《數(shù)字信號(hào)處理》課程教學(xué)大綱

《數(shù)字信號(hào)處理》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程中文名稱數(shù)字信號(hào)處理課程英文名稱DigitalSignalProcessing課程編號(hào)16352106課程模塊￡思想政治理論課￡通識(shí)教育課￡專業(yè)基礎(chǔ)課?專業(yè)課課程性質(zhì)￡必修￡限選?專業(yè)任選￡任選總學(xué)時(shí)32講授學(xué)時(shí)22實(shí)驗(yàn)（專題輔導(dǎo)）學(xué)時(shí)10總學(xué)分2開課單位電子與信息工程學(xué)院開課系（室）自動(dòng)化系授課對(duì)象自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)適用專業(yè)自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)先修課程《工程數(shù)學(xué)》、《M語言程序設(shè)計(jì)》、《信號(hào)與系統(tǒng)》二、課程簡(jiǎn)介和教學(xué)目標(biāo)1．課程簡(jiǎn)介本課程是自動(dòng)化專業(yè)學(xué)科專業(yè)任選課，本課程通過理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本理論和方法。課程以離散信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)頻分析、離散變換及其快速算法為基礎(chǔ)，重點(diǎn)闡述數(shù)字濾波器的基本理論、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。在各章節(jié)中導(dǎo)入應(yīng)用實(shí)例和綜合實(shí)例，詳細(xì)介紹數(shù)字信號(hào)處理軟、硬件實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域。使學(xué)生掌握數(shù)字信號(hào)處理基本分析方法和分析工具，培養(yǎng)能夠從數(shù)學(xué)概念、物理概念及工程概念去分析問題和解決問題的能力。2.教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)1：在知識(shí)方面，通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、離散傅里葉變換(DFT)理論及其FFT快速算法、IIR和FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析、以及數(shù)字信號(hào)處理中的有限字長(zhǎng)效應(yīng)。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握利用DFT理論進(jìn)行信號(hào)譜分析方法，掌握數(shù)字濾波器的原理并學(xué)會(huì)FIR和IIR數(shù)字濾波器的幾種基本的設(shè)計(jì)方法，掌握MATLAB軟件包中的信號(hào)處理工具箱的使用方法。為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)有關(guān)信息、通信等相關(guān)課程打下良好的理論基礎(chǔ)，使其具有初步的算法分析和運(yùn)用MATLAB編程的能力，具備相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和開發(fā)能力。教學(xué)目標(biāo)2：在能力方面，該課程使學(xué)生具備將算法通過具體的編程語言加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)踐能力；具備進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)能力，能將數(shù)字信號(hào)處理知識(shí)用于解決實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域問題，具備終身學(xué)習(xí)能力。教學(xué)目標(biāo)3：在素質(zhì)方面，引導(dǎo)學(xué)生能夠能夠?qū)?shù)字信號(hào)處理問題的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確描述，具備有效溝通并能夠合理決策的綜合素質(zhì)；能夠在工程實(shí)踐中理解并遵守職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任；能夠具有良好的獨(dú)立工作能力、團(tuán)隊(duì)合作能力。3．教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐關(guān)系教學(xué)目標(biāo)支撐畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)1畢業(yè)要求1、2、3、4、5教學(xué)目標(biāo)2畢業(yè)要求11、12教學(xué)目標(biāo)3畢業(yè)要求6、7、8、9、10三、理論教學(xué)表1理論教學(xué)安排序號(hào)章節(jié)（學(xué)時(shí)）學(xué)習(xí)內(nèi)容（含重點(diǎn)、難點(diǎn)）教學(xué)方法、手段支撐教學(xué)目標(biāo)其他1第1章緒論（2學(xué)時(shí)）1.1數(shù)字信號(hào)處理的發(fā)展歷史1.2數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的基本組成1.3數(shù)字信號(hào)處理的簡(jiǎn)要特點(diǎn)1.4數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用領(lǐng)域1.5數(shù)字信號(hào)處理與MALAB的關(guān)系教師講授、課堂討論和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合，設(shè)計(jì)應(yīng)用的方面以導(dǎo)入實(shí)例方式進(jìn)行講解。采用多媒體教學(xué)為主，重點(diǎn)難點(diǎn)輔以板書。（1）掌握數(shù)字信號(hào)處理的概念和系統(tǒng)組成；（2）熟悉數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)；（3）了解數(shù)字信號(hào)的發(fā)展歷史及應(yīng)用領(lǐng)域。