《信號(hào)處理與系統(tǒng)分析》 教學(xué)大綱 宋壽鵬

《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程中文名：信號(hào)與系統(tǒng)課程英文名：SignalandSystem課程代碼：03410062課程學(xué)分：4.5總學(xué)時(shí)數(shù)：72學(xué)時(shí)分配：7216（：0課程類別：專業(yè)基礎(chǔ)課程課程性質(zhì)：必修開課學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院適用專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器先修課程：高等數(shù)學(xué)、電路分析或電路原理后續(xù)課程：智能信號(hào)處理、智能儀器設(shè)計(jì)等選用教材：《信號(hào)處理與系統(tǒng)分析》宋壽鵬，鄒榮，機(jī)械工業(yè)出版社、2024年。課程網(wǎng)址：說明：72（其中：課堂教學(xué)學(xué)時(shí)：72，本課程設(shè)有獨(dú)立的配套實(shí)驗(yàn)課程《信號(hào)處理技術(shù)實(shí)驗(yàn)》，學(xué)時(shí)16）二、課程性質(zhì)與課程目標(biāo)（一）課程性質(zhì)16（二）課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.（課程思政。課程目標(biāo)2.1.3權(quán)重0.4。課程目標(biāo)3.2.2權(quán)重0.4。4.Matlab5.3(.29.（0.。（三）課程目標(biāo)與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3、2.2、5.3和9.1：1.3:0.4；2.20.4；5.3:0.2；9.1：0.2。課目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)程課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4指標(biāo)點(diǎn)1.3(0.4)√指標(biāo)點(diǎn)2.2(0.4)√指標(biāo)點(diǎn)5.3(0.2)√指標(biāo)點(diǎn)9.1(0.2)√三、課程內(nèi)容與教學(xué)要求第一章（一）課程內(nèi)容.幾種典型的連續(xù)時(shí)間信號(hào)；（二）教學(xué)方法和要求教學(xué)方法：自學(xué)、課堂教學(xué)、課堂討論、課后作業(yè)與實(shí)踐性環(huán)節(jié)等。教學(xué)要求：（1）掌握信號(hào)的概念及分類方法；（2）掌握信號(hào)的時(shí)域變換及時(shí)域運(yùn)算方法；（3）掌握系統(tǒng)的概念及分類；（4）掌握線性時(shí)不變系統(tǒng)的概念及判斷方法；（5）掌握典型信號(hào)的描述及特征（沖激、階躍、正余弦、周期方波、矩形脈沖、指數(shù)等）（6）理解信號(hào)分解的目的和用途；（7）了解國(guó)家發(fā)展規(guī)劃、高新技術(shù)與本課程的關(guān)聯(lián)，了解本課程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用領(lǐng)域；Matlab（9）完成布置的課后作業(yè)；（10）總結(jié)歸納本章內(nèi)容。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）信號(hào)時(shí)域變換及時(shí)域運(yùn)算；（2）系統(tǒng)分類及系統(tǒng)判斷方法。第二章連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域分析（一）課程內(nèi)容從0－到0；（二）教學(xué)方法和要求教學(xué)方法：自學(xué)、課堂教學(xué)、課堂討論、課后作業(yè)與實(shí)踐性環(huán)節(jié)等。教學(xué)要求：（1）掌握連續(xù)系統(tǒng)模型建立方法；（2）掌握時(shí)域經(jīng)典求解方法；（3）掌握系統(tǒng)零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的分析方法；（4）掌握沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng)的特點(diǎn)；（5）掌握時(shí)域卷積求響應(yīng)原理和方法；（6）了解工程實(shí)際信號(hào)響應(yīng)求解方法；（7）自行設(shè)計(jì)和搭建一階電路系統(tǒng)，觀察不同頻率正弦信號(hào)和周期方波通過一階系統(tǒng)后的響應(yīng)，分析響應(yīng)與激勵(lì)的差異，該項(xiàng)內(nèi)容可通過仿真或?qū)嶋H電路測(cè)試完成；（8）完成布置的課后作業(yè)；（9）總結(jié)歸納本章內(nèi)容。