《數(shù)字信號處理》課程教學大綱

《數(shù)字信號處理》課程教學大綱一、課程基本信息課程中文名稱數(shù)字信號處理課程英文名稱DigitalSignalProcessing課程編號16352106課程模塊￡思想政治理論課￡通識教育課￡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￡任選總學時32講授學時22實驗（專題輔導）學時10總學分2開課單位電子與信息工程學院開課系（室）自動化系授課對象自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)適用專業(yè)自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)先修課程《工程數(shù)學》、《M語言程序設計》、《信號與系統(tǒng)》二、課程簡介和教學目標1．課程簡介本課程是自動化專業(yè)學科專業(yè)任選課，本課程通過理論教學、實驗教學使學生掌握數(shù)字信號處理的基本理論和方法。課程以離散信號與系統(tǒng)的時頻分析、離散變換及其快速算法為基礎(chǔ)，重點闡述數(shù)字濾波器的基本理論、結(jié)構(gòu)和設計方法。在各章節(jié)中導入應用實例和綜合實例，詳細介紹數(shù)字信號處理軟、硬件實現(xiàn)的應用領(lǐng)域。使學生掌握數(shù)字信號處理基本分析方法和分析工具，培養(yǎng)能夠從數(shù)學概念、物理概念及工程概念去分析問題和解決問題的能力。2.教學目標教學目標1：在知識方面，通過本課程的學習，要求學生掌握離散時間信號和系統(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)字濾波器的設計結(jié)構(gòu)分析、以及數(shù)字信號處理中的有限字長效應。通過本課程的學習使學生掌握利用DFT理論進行信號譜分析方法，掌握數(shù)字濾波器的原理并學會FIR和IIR數(shù)字濾波器的幾種基本的設計方法，掌握MATLAB軟件包中的信號處理工具箱的使用方法。為學生進一步學習有關(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用MATLAB編程的能力，具備相關(guān)應用領(lǐng)域的設計和開發(fā)能力。教學目標2：在能力方面，該課程使學生具備將算法通過具體的編程語言加以實現(xiàn)的實踐能力；具備進行相關(guān)產(chǎn)品的設計和開發(fā)能力，能將數(shù)字信號處理知識用于解決實際應用領(lǐng)域問題，具備終身學習能力。教學目標3：在素質(zhì)方面，引導學生能夠能夠?qū)?shù)字信號處理問題的關(guān)鍵技術(shù)和難點進行準確描述，具備有效溝通并能夠合理決策的綜合素質(zhì)；能夠在工程實踐中理解并遵守職業(yè)道德和規(guī)范，履行責任；能夠具有良好的獨立工作能力、團隊合作能力。3．教學目標與畢業(yè)要求指標點的支撐關(guān)系教學目標支撐畢業(yè)要求對應指標點教學目標1畢業(yè)要求1、2、3、4、5教學目標2畢業(yè)要求11、12教學目標3畢業(yè)要求6、7、8、9、10三、理論教學表1理論教學安排序號章節(jié)（學時）學習內(nèi)容（含重點、難點）教學方法、手段支撐教學目標其他1第1章緒論（2學時）1.1數(shù)字信號處理的發(fā)展歷史1.2數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成1.3數(shù)字信號處理的簡要特點1.4數(shù)字信號處理的應用領(lǐng)域1.5數(shù)字信號處理與MALAB的關(guān)系教師講授、課堂討論和學生自學相結(jié)合，設計應用的方面以導入實例方式進行講解。采用多媒體教學為主，重點難點輔以板書。（1）掌握數(shù)字信號處理的概念和系統(tǒng)組成；（2）熟悉數(shù)字信號處理的特點；（3）了解數(shù)字信號的發(fā)展歷史及應用領(lǐng)域。1.課外閱讀資料或作業(yè)閱讀3-5篇關(guān)于數(shù)字信號處理應用的文獻。2.作業(yè)要求撰寫一篇關(guān)于數(shù)字信號處理的小論文，本章選擇題5道，判斷題5道2第2章離散時間信號和離散時間系統(tǒng)（3學時）2.1離散時間信號2.2離散時間信號的運算2.3離散時間系統(tǒng)2.4離散時間系統(tǒng)分析--差分方程2.5綜合實例教師講授、課堂討論和學生自學相結(jié)合，設計應用的方面以導入實例方式進行講解。采用多媒體教學為主，重點難點輔以板書。（1）掌握離散時間信號的數(shù)學表示、運算；掌握離散時間系統(tǒng)的線性、時不變、因果及穩(wěn)定性；（2）理解離散時間系統(tǒng)的分析方法；（3）了解綜合實例的應用。1.課外閱讀資料或作業(yè)參考文獻：姚海燕、盧春華、秦長海，矩陣在離散時間信號頻譜分析中的應用，信息技術(shù)，2009.102.作業(yè)要求適當選做與講解關(guān)于序列卷積運算、離散時間系統(tǒng)線性、時不變性、因果性和穩(wěn)定性判斷的練習題5，選擇題5。3第3章z變換及離散系統(tǒng)的頻域分析（4學時）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綜合實例教師講授、課堂討論和學生自學相結(jié)合，設計應用的方面以導入實例方式進行講解。采用多媒體教學為主，重點難點輔以板書。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）了解綜合實例的應用。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的Z變換與傅里葉變換相互計算的方法，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，實驗技術(shù)與管理，2016.042.