1.課外閱讀資料或作業(yè)閱讀3-5篇關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的文獻(xiàn)。2.作業(yè)要求撰寫一篇關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理的小論文，本章選擇題5道，判斷題5道2第2章離散時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間系統(tǒng)（3學(xué)時(shí)）2.1離散時(shí)間信號(hào)2.2離散時(shí)間信號(hào)的運(yùn)算2.3離散時(shí)間系統(tǒng)2.4離散時(shí)間系統(tǒng)分析--差分方程2.5綜合實(shí)例教師講授、課堂討論和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合，設(shè)計(jì)應(yīng)用的方面以導(dǎo)入實(shí)例方式進(jìn)行講解。采用多媒體教學(xué)為主，重點(diǎn)難點(diǎn)輔以板書。（1）掌握離散時(shí)間信號(hào)的數(shù)學(xué)表示、運(yùn)算；掌握離散時(shí)間系統(tǒng)的線性、時(shí)不變、因果及穩(wěn)定性；（2）理解離散時(shí)間系統(tǒng)的分析方法；（3）了解綜合實(shí)例的應(yīng)用。1.課外閱讀資料或作業(yè)參考文獻(xiàn)：姚海燕、盧春華、秦長(zhǎng)海，矩陣在離散時(shí)間信號(hào)頻譜分析中的應(yīng)用，信息技術(shù)，2009.102.作業(yè)要求適當(dāng)選做與講解關(guān)于序列卷積運(yùn)算、離散時(shí)間系統(tǒng)線性、時(shí)不變性、因果性和穩(wěn)定性判斷的練習(xí)題5，選擇題5。3第3章z變換及離散系統(tǒng)的頻域分析（4學(xué)時(shí)）3.1z變換3.2z反變換3.3z變換的性質(zhì)和定理3.4z變換與拉普拉斯變換和傅里葉變換的關(guān)系3.5序列的傅里葉變換及性質(zhì)3.6離散系統(tǒng)的頻域分析3.7綜合實(shí)例教師講授、課堂討論和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合，設(shè)計(jì)應(yīng)用的方面以導(dǎo)入實(shí)例方式進(jìn)行講解。采用多媒體教學(xué)為主，重點(diǎn)難點(diǎn)輔以板書。理解z變換的定義及收斂域；留數(shù)法求z反變換；（2）掌握離散系統(tǒng)的頻域分析（3）了解綜合實(shí)例的應(yīng)用。1.課外閱讀資料或作業(yè)陳紹榮，何健，朱行濤，劉郁林，單位圓周上具有重極點(diǎn)的Z變換與傅里葉變換相互計(jì)算的方法，通信技術(shù)，2018.9黃永平，于含，李輝，基于Matlab的線性調(diào)頻Z變換算法仿真，實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016.042.作業(yè)要求適當(dāng)選做與講解關(guān)于序列z變換與反變換計(jì)算、系統(tǒng)因果穩(wěn)定判斷等相關(guān)內(nèi)容判斷題5，選擇題5。4第4章離散傅里葉變換與快速變換算法（4學(xué)時(shí)）4.1傅里葉變換的幾種形式4.2周期序列的離散傅里葉級(jí)數(shù)4.3離散傅里葉變換4.4離散傅里葉變換的性質(zhì)4.5利用DF丁對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行譜分析4.6快速傅里葉變換4.7FFT的應(yīng)用4.8綜合實(shí)例教師講授、課堂討論和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合，設(shè)計(jì)應(yīng)用的方面以導(dǎo)入實(shí)例方式進(jìn)行講解。采用多媒體教學(xué)為主，重點(diǎn)難點(diǎn)輔以板書。（1）掌握DFT變換的性質(zhì)及循環(huán)卷積計(jì)算；掌握FFT變換的流程圖原理及其計(jì)算量評(píng)價(jià)；（2）理解傅里葉變換的四種形式及其相互關(guān)系；（3）了解FFT算法的應(yīng)用；（4）了解綜合實(shí)例的應(yīng)用。1.課外閱讀資料或作業(yè)譚子尤,張雅彬,離散傅里葉變換快速算法的研究與MATLAB算法實(shí)現(xiàn),中國(guó)科技信息,2006.112.作業(yè)要求適當(dāng)選做與講解關(guān)于序列DFT變換、循環(huán)卷積、FFT變換流程圖、FFT變換計(jì)算量等相關(guān)內(nèi)容判斷題5，選擇題5。5第5章模擬濾波器的設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)）5.1模擬濾波器的逼近5.2巴特沃斯濾波器5.3切比雪夫?yàn)V波器5.4橢圓濾波器5.5綜合實(shí)例教師講授、課堂討論和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合，設(shè)計(jì)應(yīng)用的方面以導(dǎo)入實(shí)例方式進(jìn)行講解。采用多媒體教學(xué)為主，重點(diǎn)難點(diǎn)輔以板書。（1）掌握模擬濾波器的幅度平方函數(shù)特性；掌握巴特沃斯和切比雪夫?yàn)V波器的幅度平方函數(shù)及其特點(diǎn)；（2）理解橢圓濾波器的幅度平方函數(shù)及其特點(diǎn)；（3）了解綜合實(shí)例的應(yīng)用。1.課外閱讀資料或作業(yè)王浩，趙睿，徐靜怡，周可欣，趙一寧，MATLAB在模擬濾波器設(shè)計(jì)分析中的應(yīng)用電子世界,2018.4陳小橋，張雪濱，吳曉潭，黃恩民，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的模擬濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011.092.作業(yè)要求適當(dāng)選做與講解關(guān)于巴特沃斯濾波器和切比雪夫?yàn)V波器幅度平方函數(shù)相關(guān)內(nèi)容選擇5題，判斷5題。6第6章IIR濾波器的設(shè)計(jì)（3學(xué)時(shí)）6.1根據(jù)模擬濾波器設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器6.2IIR數(shù)字濾波器的最優(yōu)化設(shè)計(jì)法6.3設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的頻率變換法6.4綜合實(shí)例教師講授、課堂討論和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合，設(shè)計(jì)應(yīng)用的方面以導(dǎo)入實(shí)例方式進(jìn)行講解。