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）系統(tǒng)響應(yīng)分類及時(shí)域響應(yīng)求解；（2）沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng)物理意義理解及應(yīng)用。第三章連續(xù)信號(hào)頻域分析（一）課程內(nèi)容（二）教學(xué)方法和要求教學(xué)方法：自學(xué)、課堂教學(xué)、課堂討論、課后作業(yè)與實(shí)踐性環(huán)節(jié)等。教學(xué)要求：（1）掌握周期信號(hào)傅立葉級(jí)數(shù)方法及物理意義，周期信號(hào)頻譜求法及工程涵義；（2）掌握傅立葉變換與級(jí)數(shù)的關(guān)系，非周期信號(hào)的頻譜分析方法及工程涵義；（3）掌握傅立葉變換的性質(zhì)及應(yīng)用場(chǎng)合；（4）掌握卷積定理原理、工程涵義及應(yīng)用；（5）掌握抽樣定理和實(shí)際工程信號(hào)中采樣頻率的選取原則；（6）掌握相關(guān)的概念、求法，理解工程實(shí)際中應(yīng)用相關(guān)定理進(jìn)行檢測(cè)、定位、濾波等案例原理。（7）了解傅立葉變換發(fā)展歷程，了解科學(xué)規(guī)律從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用的規(guī)律特點(diǎn)；（8）利用智能手機(jī)采集的信號(hào)，分析各自語音信號(hào)的頻譜，并對(duì)比不同說話人頻譜差異，解釋出現(xiàn)差異現(xiàn)象的本質(zhì)；（9）完成布置的課后作業(yè)；（10）總結(jié)歸納本章內(nèi)容。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）信號(hào)頻譜的工程涵義理解；（2）采樣定理的原理及應(yīng)用；（3）卷積定理的原理及應(yīng)用；（3）相關(guān)定理原理及工程應(yīng)用。第四章線性系統(tǒng)的頻域分析（一）課程內(nèi)容（二）教學(xué)方法和要求教學(xué)方法：自學(xué)、課堂教學(xué)、課堂討論、課后作業(yè)與實(shí)踐性環(huán)節(jié)等。教學(xué)要求：（1）掌握系統(tǒng)對(duì)周期、非周期信號(hào)的穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)響應(yīng)；（2）掌握無失真?zhèn)鬏敆l件；（3）掌握理想低通濾波器的特性；（4）了解物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。（5）自己動(dòng)手設(shè)計(jì)制作一階系統(tǒng)電路，通過實(shí)驗(yàn)獲取該系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)；用周期方波經(jīng)過一個(gè)電路后，觀察輸出是不是周期方法？為什么？從系統(tǒng)的角度解釋（6）完成布置的課后作業(yè)；（7）總結(jié)歸納本章內(nèi)容。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）穩(wěn)態(tài)響應(yīng)及瞬態(tài)響應(yīng)在儀器響應(yīng)中的表現(xiàn)；（2）無失真?zhèn)鬏敆l件與實(shí)際系統(tǒng)的失真特性；（3）理想濾波器與實(shí)際濾波器的差異。第五章信號(hào)與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析（一）課程內(nèi)容（二）教學(xué)方法和要求教學(xué)方法：自學(xué)、課堂教學(xué)、課堂討論、課后作業(yè)與實(shí)踐性環(huán)節(jié)等。教學(xué)要求：（1）掌握拉氏變換的定義與性質(zhì)；（2）掌握簡(jiǎn)單信號(hào)拉氏逆變換求法，并能通過輔助手段對(duì)復(fù)雜信號(hào)求逆變換；（3）掌握系統(tǒng)復(fù)頻域分析方法；（4）掌握系統(tǒng)函數(shù)、零極點(diǎn)分析方法；（5）根據(jù)系統(tǒng)函數(shù)設(shè)計(jì)一階電路，并通過實(shí)驗(yàn)獲取其實(shí)際的系統(tǒng)函數(shù)；（6）完成布置的課后作業(yè)；（7）總結(jié)歸納本章內(nèi)容。