信號(hào)處理與系統(tǒng)教學(xué)大綱

1、信號(hào)處理與系統(tǒng)教學(xué)大綱執(zhí)筆人:吳京 王展 職稱：副教授 評(píng)閱人:皇甫堪教授課程代號(hào): 070504207英文名稱：Signal Processing and System預(yù)修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、電子電工基礎(chǔ)、 電子線路總學(xué)時(shí)數(shù)：120學(xué)時(shí),其中講授110學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)10學(xué)時(shí)學(xué) 分: 7.5開課學(xué)期: 五、六考核方式: 筆試(90%),實(shí)驗(yàn)、作業(yè)(10%)教學(xué)對(duì)象：電子工程專業(yè)、通信工程專業(yè)、信息工程專業(yè)適用一、課程的性質(zhì)、地位和任務(wù) 信號(hào)處理與系統(tǒng)是電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制類專業(yè)的一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課， 通過該課程的學(xué)習(xí)，不僅要求掌握確定性信號(hào)與線性系統(tǒng)的基本理論與分析方法，

2、同時(shí)要求掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本理論與分析方法，為后續(xù)的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、教學(xué)內(nèi)容和要求第一章 引論 內(nèi)容和要求：§1.1 信號(hào)及其分類 討論各種信號(hào)分類的方法，介紹典型的一些信號(hào)形式（包括連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào)）§1.2 系統(tǒng)的表示與系統(tǒng)的狀態(tài) 介紹系統(tǒng)的各種表示方法，引出系統(tǒng)的狀態(tài)變量§1.3 系統(tǒng)的特性與分類討論系統(tǒng)的線性、時(shí)不變性、因果性、穩(wěn)定性、記憶性特性及其構(gòu)成的相應(yīng)系統(tǒng)。要求學(xué)生了解學(xué)習(xí)“信號(hào)處理與系統(tǒng)”課程的目的，以及學(xué)習(xí)的內(nèi)容；要求熟練掌握已知信號(hào)的函數(shù)表達(dá)式，描繪出信號(hào)波形以及已知信號(hào)波形，寫出其函數(shù)表達(dá)式，沖激信號(hào)的定義及其性質(zhì)

3、，掌握信號(hào)分解，信號(hào)運(yùn)算以及線性時(shí)不變系統(tǒng)特性的應(yīng)用。第二章 連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析內(nèi)容和要求:§2.1 連續(xù)信號(hào)的基本運(yùn)算 討論信號(hào)的加、減、乘、積分、微分運(yùn)算和信號(hào)波形的翻轉(zhuǎn)、展縮、平移。§2.2 卷積積分 討論卷積積分的定義、性質(zhì)與計(jì)算。§2.3 連續(xù)LTI系統(tǒng)的微分方程 討論連續(xù)LTI系統(tǒng)輸入與輸出所滿足的微分方程及零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)。§2.4 單位沖激響應(yīng)討論連續(xù)LTI一階系統(tǒng)和高階系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)。§2.5 系統(tǒng)響應(yīng)模式分析要求會(huì)區(qū)分各種響應(yīng)模式重點(diǎn)：使學(xué)生了解時(shí)域分析方法的主要步驟，微分方程求解，熟練掌握卷積的計(jì)算方法

4、以及卷積的性質(zhì)。第三章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析內(nèi)容和要求:§3.1 離散信號(hào)的基本運(yùn)算 討論序列的加、減、乘、累加、求和、差分運(yùn)算和序列的翻轉(zhuǎn)、展縮、移位。§3.2 卷積求和 討論卷積求和的定義、性質(zhì)與計(jì)算。§3.3 離散LTI系統(tǒng)的差分方程 討論離散LTI系統(tǒng)輸入與輸出所滿足的差分方程及零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)。§3.4 單位沖激響應(yīng)討論離散LTI一階系統(tǒng)和高階系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)。§3.5 系統(tǒng)響應(yīng)模式分析要求會(huì)區(qū)分各種響應(yīng)模式重點(diǎn): 使學(xué)生了解時(shí)域分析方法的主要步驟，差分方程求解，熟練掌握卷積的計(jì)算方法以及卷積的性質(zhì)。第四章 連續(xù)時(shí)間信

5、號(hào)與系統(tǒng)頻域分析內(nèi)容和要求:§4.1 連續(xù)時(shí)間周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)（CTFS） 要求：能將周期信號(hào)展開成傅里葉級(jí)數(shù)，進(jìn)行諧波分析。§4.2 連續(xù)時(shí)間傅里葉變化 要求：掌握傅里葉變換的導(dǎo)出和所表示的意義。§4.3 傅里葉性質(zhì)掌握：虛實(shí)奇偶對(duì)稱性、線性特性、對(duì)稱特性、時(shí)移和頻移特性、唯一性、展縮特性、時(shí)域微分特性、時(shí)域和頻域卷積定理、時(shí)域積分特性。要求：在理解的基礎(chǔ)上能加以靈活運(yùn)用。§4.4 系統(tǒng)的頻域分析 要求：掌握頻域分析方法的理論依據(jù)，重點(diǎn)掌握電路系統(tǒng)的頻域分析方法和傅里葉反變換。§4.5 周期特性 要求：清楚信號(hào)時(shí)域與頻域的對(duì)應(yīng)關(guān)系：周期性

