课程名称

信号分析与处理

英文名称

Signal  Analysis and Processing

开课单位

电气信息工程学院

课程负责人

李会容

课程代码

201903959

学分

3

课程类别

学科基础

适用专业

电气工程及自动化

课内学时

46

课外学时

2

先修课程

电路原理、高等数学、线性代数

课程简介

《信号分析与处理》课程是电气工程及自动化本科专业学科基础课，它是在学生学完了高等数学、线性代数、电路原理等课程后，进一步为学习专业知识打基础的课程。通过本课程的学习，学生可以掌握信号的描述、计算和分析方法，了解信号的的时域、频域分析概念，能够以滤波器为对象理解信号与系统的关系，为后期电气控制系统设计与应用中涉及的信号分析及信号处理问题提供基础知识和基本技能。学习方式分为理论学习、课外练习核试验三个环节，通过练习理解信号分析的基本原理、方法，通过实验掌握信号采集和基于MATLAB的信号分析处理能力。

目标1：掌握信号分析与处理的基本概念、典型信号描述与特征

    表示方法；信号分析与处理中的基本概念；熟悉冲激函数、阶跃函数等典型信号的特点与应用。

指标点1.2：掌握电气工程领域所需电路、电子技术，信号获取等工程基础知识，能将其基本原理方法用于复杂工程问题的建模和推演。

目标2：掌握基本的信号时域分析

    掌握离散时间信号在时域中的运算公式。理解并可以用数学工具描述信号的分解，了解相关运算以及自相关函数。

指标点1.2：掌握电气工程领域所需电路、电子技术，信号获取等工程基础知识，能将其基本原理方法用于复杂工程问题的建模和推演。

目标3：理解DFT的原理和计算方法

    掌握时域和频域的关系，掌握并分辨4种傅里叶变换（FS,FT,DFS,DFT）的使用场合，理解DFT的原理和计算方法。

指标点1.2：掌握电气工程领域所需电路、电子技术，信号获取等工程基础知识，能将其基本原理方法用于复杂工程问题的建模和推演。

目标4掌握基本类型滤波器的物理含义及应用

    能从信号处理角度理解不同类型滤波器的功能。能针对数字信号特点，设计或选用合适的数字滤波器，完成简单的数据或者数字信号处理的任务。

指标点2.2：能通过查阅文献及相关专业知识，正确分析和判断实际工程问题及其实现途径。

目标5：能够用MATLAB软件进行信号的分析

   学会利用计算机和MATLAB软件进行信号的分析，能够使用conv(),fft(),ifft()等MATLAB函数。

指标点5.1：能够了解与电气工程领域复杂问题相关的现代工程工具、信息技术工具的基本原理和使用方法。

目标6：掌握科学方法，培养求真务实的科学态度

    结合课程内容，通过工程案例讲授，让学生深思做人之本，进行职业道德教育，明确工匠精神在国家科技发展和个人职业发展中的重要性；通过名人轶事传递给学生爱国敬业诚信友善的信念，践行社会主义核心价值观。课程从教学练评各个方面从分发挥专业课教学的立德树人的育人功能。

