《信号处理与系统分析》 教学大纲 宋寿鹏

《信号与系统》课程教学大纲一、课程基本信息课程中文名：信号与系统课程英文名：SignalandSystem课程代码：03410062课程学分：4.5总学时数：72学时分配：7216（：0课程类别：专业基础课程课程性质：必修开课学院：机械工程学院适用专业：测控技术与仪器先修课程：高等数学、电路分析或电路原理后续课程：智能信号处理、智能仪器设计等选用教材：《信号处理与系统分析》宋寿鹏，邹荣，机械工业出版社、2024年。课程网址：说明：72（其中：课堂教学学时：72，本课程设有独立的配套实验课程《信号处理技术实验》，学时16）二、课程性质与课程目标（一）课程性质16（二）课程目标课程目标1.（课程思政。课程目标2.1.3权重0.4。课程目标3.2.2权重0.4。4.Matlab5.3(.29.（0.。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点1.3、2.2、5.3和9.1：1.3:0.4；2.20.4；5.3:0.2；9.1：0.2。课目标毕业要求指标点程课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4指标点1.3(0.4)√指标点2.2(0.4)√指标点5.3(0.2)√指标点9.1(0.2)√三、课程内容与教学要求第一章（一）课程内容.几种典型的连续时间信号；（二）教学方法和要求教学方法：自学、课堂教学、课堂讨论、课后作业与实践性环节等。教学要求：（1）掌握信号的概念及分类方法；（2）掌握信号的时域变换及时域运算方法；（3）掌握系统的概念及分类；（4）掌握线性时不变系统的概念及判断方法；（5）掌握典型信号的描述及特征（冲激、阶跃、正余弦、周期方波、矩形脉冲、指数等）（6）理解信号分解的目的和用途；（7）了解国家发展规划、高新技术与本课程的关联，了解本课程在国民经济中的应用领域；Matlab（9）完成布置的课后作业；（10）总结归纳本章内容。（三）重点与难点（1）信号时域变换及时域运算；（2）系统分类及系统判断方法。第二章连续系统的时域分析（一）课程内容从0－到0；（二）教学方法和要求教学方法：自学、课堂教学、课堂讨论、课后作业与实践性环节等。教学要求：（1）掌握连续系统模型建立方法；（2）掌握时域经典求解方法；（3）掌握系统零输入响应、零状态响应和完全响应的分析方法；（4）掌握冲激响应与阶跃响应的特点；（5）掌握时域卷积求响应原理和方法；（6）了解工程实际信号响应求解方法；（7）自行设计和搭建一阶电路系统，观察不同频率正弦信号和周期方波通过一阶系统后的响应，分析响应与激励的差异，该项内容可通过仿真或实际电路测试完成；（8）完成布置的课后作业；（9）总结归纳本章内容。（三）重点与难点（1）系统响应分类及时域响应求解；（2）冲激响应与阶跃响应物理意义理解及应用。第三章连续信号频域分析（一）课程内容（二）教学方法和要求教学方法：自学、课堂教学、课堂讨论、课后作业与实践性环节等。教学要求：（1）掌握周期信号傅立叶级数方法及物理意义，周期信号频谱求法及工程涵义；（2）掌握傅立叶变换与级数的关系，非周期信号的频谱分析方法及工程涵义；（3）掌握傅立叶变换的性质及应用场合；（4）掌握卷积定理原理、工程涵义及应用；（5）掌握抽样定理和实际工程信号中采样频率的选取原则；（6）掌握相关的概念、求法，理解工程实际中应用相关定理进行检测、定位、滤波等案例原理。（7）了解傅立叶变换发展历程，了解科学规律从发现到应用的规律特点；（8）利用智能手机采集的信号，分析各自语音信号的频谱，并对比不同说话人频谱差异，解释出现差异现象的本质；（9）完成布置的课后作业；（10）总结归纳本章内容。（三）重点与难点（1）信号频谱的工程涵义理解；（2）采样定理的原理及应用；（3）卷积定理的原理及应用；（3）相关定理原理及工程应用。第四章线性系统的频域分析（一）课程内容（二）教学方法和要求教学方法：自学、课堂教学、课堂讨论、课后作业与实践性环节等。教学要求：（1）掌握系统对周期、非周期信号的稳态及瞬态响应；（2）掌握无失真传输条件；（3）掌握理想低通滤波器的特性；（4）了解物理可实现系统。（5）自己动手设计制作一阶系统电路，通过实验获取该系统的频率响应函数；用周期方波经过一个电路后，观察输出是不是周期方法？为什么？