6、離散性。§4.6 信號(hào)的傳輸與濾波 要求：深刻理解無失真?zhèn)鬏敽蜑V波兩個(gè)概念、掌握各種濾波器的特性。重點(diǎn): 要求學(xué)生建立信號(hào)頻譜的概念， 熟練掌握周期性信號(hào)頻譜的特點(diǎn)。靈活運(yùn)用傅里葉變換的性質(zhì)求信號(hào)的頻譜。第五章 離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)頻域分析內(nèi)容和要求：§5.1 離散時(shí)間周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)（DFS） 討論離散時(shí)間周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)的引出§5.2 離散時(shí)間傅里葉級(jí)數(shù)性質(zhì) 討論離散時(shí)間傅里葉級(jí)數(shù)的各種性質(zhì)§5.3 離散時(shí)間非周期信號(hào)的傅里葉變換（DTFT） 討論離散時(shí)間非周期信號(hào)傅里葉變換和傅里葉反變換的導(dǎo)出§5.4 離散時(shí)間傅里葉變換的性質(zhì) 討論

7、離散時(shí)間傅里葉變換的各種性質(zhì)§5.5 離散時(shí)間系統(tǒng)頻域分析 討論離散LTI系統(tǒng)的頻域表示和差分方程系統(tǒng)的頻域表示重點(diǎn)：要求學(xué)生掌握離散時(shí)間信號(hào)頻譜的特點(diǎn)，熟練運(yùn)用離散傅里葉級(jí)數(shù)和離散傅里葉變換計(jì)算信號(hào)頻譜。第六章 連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析內(nèi)容和要求:§6.1 拉氏變換 要求：掌握拉氏變換的導(dǎo)出過程和收斂域的意義,熟習(xí)常見信號(hào)的拉氏變換。§6.2 拉氏變換性質(zhì) 要求：在理解的基礎(chǔ)上能加以靈活運(yùn)用§6.3 拉氏反變換 要求：掌握拉氏反變換的幾種方法§6.4 拉氏變換和傅氏變換的關(guān)系 要求：理解拉氏變換和傅氏變換的互求關(guān)系§6.5 系

8、統(tǒng)的復(fù)頻域分析 要求：掌握復(fù)頻域分析方法的理論依據(jù)，重點(diǎn)掌握電路系統(tǒng)全響應(yīng)的復(fù)頻域求解方法。§6.6 系統(tǒng)的極零點(diǎn)分析 要求：系統(tǒng)極零圖、會(huì)根據(jù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)極零點(diǎn)分布判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。§6.7 信號(hào)流圖 重點(diǎn)要求：梅森公式的意義及應(yīng)用 重點(diǎn)：拉氏變換、系統(tǒng)的復(fù)頻域分析、梅森公式第七章 Z變換內(nèi)容和要求:§7.1 Z變換 討論Z變換的引出和收斂域§7.2 Z變換的性質(zhì) 討論Z變換的各種性質(zhì)§7.3 Z反變換 討論Z反變換的引出和計(jì)算方法§7.4 離散時(shí)間系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 討論離散LTI系統(tǒng)的復(fù)頻域表示和差分方程的復(fù)頻域表示§7

9、.5 Z變化與離散時(shí)間傅里葉變化的關(guān)系§7.6 單邊Z變換 討論單邊Z變換的引用和應(yīng)用重點(diǎn)：使學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用Z變換分析離散時(shí)間系統(tǒng)；要求熟練掌握利用Z變換的定義，借助Z變換的性質(zhì)，求序列的Z變換，Z反變換。掌握利用Z變換解差分方程，以及S平面與Z平面的映射關(guān)系，離散時(shí)間系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)，單位沖激響應(yīng)及頻率響應(yīng)的意義、特點(diǎn)與求法。第八章 狀態(tài)變量分析法內(nèi)容和要求:§8.1 系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)變量 理解狀態(tài)變量的含義，掌握狀態(tài)變量的選擇方法§8.2 狀態(tài)方程和輸出方程 掌握狀態(tài)方程和輸出方程的標(biāo)準(zhǔn)形式§8.3 狀態(tài)方程的建立 掌握狀態(tài)方程的三類（方程、信號(hào)流圖、電

