《信號與系統(tǒng)》課程教學大綱

1、信號與系統(tǒng)Signals & systems一、課程基本情況課程類別：學科基礎(chǔ)課、專業(yè)主干課課程學分： 3學分課程總學時：48學時，其中講課：45學時，其中考試2學時，習題課1學時。課程性質(zhì)：必修開課學期：第4學期先修課程：大學物理（電磁學部分）、電路分析、高等數(shù)學（含微分方程）、線性代數(shù)、積分變換與復變函數(shù)等適用專業(yè)：光電信息科學與工程教材：編者：鄭君里，教材名稱（版次）：信號與系統(tǒng)引論，高等教育出版社，出版年份等。開課單位：物理與光電工程學院光電工程系二、課程性質(zhì)、教學目標和任務(wù)本課程是光電信息科學與工程專業(yè)本科生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過這門課程的學習，提高學生的分析問題和解決問題的

2、能力，為學生今后進一步學習光電系統(tǒng)信號處理、光電傳感技術(shù)等課程打下良好的基礎(chǔ)。它主要討論連續(xù)時域信號、線性非時變系統(tǒng)的微分方程和卷積積分時域分析方法、傅里葉變換頻域和拉普拉斯變換復頻域分析方法。通過實例分析，向?qū)W生介紹光電工程應(yīng)用中的重要方法，使學生熟悉基本電子元件的約束特性方程，初步認識如何建立光電信息系統(tǒng)的數(shù)學模型，理解信號頻譜和系統(tǒng)頻響的概念，深入理解奈圭斯特定律的物理意義和工程應(yīng)用的重要性，掌握連續(xù)時域激勵和系統(tǒng)的基本分析、求解方法，并對所得結(jié)果賦予物理意義，初步形成光電物理問題的系統(tǒng)分析觀。三、教學內(nèi)容和要求第1章信號與系統(tǒng)的基本概念（8學時）教學內(nèi)容：信號與系統(tǒng)的概念以及它們的分類

3、方法，信號的基本運算（數(shù)學運算、反轉(zhuǎn)、平移、尺度變換等），典型信號（階躍、沖擊）的定義、性質(zhì)等，系統(tǒng)的描述（數(shù)學模型定義與建立方法、圖示描述方法），系統(tǒng)的特性和分析方法。1.1信號與系統(tǒng)的概念（2學時）（1）了解信號與系統(tǒng)的存在形式和典型實例（2）理解信號和系統(tǒng)的含義；（3）掌握信號的描述和分類方法；重點：信號的分類方法難點：功率信號與能量信號的功概念1.2信號的基本運算（2學時）（1）了解信號基本運算的對信號的影響；（2）理解信號微分、積分的對信號的影響；（3）掌握信號反轉(zhuǎn)、平移、尺度變換的實現(xiàn)方法；重點：信號反轉(zhuǎn)、平移、尺度變換的實現(xiàn)方法難點：綜合變換的實現(xiàn)1.3階躍信號與沖激信號（1學時

4、）（1）了解沖激信號的不同表述方法；（2）理解階躍信號與沖激信號的相互運算關(guān)系；（3）掌握階躍信號與沖激信號的定義；重點：階躍信號與沖激信號的性質(zhì)難點：沖擊偶及其的性質(zhì)1.4信號的分解（1學時）（1）了解實部分量與虛部分量；（2）理解直流分量與交流分量含義；（3）掌握脈沖分量的分解方法及意義；重點：直流分量與交流分量含義，脈沖分量的分解方法及意義；難點：沖激分量疊加分解的概念1.5信號的基本運算（2學時）（1）了解LTI系統(tǒng)分析方法的幾種類型；（2）理解LTI系統(tǒng)的特性；（3）掌握系統(tǒng)分類方法和特征、系統(tǒng)模擬框圖表述方法；重點：系統(tǒng)分類的特征、模擬框圖表述難點：系統(tǒng)分類的判別方法第二章連續(xù)時間

5、系統(tǒng)的時域分析（8學時）教學內(nèi)容：經(jīng)典法求解微分方程，零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)的求解，沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)的求解，卷積積分的定義及圖解，卷積積分的性質(zhì)及應(yīng)用。2.1系統(tǒng)微分方程的建立與求解（2.5學時）（1）了解電路獨立儲能元件概念；（2）理解初始條件與電路系統(tǒng)狀態(tài)之間的關(guān)系；（3）掌握微分方程全解、特解意義及求解方法；重點：掌握電路系統(tǒng)求解微分方程的流程難點：換路定律2.2零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)（2學時）（1）了解自由響應(yīng)、強迫響應(yīng)與零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)之間的關(guān)系；（2）理解自由響應(yīng)、強迫響應(yīng)，零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)的物理意義；（3）掌握系統(tǒng)全響應(yīng)的求解方法；重點：建立零輸入響應(yīng)、零狀