从系统的角度解释（6）完成布置的课后作业；（7）总结归纳本章内容。（三）重点与难点（1）稳态响应及瞬态响应在仪器响应中的表现；（2）无失真传输条件与实际系统的失真特性；（3）理想滤波器与实际滤波器的差异。第五章信号与系统的复频域分析（一）课程内容（二）教学方法和要求教学方法：自学、课堂教学、课堂讨论、课后作业与实践性环节等。教学要求：（1）掌握拉氏变换的定义与性质；（2）掌握简单信号拉氏逆变换求法，并能通过辅助手段对复杂信号求逆变换；（3）掌握系统复频域分析方法；（4）掌握系统函数、零极点分析方法；（5）根据系统函数设计一阶电路，并通过实验获取其实际的系统函数；（6）完成布置的课后作业；（7）总结归纳本章内容。（三）重点与难点（1）拉氏正、逆变换求法及用途；（2）系统复频域分析方法；（3）系统函数与频率响应函数和关系及应用；（4）系统零、极点分析方法对设计和分析系统所起的作用。第六章离散时间系统的时域分析（一）课程内容（二）教学方法和要求教学方法：自学、课堂教学、课堂讨论、课后作业与实践性环节等。教学要求：（1）掌握离散时间信号时域运算及变换方法；（2）掌握离散时间系统差分方程建立方法，并能自行建立简单系统的差分方程；（3）掌握差分方程的求解响应方法；（4）掌握卷积和的求法；（5）用Matlab编程实现语音信号的时域运算与变换，观察信号产生的变化；用Matlab编程实现差分方程的求解；（6）完成布置的课后作业；（7）总结归纳本章内容。（三）重点与难点（1）离散序列时域运算及变换方法；（2）离散系统的时域分析方法，差分方程建立；（3）离散系统响应求解；（4）卷积和及应用。第七章离散时间系统的Z域分析简介（一）课程内容ZZZZ动手实践；（二）教学方法和要求教学方法：自学、课堂教学、课堂讨论、课后作业与实践性环节等。教学要求：（1）掌握序列Z变换的定义与性质；（2）了解逆Z变换及Z域分析方法；（3）了解离散系统函数；（4）能用Matlab编程实现正逆Z变换；（5）完成布置的课后作业；（6）总结归纳本章内容。（三）重点与难点（1）序列正、逆Z变换；（2）Z域分析方法。第八章离散傅里叶变换（一）课程内容（DFT）DFTDFT(FFT（二）教学方法和要求教学方法：自学、课堂教学、课堂讨论、课后作业与实践性环节等。教学要求：（1）掌握DFT定义及其性质，理解DFT与傅里叶变换的联系与区别；（2）理解DFT与傅里叶变换和Z变换之间的关系，能根据Z变换的结果直接求取DFT和傅里叶变换的结果；（3）理解频域采样的原理，掌握频域采样定理，能利用频域采样定理的原理指导信号的获取；（4）掌握利用DFT计算线性卷积的条件，能利用DFT计算系统的输出；（5）能用DFT对连续信号和序列进行谱分析。（6）理解时域抽取法基2FFT算法的基本原理及其编程思想；（7）能对信号进行FFT分析；（8）自己编程分析语音信号频谱及特点，对比含噪语音信号、不同人语音信号合成后频谱的变化，提出滤除不必要噪声的方法；（9）完成布置的课后作业；（10）总结归纳本章内容。（三）重点与难点（1）DFT的定义及其重要性质；（2）循环卷积及其与线性卷积的关系；（3）频域采样及采样定理；（4）FFT算法及工程应用。第九章无限脉冲响应数字滤波器的设计（一）课程内容IIRIIR（二）教学方法和要求教学方法：自学、课堂教学、课堂讨论、课后作业与实践性环节等。教学要求：（1）理解模拟滤波器各设计指标的含义，能从已知条件中确定各设计指标；（2）掌握巴特沃斯低通滤波器的设计方法及其特点，能根据设计指标设计简单巴特沃斯低通滤波器；（3）掌握切比雪夫低通滤波器的设计方法及其特点，能根据设计指标设计切比雪夫低通滤波器；（4）掌握低通滤波器与模拟高通、带通、带阻滤波器的频率变换关系，能利用模拟低通滤波器的设计方法，设计相应的模拟高通、带通、带阻滤波器；（5）ZSIIR（6）ZSIIRMatlabIIR（8）完成布置的课后作业；（9）总结归纳本章内容。（三）重点与难点（1）低通滤波器的设计指标及其与高通、带通、带阻滤波器的频率变换关系；（2）模拟低通滤波器的设计方法及各自特点；（3）数字低通滤波器的设计方法及各自特点。第十章有限脉冲响应数字滤波器的设计（一）课程内容FIRFIRIIRFIR（二）教学方法和要求教学方法：自学、课堂教学、课堂讨论、课后作业与实践性环节等。教学要求：（1）FIRNFIR（2）FIRFIR（3）了解不同典型窗函数的原理及特点，能根据设计要求计算并选择合适的滤波器。