《信號(hào)與系統(tǒng)》教學(xué)大綱（初稿12.1）

《信號(hào)與系統(tǒng)》教學(xué)大綱課程基本信息課程編號(hào)：課程名稱：信號(hào)與系統(tǒng)（SignalandSystem）課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課先修課程：請(qǐng)參照教學(xué)計(jì)劃適用專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、通信工程專業(yè)開課學(xué)期：請(qǐng)參照教學(xué)計(jì)劃學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)學(xué)分：4學(xué)分課程的性質(zhì)與任務(wù)本課程是電子技術(shù)類各專業(yè)本科生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。由于《信號(hào)與系統(tǒng)》涉及的范圍十分廣泛，因此，本課程的研究對(duì)象僅限于電系統(tǒng)的確定性信號(hào)（非隨機(jī)信號(hào)）經(jīng)線性、時(shí)不變系統(tǒng)傳輸與處理的基本理論。主要內(nèi)容包括從時(shí)間域到變換域、從連續(xù)信號(hào)到離散信號(hào)、從系統(tǒng)的輸入——輸出描述到系統(tǒng)的狀態(tài)變量描述。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該能夠系統(tǒng)地掌握信號(hào)經(jīng)系統(tǒng)傳輸或處理的一般規(guī)律，及信號(hào)與系統(tǒng)理論的基本概念和基本分析方法；初步認(rèn)識(shí)如何建立信號(hào)與系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)分析求解，并對(duì)所得結(jié)果給予物理解釋、賦予物理意義。逐步培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為以后深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)各種專業(yè)課程（如網(wǎng)絡(luò)理論、通信系統(tǒng)、控制理論、數(shù)字信號(hào)處理等等）和從事實(shí)際工作打下良好的基礎(chǔ)。為學(xué)習(xí)本課程，要求學(xué)生應(yīng)具有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、電路分析基礎(chǔ)。課程中涉及的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)主要包括微分方程、差分方程、級(jí)數(shù)、復(fù)變函數(shù)、線性代數(shù)等。除對(duì)差分方程作適當(dāng)講解外，其它方面將直接引用有關(guān)結(jié)論。在運(yùn)用這些數(shù)學(xué)工具時(shí)，注重解決工程問(wèn)題，加強(qiáng)物理概念的解釋。本課程與先修課《電路分析基礎(chǔ)》聯(lián)系密切，雖有某些重復(fù)，但分析問(wèn)題的著眼點(diǎn)有所不同。在那里，從電路分析的角度研究問(wèn)題，而本課程則以系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行分析。課程內(nèi)容及基本要求3.1信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念內(nèi)容：1．信號(hào)的基本概念、描述方法、分類及其基本運(yùn)算。2．系統(tǒng)的基本概念、分類、線性時(shí)不變系統(tǒng)及描述方法。要求：1．理解本章中所涉及的一些重要概念的意義和特點(diǎn)。2．熟練掌握信號(hào)的各種運(yùn)算。3．了解信號(hào)的分解、系統(tǒng)模型及其分類、線性時(shí)不變系統(tǒng)的特點(diǎn)及系統(tǒng)描述方法。3.2連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析內(nèi)容：微分方程的建立與求解。起始點(diǎn)的跳變——從0-到0+狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)，自由響應(yīng)和強(qiáng)迫響應(yīng)，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和暫態(tài)響應(yīng)，階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)。卷積、及卷積的性質(zhì)。*用算子符號(hào)表示微分方程，及“分配函數(shù)”的概念。要求：1．