指标点8.1：尊重生命，关爱他人，正义、诚信，具有人文知识、思辨能力、处事能力、科学精神和社会进步的责任感。

序号

教学单元

教学内容

课内学时

教学方式

课外学时

课外环节

课程目标

1

第1章

信号分析与处理绪论

1、了解信号的分类；

2、了解典型信号和典型信号处理及其应用；

3、掌握信号处理系统的组成

4、理解该课程各章节内容之间的关系。

（课程思政点：科技报国与科技强国的使命感与责任感，科学精神、专研精神）

2

传统教学方式与多媒体课件相结合

0

目标1

目标6

2

第2章离散信号的分析

1、了解离散信号的时域描述

2、掌握离散信号的卷积和运算；

3、掌握Z变换；

4、了解MATLAB在离散信号分析中的应用

6

传统教学方式与多媒体课件相结合

0

目标2

目标5

3

第3章离散系统的分析

1、了解离散系统的时域分析；

2、掌握差分方程的Z域分析，离散系统性质的判定；

3、了解MATLAB在离散系统分析中的应用

（课程思政点：培养分析问题的能力）

4

传统教学方式与多媒体课件相结合

0

目标2

目标5

目标6

4

第4章离散信号的频域分析

1、掌握序列傅立叶变换及其运算

2、理解序列傅立叶变换的基本性质和对称性质；

3、了解周期序列的离散傅立叶级数DFS定义；

4、理解离散傅立叶变换DFT的定义，DFT与其他变换的关系及其基本性质；

5、掌握循环卷积定理及其计算；

6、理解如何利用MATLAB对离散时间信号进行频域分析。

4

传统教学方式与多媒体课件相结合

0

目标3

目标5

5

第5章FFT变换

1、了解FFT变换定义

2、掌握时域抽取法-2FFT算法

3、掌握频域抽取法-2FFT算法

4、熟悉IFFT算法；

5、了解FFT算法的应用

6、了解基于MATLAB的FFT变换

（课程思政点：介绍科学家事迹，提升专业自信，达到专业热爱）

4

传统教学方式与多媒体课件相结合

1

目标3

目标5

目标6

6

第6章数字滤波器的基本结构

1、掌握数字滤波器的系统函数与其网络结构流图之间的相互转换方法；

2、掌握 IIR和FIR系统的基本网络结构；

2

传统教学方式与多媒体课件相结合

0

目标4

目标5

7

第7章 数字滤波器的设计

1、理解滤波的概念；

2、掌握数字滤波器设计的预备知识和数字滤波器的设计指标；

3、理解模拟低通滤波器的设计方法；4、掌握用脉冲响应不变法和双线性变换法设计IIR数字低通滤波器；

5、了解高通、带通IIR数字滤波器设计；

6、理解线性相位FIR数字滤波器及其特点；

7、掌握用窗函数设计FIR数字滤波器的方法。

8、了解IIR和FIR数字滤波器设计有关的MATLAB函数。

（课程思政点：培养分析问题的能力）

6

传统教学方式与多媒体课件相结合

1

目标4

目标5

目标6

总计

28

2

序号

实践/实验项目

实验内容

必做

选做

实验项目类型

教学方式

学时分配

1

MATLAB软件

熟悉MATLAB软件，学会安装、启动MATLAB软件，MATLAB基本运算

必做

验证性

讲授、操作

2

2

MATLAB软件

利用MATLAB 软件绘制各种二维、三维图形

必做

验证性

讲授、操作

2

3

离散信号的产生

利用MATLAB产生各种离散信号

必做

验证性

讲授、操作

2

4

离散时间系统的时域分析

掌握离散卷积计算方法；学会差分方程的迭代解法；了解全响应、零输入响应、零状态响应和初始状态的物理意义和具体求法

必做

验证性

讲授、操作

2

5

离散系统的DTFT变换

离散系统的频率特性及其幅度特性、相位特性的物理意义；离散系统频率特性的对称性和周期性；离散系统频率特性与系统参数之间的关系；加强计算机编程能力

必做

综合型

讲授、操作

2

6

离散傅立叶变换(DFT)

了解其计算方法及意义；实数序列的DFT系数的对称特点；利用DFT计算程序计算IDFT的方法

必做

验证性

讲授、示范、操作

2

7

快速傅立叶变换(FFT)及其应用

学习时间抽选奇偶分解FFT算法；掌握时间抽选奇偶分解FFT程序的编制方法；学习并掌握用FFT计算线性卷积的方法

必做

综合型

讲授、操作

2

8

IIR数字滤波器设

掌握基于MATLAB设计IIR数字滤波器的方法，掌握脉冲响应不变法和双线性变换法设计IIR数字滤波器的方法

必做

设计型

讲授、操作

2

9

FIR数字滤波器设计

掌握基于MATLAB设计FIR数字滤波器的方法，掌握窗函数法设计FIR数字滤波器的方法

必做

设计型

讲授、操作

2

总计

18