MatlabFIRIIR（5）完成布置的课后作业；（6）总结归纳本章内容。（三）重点与难点（1）窗函数法设计FIR数字滤波器的原理及基本步骤；（2）各种典型窗函数的特点及选择依据；（3）IIR和FIR数字滤波器的特性及选择依据四、本课程开设的实验项目（如课程不含实验，该项可不填）章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂教学实验上机课程实践小计第一章88手探究法1、2、3、4第二章66手探究法1、2、3、4第三章1212讲授法、讨论法、演示案例法、作业法、动手探究法1、2、3、4第四章88讲授法、讨论法、演示案例法、作业法、动手探究法1、2、3、4第五章66讲授法、讨论法、演示案例法、作业法、动手探究法1、2、3、4第六章66讲授法、讨论法、演示案例法、作业法、动手探究法1、2、3、4第七章66讲授法、讨论法、演示案例法、作业法、动手探究法1、2、3、4第八章66讲授法、讨论法、演示案例法、作业法、动手探究法1、2、3、4第九章88讲授法、讨论法、演示案例法、作业法、动手探究法1、2、3、4第十章66讲授法、讨论法、演示案例法、作业法、动手探究法1、2、3、4合计7272注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；2）六、课程考核序号考核方式或途径考核要求评分标准考核权重考核对应的课程目标1作业10050%50%015%计入总评成绩。15%课程目标2，3，42出勤与上课表现以随机的形式点名，考查学生上课情况，听讲情况、课堂讨论情况。100分。最后按10%计入课程总成绩。10%课程目标1，2，3，43期中考试在期中（约7－8主要考核连续部分学生的知识掌握情况，为后续章10%课程目标2，3阶段性测试，节的教学方式改进、知识主要考核学生点的传授方式提供参考。对前面所学知本部分以笔试方式进行，识的理解和掌总分以100分计，评分标握程度，为后准以试卷评分标准为依续改进提供参据，最后以10%计入总评考。成绩。根据本章的内容，选择以根据每章布置语音信号等作为信号处理的学生动手实对象，以简单电路作为系践项目及案统分析对象，学生提供分例，检查学生析和解决实际问题思路、4动手实践掌握知识后基本技能的掌握情况和应用知处理程序、结果分析及完整和清楚地撰写相应的报告四部分，每部分占比15%课程目标4识解决实际问25%，总分以100分计，题的能力，收全部正确为满分，不提交取学生动手实为0分，成绩以平均分计践报告，入，最后以15%计入课程总成绩。考试采用闭卷卷面总分为100分，试卷形式，考核信题型包括填空题、简答题号与系统方面及分析计算与综合应用题的基础知识及三类，每类题型总分以试应用能力的占卷规定分及评分标准数为5期末考试60%；考核能够运用数学、自然科学和工准，最后以卷面成绩的50%计入课程总评成绩。50%课程目标2，3，4程科学基本原理，研究分析实践问题设计与分析能力的占40%。总评成绩100%注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。2.3.（4.考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。七、课程目标达成度评价1.2（3成，过程性考核须有成绩评定，并作为学生成绩构成部分记入期末总评成绩表。2.3.1。4.课程目标达成度计算表如下：课程目标对应考核形式实际评测结果（学生达到的平均水平）对应总分达成度课程目标1课堂教学、课堂表现及作业作业成绩×10%+考勤成绩×30%4.5达成度=实际测评结果/对应总分课程目标2作业、出勤、期中考试、实践和期末考试成绩作业成绩×40%+考勤成绩×20%+期中考试×50%+实践报告×10%+期末考试成绩×50%39.5课程目标3作业、考勤、期中考试、实践和期末考试作业成绩×30%+考勤成绩×40%+期中考试×50%+实践报告×20%+期末考试成绩×40%36.5课程目标4作业、考勤、期中考试、实践和期末考试作业成绩×20%+考勤成绩×10%+实践报告×70%+期末考试成绩×10%19.5合计100八、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版