理解零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)，自由響應(yīng)和強(qiáng)迫響應(yīng)，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和暫態(tài)響應(yīng)，階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)，起始點(diǎn)的跳變。2．熟練掌握微分方程的建立與求解。3．能夠利用卷積、及卷積性質(zhì)對(duì)系統(tǒng)求解。3.3傅里葉變換內(nèi)容：1．周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)分析。2．典型非周期信號(hào)的傅里葉變換、周期信號(hào)的傅里葉變換、階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)的傅里葉變換、抽樣信號(hào)的傅里葉變換。3．傅里葉變換的性質(zhì)。4．卷積定理和抽樣定理。要求：1．了解周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)分析。2．熟練掌握典型非周期信號(hào)的傅里葉變換、周期信號(hào)的傅里葉變換、階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)的傅里葉變換、抽樣信號(hào)的傅里葉變換。3．能夠利用傅里葉變換的性質(zhì)進(jìn)行傅里葉變換。掌握卷積定理和抽樣定理及其應(yīng)用特點(diǎn)。拉普拉斯變換、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的S域分析內(nèi)容：拉普拉斯變換的定義、收斂域、基本性質(zhì)及拉普拉斯逆變換。用拉普拉斯變換法分析電路、S域元件模型。系統(tǒng)函數(shù)，及由系統(tǒng)函數(shù)零、極點(diǎn)分布決定時(shí)域、頻響特性。*二階諧振系統(tǒng)的S平面分析。線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性。全通函數(shù)與最小相移函數(shù)的零、極點(diǎn)分布。*雙邊拉氏變換。拉氏變換與傅氏變換的關(guān)系。要求：熟練掌握拉普拉斯變換的定義、收斂域、基本性質(zhì)及拉普拉斯逆變換，并能利用拉普拉斯變換法分析各類電路。2．掌握線性系統(tǒng)穩(wěn)定性判定方法。3．了解全通函數(shù)與最小相移函數(shù)的零、極點(diǎn)分布特點(diǎn)，雙邊拉氏變換，拉氏變換與傅氏變換的關(guān)系。傅里葉變換應(yīng)用于通信系統(tǒng)內(nèi)容：利用系統(tǒng)函數(shù)H（ｊω）求系統(tǒng)響應(yīng)。無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)奶攸c(diǎn)。理想低通濾波器。系統(tǒng)的物理可實(shí)現(xiàn)性、佩利—維納準(zhǔn)則。調(diào)制與解調(diào)。利用希爾伯特變換研究系統(tǒng)函數(shù)的約束特性。*帶通濾波器系統(tǒng)的應(yīng)用。*從抽樣信號(hào)恢復(fù)連續(xù)時(shí)間信號(hào)。*脈沖編碼調(diào)制，頻分復(fù)用與時(shí)分復(fù)用。要求：能正確地利用系統(tǒng)函數(shù)H（ｊω）求系統(tǒng)響應(yīng)。熟練掌握無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)奶攸c(diǎn)，理想低通濾波器的特性，系統(tǒng)的物理可實(shí)現(xiàn)性、佩利—維納準(zhǔn)則及信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)。了解希爾伯特變換的約束特性，帶通濾波器系統(tǒng)的特性，從抽樣信號(hào)恢復(fù)連續(xù)時(shí)間信號(hào)，脈沖編碼調(diào)制及頻分復(fù)用與時(shí)分復(fù)用。*信號(hào)的矢量空間分析內(nèi)容：1．*信號(hào)的矢量空間的基本概念。2．信號(hào)的正交函數(shù)分解，完備正交函數(shù)集、帕塞瓦爾定理。3．*相關(guān)、能量譜和功率譜的基本概念，能量譜和功率譜分析。4．*碼分復(fù)用、碼分多址通信。要求：1．能正確理解信號(hào)的矢量空間、信號(hào)的正交函數(shù)分解、完備正交函數(shù)集、相關(guān)、能量譜和功率譜的基本概念。2．了解帕塞瓦爾定理、能量譜和功率譜分析、碼分復(fù)用、碼分多址通信。3.7離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析內(nèi)容：1．離散時(shí)間信號(hào)的基本概念及運(yùn)算。2．離散時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。3．常系數(shù)線性差分方程的求解。離散時(shí)間系統(tǒng)的單位樣值響應(yīng)。卷積的概念及運(yùn)算。要求：1．