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）拉氏正、逆變換求法及用途；（2）系統(tǒng)復(fù)頻域分析方法；（3）系統(tǒng)函數(shù)與頻率響應(yīng)函數(shù)和關(guān)系及應(yīng)用；（4）系統(tǒng)零、極點(diǎn)分析方法對(duì)設(shè)計(jì)和分析系統(tǒng)所起的作用。第六章離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析（一）課程內(nèi)容（二）教學(xué)方法和要求教學(xué)方法：自學(xué)、課堂教學(xué)、課堂討論、課后作業(yè)與實(shí)踐性環(huán)節(jié)等。教學(xué)要求：（1）掌握離散時(shí)間信號(hào)時(shí)域運(yùn)算及變換方法；（2）掌握離散時(shí)間系統(tǒng)差分方程建立方法，并能自行建立簡(jiǎn)單系統(tǒng)的差分方程；（3）掌握差分方程的求解響應(yīng)方法；（4）掌握卷積和的求法；（5）用Matlab編程實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的時(shí)域運(yùn)算與變換，觀察信號(hào)產(chǎn)生的變化；用Matlab編程實(shí)現(xiàn)差分方程的求解；（6）完成布置的課后作業(yè)；（7）總結(jié)歸納本章內(nèi)容。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）離散序列時(shí)域運(yùn)算及變換方法；（2）離散系統(tǒng)的時(shí)域分析方法，差分方程建立；（3）離散系統(tǒng)響應(yīng)求解；（4）卷積和及應(yīng)用。第七章離散時(shí)間系統(tǒng)的Z域分析簡(jiǎn)介（一）課程內(nèi)容ZZZZ動(dòng)手實(shí)踐；（二）教學(xué)方法和要求教學(xué)方法：自學(xué)、課堂教學(xué)、課堂討論、課后作業(yè)與實(shí)踐性環(huán)節(jié)等。教學(xué)要求：（1）掌握序列Z變換的定義與性質(zhì)；（2）了解逆Z變換及Z域分析方法；（3）了解離散系統(tǒng)函數(shù)；（4）能用Matlab編程實(shí)現(xiàn)正逆Z變換；（5）完成布置的課后作業(yè)；（6）總結(jié)歸納本章內(nèi)容。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）序列正、逆Z變換；（2）Z域分析方法。第八章離散傅里葉變換（一）課程內(nèi)容（DFT）DFTDFT(FFT（二）教學(xué)方法和要求教學(xué)方法：自學(xué)、課堂教學(xué)、課堂討論、課后作業(yè)與實(shí)踐性環(huán)節(jié)等。教學(xué)要求：（1）掌握DFT定義及其性質(zhì)，理解DFT與傅里葉變換的聯(lián)系與區(qū)別；（2）理解DFT與傅里葉變換和Z變換之間的關(guān)系，能根據(jù)Z變換的結(jié)果直接求取DFT和傅里葉變換的結(jié)果；（3）理解頻域采樣的原理，掌握頻域采樣定理，能利用頻域采樣定理的原理指導(dǎo)信號(hào)的獲??；（4）掌握利用DFT計(jì)算線性卷積的條件，能利用DFT計(jì)算系統(tǒng)的輸出；（5）能用DFT對(duì)連續(xù)信號(hào)和序列進(jìn)行譜分析。（6）理解時(shí)域抽取法基2FFT算法的基本原理及其編程思想；（7）能對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT分析；（8）自己編程分析語音信號(hào)頻譜及特點(diǎn)，對(duì)比含噪語音信號(hào)、不同人語音信號(hào)合成后頻譜的變化，提出濾除不必要噪聲的方法；（9）完成布置的課后作業(yè)；（10）總結(jié)歸納本章內(nèi)容。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）DFT的定義及其重要性質(zhì)；（2）循環(huán)卷積及其與線性卷積的關(guān)系；（3）頻域采樣及采樣定理；（4）FFT算法及工程應(yīng)用。第九章無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)（一）課程內(nèi)容IIRIIR（二）教學(xué)方法和要求教學(xué)方法：自學(xué)、課堂教學(xué)、課堂討論、課后作業(yè)與實(shí)踐性環(huán)節(jié)等。