10、路系統(tǒng)）建立方法§8.4 狀態(tài)方程的求解 要求：拉氏變換解法和Z變換解法§8.5 由狀態(tài)方程判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性重點(diǎn)：復(fù)頻域分析方法和Z域分析方法以上為第五學(xué)期內(nèi)容，單獨(dú)考試，計(jì)成績(jī)第九章 信號(hào)的采樣§9.1 低通信號(hào)時(shí)域采樣定理 討論低通信號(hào)的奈奎斯特采樣定理§9.2 帶通信號(hào)時(shí)域采樣定理 討論帶通信號(hào)下的采樣所必須滿足的關(guān)系§9.3 頻域采樣定理 討論頻域采樣時(shí)，頻域采樣間隔所必需滿足的關(guān)系第十章 離散傅里葉變換（DFT）§10.1 離散傅里葉變換的引出 討論如何從DFS引出DFT§10.2 離散傅里葉變換的性質(zhì) 討論DFT

11、的各種性質(zhì)§10.3 用DFT實(shí)現(xiàn)線性卷積 討論如何根據(jù)DFT的性質(zhì)，由循環(huán)卷積得到線性卷積§10.4 DFT與Z變換、傅里葉變換的相互關(guān)系第十一章 時(shí)域離散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)§11.1 數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)的表示方法 討論數(shù)字濾波器的方框圖表示和流程圖表示§11.2 IIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu) 討論IIR數(shù)字濾波器的各種結(jié)構(gòu)形式§11.3 FIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu) 討論FIR數(shù)字濾波器的各種結(jié)構(gòu)形式第十二章 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) §12.1 由模擬濾波器設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器 討論脈沖不變性變換法和雙線性變換法§12.2 常用模擬

12、低通濾波器設(shè)計(jì)舉例 簡(jiǎn)單介紹模擬低通Butterworth濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器的設(shè)計(jì)§12.3 設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的頻率變換法 討論模擬域頻率變換法和離散域頻率變換法§12.4 IIR數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 討論頻域均方誤差最小設(shè)計(jì)法和時(shí)域均方誤差最小設(shè)計(jì)法第十三章 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)§13.1 用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器 討論窗函數(shù)的設(shè)計(jì)方法，并介紹常用的各種函數(shù)§13.2 用頻率取樣法設(shè)計(jì)FIR濾波器 討論頻率取樣法設(shè)計(jì)FIR濾波器的原理§13.3 FIR濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)單介紹FIR濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想第十四章 快速傅

13、里葉變換（FFT）§14.1 時(shí)間抽取的FFT算法 討論對(duì)輸入x(n)逐次抽取的FFT算法§14.2 頻率抽取的FFT算法 討論對(duì)輸出x(k)逐次抽取的FFT算法§14.3 Chirp變換算法（CTA） 討論用卷積的方法實(shí)現(xiàn)離散傅里葉變換§14.4 用FFT實(shí)現(xiàn)線性卷積 討論重疊相加和重疊保留法第十五章 數(shù)字信號(hào)處理中的有限字長(zhǎng)效應(yīng)§15.1 數(shù)的表示對(duì)誤差的影響 討論定點(diǎn)和浮點(diǎn)，原碼、補(bǔ)碼和反碼，截尾和舍入對(duì)誤差的影響§15.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換過程中的量化效應(yīng) 討論模/數(shù)轉(zhuǎn)換引入的量化噪聲及其通過線性系統(tǒng)§15.3 數(shù)字濾波器

14、的系數(shù)量化效應(yīng) 討論系數(shù)量化對(duì)濾波器零、極點(diǎn)位置的影響§15.4 數(shù)字濾波器運(yùn)算中的有限字長(zhǎng)效應(yīng) 分別討論IIR濾波器和FIR濾波器在運(yùn)算中的有限字長(zhǎng)效應(yīng)§15.5 FFT的有限字長(zhǎng)效應(yīng) 討論定點(diǎn)FFT的有限字長(zhǎng)效應(yīng)和系數(shù)量化對(duì)FFT的影響三、教學(xué)組織與實(shí)施(一)課時(shí)分配章節(jié)學(xué)時(shí)數(shù)章節(jié)學(xué)時(shí)數(shù)第一章3第五章8第二章7第六章10第三章8第七章10第四章12第八章6考試2第九章5第十三章6第十章10第十四章5第十一章6第十五章5第十二章7考試2（2）上機(jī)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求 1、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)：10 學(xué)時(shí) 2、設(shè)備：微機(jī)、示波器、函數(shù)產(chǎn)生器、直流穩(wěn)壓電源等 3、內(nèi)容和要求： 第五學(xué)期實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)1：卷積積分與卷積和仿真 實(shí)驗(yàn)2：系統(tǒng)傳輸與濾波 實(shí)驗(yàn)3： 一階連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)模擬 第六學(xué)期實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 實(shí)驗(yàn)4：信號(hào)與譜分析 實(shí)驗(yàn)5： 濾波器設(shè)計(jì)四、對(duì)教學(xué)方法和教學(xué)手段的建議 突出重點(diǎn)；注意與先修課程和后續(xù)課程的聯(lián)系；重視作業(yè)；理論聯(lián)系實(shí)際，結(jié)