能正確理解離散時(shí)間信號(hào)的基本概念及運(yùn)算，卷積的概念及運(yùn)算。2．熟練掌握離散時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立，常系數(shù)線性差分方程的求解，離散時(shí)間系統(tǒng)的單位樣值響應(yīng)的求解方法。Z變換、離散時(shí)間系統(tǒng)的Z域分析內(nèi)容：1．Z變換定義、Z變換的收斂域、逆Z變換、典型序列的Z變換。Z變換的基本性質(zhì)。Z變換與拉普拉斯變換的關(guān)系。利用Z變換解差分方程。離散系統(tǒng)的概念及求法，離散時(shí)間系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性。序列的傅里葉變換。要求：1．能正確理解Z變換定義、Z變換的收斂域、離散系統(tǒng)的概念。2．熟練掌握Z(yǔ)變換、逆Z變換、典型序列的Z變換、Z變換的基本性質(zhì)。3．能夠熟練地利用Z變換法求解差分方程。掌握離散系統(tǒng)函數(shù)的定義、求法、及離散時(shí)間系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性。了解Z變換與拉普拉斯變換的關(guān)系、及序列的傅里葉變換。系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析內(nèi)容：系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立（包括連續(xù)和離散）。系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解方法（包括連續(xù)和離散）。狀態(tài)矢量的線性變換，系統(tǒng)的可控性、可觀性。要求：1．掌握系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立（包括連續(xù)和離散）。2．了解系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解方法，及狀態(tài)線性變換、系統(tǒng)的可控性、可觀性。學(xué)時(shí)分配與安排：計(jì)劃學(xué)時(shí)72學(xué)時(shí)，自學(xué)學(xué)時(shí)（學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)鞏固）不得少于180學(xué)時(shí)，一學(xué)期講完。《信號(hào)與系統(tǒng)》課程學(xué)時(shí)分配表教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)時(shí)數(shù)教學(xué)內(nèi)容課堂講授實(shí)驗(yàn)習(xí)題課討論課其它1、信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念622、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析823、傅立葉變換824、拉普拉斯變換、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析1245、傅立葉變換應(yīng)用于通信系統(tǒng)626、*信號(hào)的矢量空間分析427、離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析1238、Z變換、離散時(shí)間系統(tǒng)的Z域分析1239、系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析42總計(jì)7222注：打“*”號(hào)的部分可以刪減。說(shuō)明：習(xí)題課應(yīng)在課堂講授外另行安排。教材及主要教學(xué)參考書、參考資料：教材：《信號(hào)與系統(tǒng)》第二版，鄭君里、應(yīng)啟珩、楊為理，高等教育出版社。主要參考書：《信號(hào)與系統(tǒng)》第二版，ALANV.OPPENHEIM等，劉樹棠譯。西安交通大學(xué)出版社；《信號(hào)與線性系統(tǒng)》管致中等，高等教育出版社；《信號(hào)與系統(tǒng)例題分析及習(xí)題》樂(lè)正友、應(yīng)啟珩、楊為理，清華大學(xué)出版社。成績(jī)考核辦法：1．考核模式：平時(shí)成績(jī)（作業(yè)15%、平時(shí)測(cè)驗(yàn)15%）+期末閉卷考試（70%）；2．期末考試試題滿分為100分，考試時(shí)間為120分鐘；3．期末閉卷考試命題范圍不超出本大綱所列要求，其中必須掌握的內(nèi)容約占80~90%，要求了解的內(nèi)容約10~20%；期末閉卷考試試題形式與分?jǐn)?shù)分配（僅供參考）：基本概念、定理的考查以其應(yīng)用形式出現(xiàn)（約40%）；應(yīng)用分析題（約60%）；試題在各章的分布：約每章10~15%。其它相關(guān)說(shuō)明在該課程的課堂講授中，可以適當(dāng)加入相應(yīng)