《信号分析与处理》 课程教学大纲
一、课程基本信息
| 课程名称 | 信号分析与处理 | 英文名称 | Signal Analysis and Processing |
| 开课单位 | 智能制造学院 | 课程负责人 | 李会容 |
| 课程代码 | 05241199 | 学分 | 3 |
| 课程类别 | 学科基础 | 适用专业 | 电子信息工程 |
| 课内学时 | 44 | 课外学时 | 4 |
| 先修课程 | 电路原理、高等数学、线性代数、概率与数理统计 |
| 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、概率论、线性代数、复变函数等课程后，进一步为学习专业知识打基础的课程。本课程将通过讲课、练习使学生建立“信号分析与处理”的基本概念，掌握数字信号处理基本分析方法和分析工具，为从事信息或信号处理等方面的研究工作打下基础。 |
二、课程教学目标
| 课程目标 | 对应的专业培养目标 |
| 1．熟悉MATLAB矩阵及其运算 2．熟悉MATLAB程序设计 3．掌握MATLAB绘图 4．了解信号分析与处理的基本知识。 5．熟悉离散信号的时域分析，掌握z域分析 6．了解离散系统的时域和z域分析 7．掌握离散信号的频域分析。 8．掌握快速傅立叶变换FFT；了解FFT算法的应用 9．掌握 IIR和FIR系统的基本网络结构； 10．理解模拟低通滤波器的设计方法；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；掌握用窗函数设计FIR数字滤波器的方法。 | 1．培养学生进行FIR数字滤波器的设计能力。 2．培养学生利用模拟滤波器设计数字滤波器的能力。 3．培养学生进行IIR数字滤波器的设计能力。 4．培养学生对离散时间信号进行傅里叶变换（DTFT）、z变换及它们的反变换的能力。 5．培养学生对离散信号进行离散傅里叶变换（DFT）变换的能力。 6．培养进行快速傅里叶变换（FFT）及反变换，并进行工程应用的能力。 |
三、课程内容及学时分配
理论教学学时分配
| 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 | 第一章 MATLAB矩阵及其运算 | 1、了解MATLAB语言的发展，MATLAB语言的特点，MATLAB语言的功能，启动和退出MATLAB 2、熟悉变量和赋值操作，掌握MATLAB矩阵的建立与拆分、变换，掌握MATLAB矩阵的计算，熟悉字符串的定义与建立 | 2 | 讲授示范操作 | 0 |
| 会进行MATLAB矩阵及其运算 |
| 2 | 第二章 MATLAB程序设计 | 1、熟悉M文件定义与分类 2、理解MATLAB程序控制结构 3、掌握函数文件的编写 4、掌握命令文件的编写 5、熟悉程序的调试 | 1 | 讲授、示范、操作 | 0 |
| 学会MATLAB程序设计 |
| 3 | 第三章 MATLAB绘图 | 1、掌握绘制二维单根曲线 2、掌握绘制二维多根曲线 3、掌握设置曲线样式 4、掌握图形标注与坐标控制 5、熟悉其他二维曲线的绘制 6、了解三维图形的绘制 | 1 | 讲授示范操作 | 2 |
| 学会MATLAB绘图 |
| 4 | 第四章 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。 | 2 | 讲授、示范、操作 | 0 |
| 了解信号分析与处理基本知识 |
| 5 | 第五章离散信号的时域和z域分析 | 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 | 讲授示范操作 | 1 |
| 掌握并熟悉离散信号的时域和z域分析 |
| 6 | 第六章 离散系统的时域和z域分析 | 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 | 4 | 讲授、示范、操作 | 0 |
| 熟悉离散系统的时域和z域分析 |
| 7 | 第七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 | 讲授示范操作 | 1 |
| 学会离散信号的频域分析 |
| 8 | 第八章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 | 4 | 讲授、示范、操作 | 1 |
| 掌握FFT变换 |
| 9 | 第九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 | 讲授示范操作 | 0 |
| 掌握数字滤波器的基本结构 |
| 10 | 第十章 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。 | 6 | 讲授、示范、操作 | 1 |
| 掌握数字滤波器的设计方法 |
| 总计 | 32 |
| 4 |
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实践学时分配
| 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，并利用MATLAB 软件绘制各种二维、三维图形 | 必做 |
| 验证性 | 讲授、示范、操作 | 2 |
| 2 | 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、示范、操作 | 2 |
| 3 | 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、示范、操作 | 2 |
| 4 | 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、示范、操作 | 2 |
| 5 | 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 |
| 6 | 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、示范、操作 | 2 |
| 7 | IIR数字滤波器设计 | 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、示范、操作 | 2 |
| 8 | 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、示范、操作 | 2 |
| 总计 |
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| 24 |
考核方式：
评价环节 1：作业 占比10%
评价环节 2：考勤 占比10%
评价环节 2：实验 占比20%
评价环节 3：期末闭卷考试 占比60%
五、建议教材及教学参考书
[1] 李会容主编.《信号分析与处理》.2013年8月.北京大学出版社.
［2］程佩青编.《数字信号处理》（第三版）.2007年2月.清华大学出版社.
［3］ 丁玉美、高西全编.《数字信号处理》.2001年1月第二版.西安电子科技大学出版社.
［4］吴湘淇编著.《信号、系统与信号处理》.2000年2月.电子工业出版社.
[5] Sanjit K.Mitra.《DigitalSignal Processing–A Computer-Based Approach》2001.McGraw-Hill,Second Edition.
［6］Richard G.Lyons著.《数字信号处理》（英文影印版）. 2003年3月.科学出版社.
六、大纲执行说明
根据所选用的教材不同，可以调整讲解的顺序，根据实际情况允许出现2-4学时的调整