教學(xué)要求：（1）理解模擬濾波器各設(shè)計(jì)指標(biāo)的含義，能從已知條件中確定各設(shè)計(jì)指標(biāo)；（2）掌握巴特沃斯低通濾波器的設(shè)計(jì)方法及其特點(diǎn)，能根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單巴特沃斯低通濾波器；（3）掌握切比雪夫低通濾波器的設(shè)計(jì)方法及其特點(diǎn)，能根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)切比雪夫低通濾波器；（4）掌握低通濾波器與模擬高通、帶通、帶阻濾波器的頻率變換關(guān)系，能利用模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)相應(yīng)的模擬高通、帶通、帶阻濾波器；（5）ZSIIR（6）ZSIIRMatlabIIR（8）完成布置的課后作業(yè)；（9）總結(jié)歸納本章內(nèi)容。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）低通濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)及其與高通、帶通、帶阻濾波器的頻率變換關(guān)系；（2）模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)方法及各自特點(diǎn)；（3）數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì)方法及各自特點(diǎn)。第十章有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)（一）課程內(nèi)容FIRFIRIIRFIR（二）教學(xué)方法和要求教學(xué)方法：自學(xué)、課堂教學(xué)、課堂討論、課后作業(yè)與實(shí)踐性環(huán)節(jié)等。教學(xué)要求：（1）FIRNFIR（2）FIRFIR（3）了解不同典型窗函數(shù)的原理及特點(diǎn)，能根據(jù)設(shè)計(jì)要求計(jì)算并選擇合適的濾波器。MatlabFIRIIR（5）完成布置的課后作業(yè)；（6）總結(jié)歸納本章內(nèi)容。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的原理及基本步驟；（2）各種典型窗函數(shù)的特點(diǎn)及選擇依據(jù)；（3）IIR和FIR數(shù)字濾波器的特性及選擇依據(jù)四、本課程開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（如課程不含實(shí)驗(yàn)，該項(xiàng)可不填）章（按序填寫）教學(xué)形式及學(xué)時(shí)分配主要教學(xué)方法章（按序填寫）教學(xué)形式及學(xué)時(shí)分配主要教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)上機(jī)課程實(shí)踐小計(jì)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講授法、討論法、演示案例法、作業(yè)法、動(dòng)手探究法1、2、3、4第四章88講授法、討論法、演示案例法、作業(yè)法、動(dòng)手探究法1、2、3、4第五章66講授法、討論法、演示案例法、作業(yè)法、動(dòng)手探究法1、2、3、4第六章66講授法、討論法、演示案例法、作業(yè)法、動(dòng)手探究法1、2、3、4第七章66講授法、討論法、演示案例法、作業(yè)法、動(dòng)手探究法1、2、3、4第八章66講授法、討論法、演示案例法、作業(yè)法、動(dòng)手探究法1、2、3、4第九章88講授法、討論法、演示案例法、作業(yè)法、動(dòng)手探究法1、2、3、4第十章66講授法、討論法、演示案例法、作業(yè)法、動(dòng)手探究法1、2、3、4合計(jì)7272注：1.課程實(shí)踐學(xué)時(shí)按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃列入表格；2）六、課程考核序號(hào)考核方式或途徑考核要求評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)考核權(quán)重考核對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1作業(yè)10050%50%015%計(jì)入總評(píng)成績(jī)。