作業(yè)要求適當選做與講解關(guān)于序列z變換與反變換計算、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學時）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丁對連續(xù)信號進行譜分析4.6快速傅里葉變換4.7FFT的應用4.8綜合實例教師講授、課堂討論和學生自學相結(jié)合，設計應用的方面以導入實例方式進行講解。采用多媒體教學為主，重點難點輔以板書。（1）掌握DFT變換的性質(zhì)及循環(huán)卷積計算；掌握FFT變換的流程圖原理及其計算量評價；（2）理解傅里葉變換的四種形式及其相互關(guān)系；（3）了解FFT算法的應用；（4）了解綜合實例的應用。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算法實現(xiàn),中國科技信息,2006.112.作業(yè)要求適當選做與講解關(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章模擬濾波器的設計（2學時）5.1模擬濾波器的逼近5.2巴特沃斯濾波器5.3切比雪夫濾波器5.4橢圓濾波器5.5綜合實例教師講授、課堂討論和學生自學相結(jié)合，設計應用的方面以導入實例方式進行講解。采用多媒體教學為主，重點難點輔以板書。（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濾波器的幅度平方函數(shù)及其特點；（2）理解橢圓濾波器的幅度平方函數(shù)及其特點；（3）了解綜合實例的應用。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在模擬濾波器設計分析中的應用電子世界,2018.4陳小橋，張雪濱，吳曉潭，黃恩民，實驗教學中的模擬濾波器參數(shù)設計，實驗室研究與探索，2011.092.作業(yè)要求適當選做與講解關(guān)于巴特沃斯濾波器和切比雪夫濾波器幅度平方函數(shù)相關(guān)內(nèi)容選擇5題，判斷5題。6第6章IIR濾波器的設計（3學時）6.1根據(jù)模擬濾波器設計IIR數(shù)字濾波器6.2IIR數(shù)字濾波器的最優(yōu)化設計法6.3設計IIR數(shù)字濾波器的頻率變換法6.4綜合實例教師講授、課堂討論和學生自學相結(jié)合，設計應用的方面以導入實例方式進行講解。采用多媒體教學為主，重點難點輔以板書。掌握脈沖響應不變法和雙線性變換法（2）設計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）了解綜合實例的應用。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濾波器設計中的應用，湖南理工學院學報(自然科學版)，2016.09張登奇，彭鑫，脈沖響應不變法在IIR濾波器設計中的應用,湖南理工學院學報(自然科學版),2015.122.作業(yè)要求適當選做與講解關(guān)于運用脈沖響應不變法和雙線性變換法設計IIR濾波器相關(guān)內(nèi)容習選擇5題，判斷5題。7第7章FIR濾波器的設計（4學時）7.1FIR濾波器的線性相位特性7.2幅度特性7.3零點特性7.4窗函數(shù)法設計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綜合實例教師講授、課堂討論和學生自學相結(jié)合，設計應用的方面以導入實例方式進行講解。采用多媒體教學為主，重點難點輔以板書。掌握FIR濾波器的相位及幅度特性；掌握窗函數(shù)法設計FIR濾波器的基本思想及不同窗函數(shù)設計濾波器的特性；理解頻率采樣法設計FIR濾波器的基本原理；了解兩種濾波器的性能；了解綜合實例的應用。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)設計FIR濾波器的教學案例探討，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)設計法的若干問題討論，電氣電子教學學報，2017.042.作業(yè)要求適當選做與講解關(guān)于運用窗函數(shù)法設計FIR濾波器相關(guān)內(nèi)容選擇5題，判斷5題。四、實驗教學表2實驗教學安排序號實驗項目名稱（學時）實驗內(nèi)容實驗類型支撐教學目標其他1Matlab基本操作實驗；（2學時）應能利用Matlab進行信號處理常用的運算、部分函數(shù)語法格式應用、顯示計算結(jié)果并作圖驗證型教學目標1、22基本信號波型Matlab仿真實驗（2學時）利用Matlab程序編寫常用典型離散時間信號(單位脈沖序列、單位階躍序列、實指數(shù)序列、復指數(shù)序列)。完成連續(xù)信號經(jīng)過采樣后頻譜分析圖，依據(jù)實驗結(jié)果進行分析和總結(jié)。驗證型教學目標1、23DFT和FFT算法實現(xiàn)（2學時）利用Matlab程序編寫DFT和FFT運算程序；編寫線性卷計、循環(huán)卷計、周期卷積程序；畫出相應的運算結(jié)果圖形，依據(jù)實驗結(jié)果進行分析和總結(jié)驗證型教學目標1、24IIR數(shù)字濾波器的設計（2學時）利用Matlab編寫脈沖響應不變法和雙線性變換法設計巴特沃茲濾波器(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不變法設計的濾波器的頻域特性圖，依據(jù)實驗結(jié)果進行分析和總結(jié)驗證型教學目標1、25FIR數(shù)字濾波器的設計（獨立設計實驗）（2學時）利用Matlab編寫窗函數(shù)法和頻率采樣法設計線性相位FIR濾波器程序；畫出設計的濾波器的頻域特性圖，依據(jù)實驗結(jié)果進行分析和總結(jié)驗證型教學目標1、2五、考核與成績評定方法表3課程考核及評價細則成績組成考核/評價環(huán)節(jié)分值考核/評價細則支撐教學目標40%平