6、態(tài)響應(yīng)概念難點：零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)與初始條件的關(guān)系2.3沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)（1學時）（1）了解階躍響應(yīng)；（2）理解沖激響應(yīng)的定義；（3）掌握沖激響應(yīng)的一種求解方法；重點：零狀態(tài)響應(yīng)的卷積求解法難點：沖激響應(yīng)的求解2.4卷積及其性質(zhì)（2.5學時）（1）了解卷積的應(yīng)用-算子法；（2）理解卷積積分的一般步驟；（3）掌握卷積的性質(zhì)；重點：卷積的性質(zhì)難點：與單位沖激函數(shù)的卷積第三章連續(xù)時間信號的頻域分析（11 學時）教學內(nèi)容：傅里葉級數(shù)，周期信號頻譜，傅里葉變換及性質(zhì)，非周期信號頻譜，能量譜和功率譜，沖激函數(shù)和階躍函數(shù)的傅里葉變換，卷積特性，周期信號的傅里葉變換，抽樣信號的傅里葉變換，抽樣定理3.1

7、信號的基本運算（2學時）（1）了解周期信號的時域特點；（2）理解周期信號傅里葉級數(shù)展開的狄里赫萊（Dirichlet）條件；（3）掌握周期信號頻譜特點，幅度譜與相位譜；重點：周期信號頻譜的復數(shù)表述難點：傅里葉有限級數(shù)與最小方均差、吉布斯（Gibbs）現(xiàn)象3.2典型周期信號的傅里葉級數(shù)（2學時）（1）了解周期矩形信號的波形特點、占空比概念；（2）理解信號頻帶寬度概念；（3）掌握脈寬與頻帶的關(guān)系；重點：典型周期信號的脈寬與帶寬難點：不同T1周期信號的頻譜特點3.3 非周期信號的傅里葉變換（1學時）（1）了解傅里葉變換存在的充分條件；（2）理解傅里葉變換（投影分量）和反變換（分量疊加）的物理意義；（

8、3）掌握傅里葉變換和反變換的計算方法；重點：建立非周期信號頻譜密度的概念難點：周期信號頻譜與非周期信號頻譜的區(qū)別3.4 典型非周期信號的傅里葉變換（1學時）（1）了解幾種典型信號的時域特點；（2）理解指數(shù)信號和矩形脈沖信號的頻譜特點；（3）掌握非周期信號頻譜密度分析方法；重點：沖激信號的頻譜難點：符號函數(shù)和階躍信號的頻譜3.5 傅里葉變換的基本性質(zhì)（2學時）（1）了解奇偶虛實性；（2）理解等效時寬和等效頻寬的概念；（3）掌握傅里葉變換的基本性質(zhì)；重點：以頻譜的觀點分析信號的運算及其對信號的影響難點：時域、頻域卷積定律3.6周期信號的傅里葉變換（1學時）（1）了解傅里葉級數(shù)與傅里葉變換的過渡關(guān)系

9、；（2）理解周期信號傅里葉級數(shù)與單脈沖傅里葉變換的關(guān)系；（3）掌握根據(jù)周期信號單脈沖的傅里葉變換求解周期信號傅里葉級數(shù)的方法；重點：根據(jù)周期信號單脈沖的傅里葉變換求解周期信號傅里葉級數(shù)難點：周期信號與非周期信號的統(tǒng)一性3.7抽樣信號的傅里葉變換（1學時）（1）了解抽樣信號的時域特點；（2）理解抽樣信號的頻譜特點；（3）掌握理想沖激抽樣信號的頻譜計算方法；重點：理想沖激抽樣信號的頻譜難點：頻域抽樣3.8奈圭斯特定理（1學時）（1）了解抽樣定理的應(yīng)用背景-限帶信號；（2）理解完全無失真概念；（3）掌握信號抽樣-恢復的物理本質(zhì)；重點：抽樣定理物理概念解釋難點：時域與頻域的對稱性第四章拉普拉斯變換、連

10、續(xù)時間系統(tǒng)的s域分析（15學時）教學內(nèi)容：拉普拉斯變換的定義、收斂域，拉普拉斯變換的基本性質(zhì)，拉普拉斯逆變換（重點是部分分式分解法），用拉普拉斯變換法分析電路、s域元件模型，系統(tǒng)函數(shù)H（s），由系統(tǒng)函數(shù)零、極點分布決定時域特性，由系統(tǒng)函數(shù)零、極點分布決定頻響特性，線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性，拉普拉斯變換于傅里葉變換的關(guān)系4.1拉普拉斯變換的定義、收斂域（2學時）（1）了解拉普拉斯變換的背景赫維帥算子法求解電路的理論依據(jù)、微分方程求解方法；（2）理解拉普拉斯變換收斂域的概念；（3）掌握拉普拉斯變換的定義，典型函數(shù)的L函數(shù)；重點：拉普拉斯變換的定義難點：傅里葉變換與拉普拉斯變換的關(guān)系4.2拉普拉斯變換的基本

