系统的信号流图以及用信号流图模拟系统的方法。2．掌握系统的状态空间描述、状态变量、状态方程与输出方程。3．熟练掌握系统状态方程的建立（包括连续和离散）。4．了解状态方程的求解过程。5.了解系统可控性和可观性的概念。教学内容：12.1引言12.2系统的信号流图12.3连续时间系统状态方程的建立12.4连续时间系统状态方程的求解12.5离散时间系统状态方程的建立12.6离散时间系统状态方程的求解12.7系统的可控制性与可观测性教学提示：应着重说明引入状态变量分析法的意义。教学重点和难点：重点：信号流图及梅森公式，系统的状态与状态空间的概念，连续时间系统和离散时间系统状态方程的建立。难点：状态方程和输出方程的求解。学法指导：侧重于由微分方程、差分方程、系统函数及模拟图建立状态方程和输出方程的方法学习。作业：3～5题。小结：鉴于输入输出描述法的局限引入了状态变量分析法，并介绍了连续与离散时间系统的状态方程和输出方程的建立的一般方法。授课方式：讲授（七）课程有关说明制定“信号与系统”课程的教学大纲是为了使教师和学生在教与学的过程中共同建立明确的目标和要求，并为提高教学质量提供了依据。在学习本课程之前应已学过高等数学、线性代数、电路原理和模拟电路的相关知识