15%課程目標(biāo)2，3，42出勤與上課表現(xiàn)以隨機(jī)的形式點(diǎn)名，考查學(xué)生上課情況，聽講情況、課堂討論情況。100分。最后按10%計(jì)入課程總成績(jī)。10%課程目標(biāo)1，2，3，43期中考試在期中（約7－8主要考核連續(xù)部分學(xué)生的知識(shí)掌握情況，為后續(xù)章10%課程目標(biāo)2，3階段性測(cè)試，節(jié)的教學(xué)方式改進(jìn)、知識(shí)主要考核學(xué)生點(diǎn)的傳授方式提供參考。對(duì)前面所學(xué)知本部分以筆試方式進(jìn)行，識(shí)的理解和掌總分以100分計(jì)，評(píng)分標(biāo)握程度，為后準(zhǔn)以試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為依續(xù)改進(jìn)提供參據(jù)，最后以10%計(jì)入總評(píng)考。成績(jī)。根據(jù)本章的內(nèi)容，選擇以根據(jù)每章布置語音信號(hào)等作為信號(hào)處理的學(xué)生動(dòng)手實(shí)對(duì)象，以簡(jiǎn)單電路作為系踐項(xiàng)目及案統(tǒng)分析對(duì)象，學(xué)生提供分例，檢查學(xué)生析和解決實(shí)際問題思路、4動(dòng)手實(shí)踐掌握知識(shí)后基本技能的掌握情況和應(yīng)用知處理程序、結(jié)果分析及完整和清楚地撰寫相應(yīng)的報(bào)告四部分，每部分占比15%課程目標(biāo)4識(shí)解決實(shí)際問25%，總分以100分計(jì)，題的能力，收全部正確為滿分，不提交取學(xué)生動(dòng)手實(shí)為0分，成績(jī)以平均分計(jì)踐報(bào)告，入，最后以15%計(jì)入課程總成績(jī)?？荚嚥捎瞄]卷卷面總分為100分，試卷形式，考核信題型包括填空題、簡(jiǎn)答題號(hào)與系統(tǒng)方面及分析計(jì)算與綜合應(yīng)用題的基礎(chǔ)知識(shí)及三類，每類題型總分以試應(yīng)用能力的占卷規(guī)定分及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)數(shù)為5期末考試60%；考核能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工準(zhǔn)，最后以卷面成績(jī)的50%計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。50%課程目標(biāo)2，3，4程科學(xué)基本原理，研究分析實(shí)踐問題設(shè)計(jì)與分析能力的占40%?？傇u(píng)成績(jī)100%注：1.分學(xué)期設(shè)置和考核的課程應(yīng)按學(xué)期分別填寫上表。2.3.（4.考核權(quán)重指該考核方式或途徑在總成績(jī)中所占比重。七、課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)1.2（3成，過程性考核須有成績(jī)?cè)u(píng)定，并作為學(xué)生成績(jī)構(gòu)成部分記入期末總評(píng)成績(jī)表。2.3.1。4.課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算表如下：課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)考核形式實(shí)際評(píng)測(cè)結(jié)果（學(xué)生達(dá)到的平均水平）對(duì)應(yīng)總分達(dá)成度課程目標(biāo)1課堂教學(xué)、課堂表現(xiàn)及作業(yè)作業(yè)成績(jī)×10%+考勤成績(jī)×30%4.5達(dá)成度=實(shí)際測(cè)評(píng)結(jié)果/對(duì)應(yīng)總分課程目標(biāo)2作業(yè)、出勤、期中考試、實(shí)踐和期末考試成績(jī)作業(yè)成績(jī)×40%+考勤成績(jī)×20%+期中考試×50%+實(shí)踐報(bào)告×10%+期末考試成績(jī)×50%39.5課程目標(biāo)3作業(yè)、考勤、期中考試、實(shí)踐和期末考試作業(yè)成績(jī)×30%+考勤成績(jī)×40%+期中考試×50%+實(shí)踐報(bào)告×20%+期末考試成績(jī)×40%36.5課程目標(biāo)4作業(yè)、考勤、期中考試、實(shí)踐和期末考試作業(yè)成績(jī)×20%+考勤成績(jī)×10%+實(shí)踐報(bào)告×70%+期末考試成績(jī)×10%19.5合計(jì)100八、參考書目及學(xué)習(xí)資料（書名，主編，出版社，出版