采用多媒體教學(xué)為主，重點(diǎn)難點(diǎn)輔以板書。掌握脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法（2）設(shè)計(jì)IIR的原理、步驟、平面映射關(guān)系；（3）掌握IIR濾波器頻率變換方法；（4）了解綜合實(shí)例的應(yīng)用。1.課外閱讀資料或作業(yè)張登奇，彭鑫，陳海蘭，雙線性變換法在IIR濾波器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016.09張登奇，彭鑫，脈沖響應(yīng)不變法在IIR濾波器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015.122.作業(yè)要求適當(dāng)選做與講解關(guān)于運(yùn)用脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR濾波器相關(guān)內(nèi)容習(xí)選擇5題，判斷5題。7第7章FIR濾波器的設(shè)計(jì)（4學(xué)時(shí)）7.1FIR濾波器的線性相位特性7.2幅度特性7.3零點(diǎn)特性7.4窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器7.5頻率采樣法7.6IIR和FIR濾波器的性能7.7綜合實(shí)例教師講授、課堂討論和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合，設(shè)計(jì)應(yīng)用的方面以導(dǎo)入實(shí)例方式進(jìn)行講解。采用多媒體教學(xué)為主，重點(diǎn)難點(diǎn)輔以板書。掌握FIR濾波器的相位及幅度特性；掌握窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的基本思想及不同窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器的特性；理解頻率采樣法設(shè)計(jì)FIR濾波器的基本原理；了解兩種濾波器的性能；了解綜合實(shí)例的應(yīng)用。1.課外閱讀資料或作業(yè)王再見，閔福蓉，丁緒星，基于窗函數(shù)設(shè)計(jì)FIR濾波器的教學(xué)案例探討，山西電子技術(shù)，2018.04王艷芬，張曉光，王剛，劉衛(wèi)東，張林，關(guān)于FIR濾波器窗函數(shù)設(shè)計(jì)法的若干問題討論，電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2017.042.作業(yè)要求適當(dāng)選做與講解關(guān)于運(yùn)用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器相關(guān)內(nèi)容選擇5題，判斷5題。四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)表2實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱（學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)類型支撐教學(xué)目標(biāo)其他1Matlab基本操作實(shí)驗(yàn)；（2學(xué)時(shí)）應(yīng)能利用Matlab進(jìn)行信號(hào)處理常用的運(yùn)算、部分函數(shù)語法格式應(yīng)用、顯示計(jì)算結(jié)果并作圖驗(yàn)證型教學(xué)目標(biāo)1、22基本信號(hào)波型Matlab仿真實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）利用Matlab程序編寫常用典型離散時(shí)間信號(hào)(單位脈沖序列、單位階躍序列、實(shí)指數(shù)序列、復(fù)指數(shù)序列)。完成連續(xù)信號(hào)經(jīng)過采樣后頻譜分析圖，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。驗(yàn)證型教學(xué)目標(biāo)1、23DFT和FFT算法實(shí)現(xiàn)（2學(xué)時(shí)）利用Matlab程序編寫DFT和FFT運(yùn)算程序；編寫線性卷計(jì)、循環(huán)卷計(jì)、周期卷積程序；畫出相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果圖形，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)驗(yàn)證型教學(xué)目標(biāo)1、24IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)）利用Matlab編寫脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法設(shè)計(jì)巴特沃茲濾波器(包括高通和低通型濾波器)程序；畫出雙線性變換及脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)的濾波器的頻域特性圖，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)驗(yàn)證型教學(xué)目標(biāo)1、25FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)（獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)）（2學(xué)時(shí)）利用Matlab編寫窗函數(shù)法和頻率采樣法設(shè)計(jì)線性相位FIR濾波器程序；畫出設(shè)計(jì)的濾波器的頻域特性圖，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)驗(yàn)證型教學(xué)目標(biāo)1、2五、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定方法表3課程考核及評(píng)價(jià)細(xì)則成績(jī)組成考核/評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則支撐教學(xué)目標(biāo)40%平