11、性質(zhì)（2.5學時）（1）了解s域卷積定理；（2）理解拉普拉斯變換性質(zhì)的意義；（3）掌握拉普拉斯變換性質(zhì)的應(yīng)用方法；重點：拉普拉斯變換性質(zhì)在電路中的應(yīng)用方法難點：初值存在的條件4.3 拉普拉斯逆變換（1.5學時）（1）了解留數(shù)法求逆變換；（2）理解部分分式法的理論依據(jù)-單位階躍函數(shù)的拉普拉斯變換；（3）掌握單根和重根極點的部分分式法；重點：部分分式分解法難點：包含重根極點的逆變換4.4用拉普拉斯變換法分析電路、s域元件模型（2學時）（1）了解回路模型與節(jié)點模型的轉(zhuǎn)換關(guān)系；（2）理解電路元件的s域模型；（3）掌握用s域模型法求解電路的方法；重點：電路s域模型的求解電路的一般過程難點：建立s域模型4

12、.5系統(tǒng)函數(shù)H（s）（1.5學時）（1）了解一般網(wǎng)路端口、策動點函數(shù)與轉(zhuǎn)移函數(shù)概念；（2）理解系統(tǒng)函數(shù)的定義；（3）掌握系統(tǒng)函數(shù)的求解方法；重點：系統(tǒng)函數(shù)的定義難點：系統(tǒng)函數(shù)的求法4.6由系統(tǒng)函數(shù)零、極點分布決定時域特性（1.5學時）（1）了解原函數(shù)與s域函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系；（2）理解零點、極點的定義；（3）掌握零點、極點的分布與時域波形特征的對應(yīng)關(guān)系；重點：極點與響應(yīng)特征的對應(yīng)關(guān)系難點：高階極點波形對應(yīng)關(guān)系4.7 由系統(tǒng)函數(shù)零、極點分布決定頻響特性（2學時）（1）了解系統(tǒng)濾波特性的類型；（2）理解系統(tǒng)的頻響特性與零、極點的關(guān)系；（3）掌握由系統(tǒng)函數(shù)分析系統(tǒng)頻響特性的方法；重點：由系統(tǒng)函數(shù)分析系統(tǒng)

13、頻響特性的方法難點：相頻響應(yīng)特性的分析4.8 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性（1學時）（1）了解系統(tǒng)穩(wěn)定性的一般情況；（2）理解三種系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義方法及其關(guān)系；（3）掌握系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定方法；重點：由系統(tǒng)函數(shù)極點判定系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法難點：三種穩(wěn)定性定義的等價關(guān)系4.9拉普拉斯變換與傅里葉變換的關(guān)系（1學時）（1）了解傅里葉變換與拉普拉斯變換的區(qū)別與聯(lián)系；（2）理解拉普拉斯函數(shù)存在傅里葉變換的條件；（3）掌握由拉普拉斯變換求傅里葉變換的方法；重點：由拉普拉斯變換求傅里葉變換的方法難點：多重極點情況下，存在傅里葉變換條件的理解5傅里葉變換應(yīng)用于通信系統(tǒng)（3學時）教學內(nèi)容：利用系統(tǒng)函數(shù)H求響應(yīng)，無失真?zhèn)鬏?，理想低通濾波器。5.1利用系統(tǒng)函數(shù)H求響應(yīng)（1學時）（1）了解系統(tǒng)對激勵的一般作用；（2）理解系統(tǒng)頻響函數(shù)的定義；（3）掌握由系統(tǒng)沖激響應(yīng)求解頻響特性的方法；重點：系統(tǒng)函數(shù)H求頻響特性難點：由系統(tǒng)沖激響應(yīng)求解頻響特性和由系統(tǒng)函數(shù)H（s）求頻響特性的區(qū)別5.2無失真?zhèn)鬏敚?學時）（1）了解信號失真產(chǎn)生的一般原因；（2）理解無失真?zhèn)鬏數(shù)念l響條件；（3）掌握無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的頻響特點；重點：無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的頻響特點難點：無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的相頻響應(yīng)特點5.3理想低通濾波器（1學時）（1）了解系統(tǒng)延時、失真、因果等概念；（2）理解理想低通濾波器頻響；（3）掌握沖激、階