信號分析與處理教學大綱

信號分析與處理教學大綱目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、教學目的和要求3\o"CurrentDocument"二、教學中應注意的問題4\o"CurrentDocument"三、教學內(nèi)容4第一章信號與系統(tǒng)的基本概念4第一節(jié)信號的概念與分類5第二節(jié)基本的連續(xù)時間信號5第三節(jié)信號的運算與變換5第四節(jié)系統(tǒng)的描述與分類5第五節(jié)線性時不變系統(tǒng)的基本性質(zhì)5第六節(jié)連續(xù)時不變系統(tǒng)分析方法綜述5第七節(jié)信號變換與運算及系統(tǒng)判斷的MATLAB實現(xiàn)5\o"CurrentDocument"第二章連續(xù)時間系統(tǒng)的時域分析5第一節(jié)連續(xù)時間系統(tǒng)的數(shù)學模型與算子表示法5第二節(jié)續(xù)時間系統(tǒng)的響應5第三節(jié)沖激響應與階躍響應5第四節(jié)卷積5第五節(jié)卷積的性質(zhì)5第六節(jié)連續(xù)時間系統(tǒng)時域分析的MATLAB實現(xiàn)5第三章連續(xù)時間信號的頻域分析5第一節(jié)信號的正交分解6第二節(jié)周期信號的傅里葉級數(shù)分解6第三節(jié)周期信號的頻譜6第四節(jié)非周期信號的頻譜6第五節(jié)傅里葉變換的性質(zhì)6第六節(jié)周期信號的傅里葉變換6第七節(jié)帕塞瓦爾定理與功率譜、能量譜6第八節(jié)連續(xù)時間信號頻域分析的MATLAB實現(xiàn)6第四章連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析6第一節(jié)系統(tǒng)響應的頻域分析6第二節(jié)無失真?zhèn)鬏?第三節(jié)理想低通濾波器與系統(tǒng)的物理可實現(xiàn)性6第四節(jié)希爾伯特變換6第五節(jié)調(diào)制與解調(diào)6第六節(jié)抽樣定理6第七節(jié)頻分復用與時分復用6第八節(jié)連續(xù)時間系統(tǒng)頻域分析的MATLAB實現(xiàn)6第五章連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的復頻域分析6第一節(jié)拉普拉斯變換7第二節(jié)拉普拉斯變換的性質(zhì)7第三節(jié)拉普拉斯反變換7第三節(jié)連續(xù)時間系統(tǒng)的復頻域分析7第五節(jié)系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性7第六節(jié)線性系統(tǒng)的模擬7第七節(jié)連續(xù)時間系統(tǒng)復頻域分析的MATLAB實現(xiàn)7第六章離散時間信號與系統(tǒng)的時域分析7第一節(jié)離散時間信號基礎7第二節(jié)離散時間系統(tǒng)7第三節(jié)離散時間系統(tǒng)的時域響應7第三節(jié)單位序列響應與單位階躍響應7第六節(jié)離散時間系統(tǒng)時域分析的MATLAB實現(xiàn)7第七章離散時間信號與系統(tǒng)的Z域分析7第一節(jié)z變換8第二節(jié)z變換的性質(zhì)8第三節(jié)z反變換8第四節(jié)Z變換與拉普拉斯變換的關系8第五節(jié)差分方程的Z變換求解8第六節(jié)系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性8第七節(jié)離散時間系統(tǒng)的頻率響應8第八節(jié)離散時間系統(tǒng)的z域模擬8第九節(jié)離散時間系統(tǒng)z域分析的MATLAB實現(xiàn)8第八章系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析8第一節(jié)狀態(tài)方程8第二節(jié)狀態(tài)方程的建立8第三節(jié)狀態(tài)方程的求解8第四節(jié)系統(tǒng)的可控制性與可觀測性8第五節(jié)系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析的MATLAB實現(xiàn)8\o"CurrentDocument"四、教學課時分配8\o"CurrentDocument"五、教材與參考書目9一、教學目的和要求本課程是自動化工程專業(yè)（測控技術方向），繼電路分析基礎之后，所開設的一門限制性選修課（專業(yè)基礎課）。它主要討論確定信號的特性，線性時不變系統(tǒng)的特性，信號的基本分析方法，線性系統(tǒng)的基本分析方法。通過本課程的學習，使學生掌握信號及線性系統(tǒng)分析的基本理論和基本的分析方法，進一步培養(yǎng)學生的思維推理能力和分析運算能力，為學習通信原理、自動控制理論、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、信號檢測等后續(xù)課程打下必要的基礎：.掌握連續(xù)信號的時域、頻域、復頻域分解的數(shù)學方法，理解其物理含義及特性；掌握離散信號的時域、Z域分解的數(shù)學方法，理解其物理含義及特性。.掌握連續(xù)系統(tǒng)的時域、頻域、復頻域分解的數(shù)學方法；掌握離散系統(tǒng)的時域、Z域分析方法；熟練掌握時域中的卷積運算和變換域中的傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換等數(shù)學工具。.掌握系統(tǒng)函數(shù)，系統(tǒng)函數(shù)的零、極點與系統(tǒng)時域響應、頻域響應的關系;掌握系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念及其判定方法。.掌握線性系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析法。先修課程：高等數(shù)學、復變函數(shù)與積分變換、電路分析。后續(xù)課程：自動控制理論、數(shù)字信號處理、現(xiàn)代控制理論。二、教學中應注意的問題在課堂教學中，重點講解信號與系統(tǒng)的基本原理、基本概念與基本方法，信號表達與系統(tǒng)描述的數(shù)學概念、物理概念與工程概念。鍛煉學生的認知能力以提高學生自主性學習和研究性學習的能力，同時培養(yǎng)學生應用信號與系統(tǒng)的基本理論與方法分析問題和解決問題的能力。由于目前學時所限，離散信號與系統(tǒng)部分可以選講，未講部分留在《數(shù)字信號處理.》課程中講授。教學過程中，要體現(xiàn)“精講多練”的教學思路，充分運用啟發(fā)式教學，調(diào)動學生的學習積極性。信號與系統(tǒng)課程涉及較多的數(shù)學知識，必須通過習題檢驗學生對授課內(nèi)容的掌握情況；課后習題緊扣教學內(nèi)容。MATLAB己在《計算機仿真》課中講授，建議課堂上要運用MATLAB工具演示例題及實驗現(xiàn)象。三、教學內(nèi)容第一章信號與系統(tǒng)的基本概念本章主要內(nèi)容：信號與系統(tǒng)的定義、分類及特性，信號與系統(tǒng)的相互關系，以及信號與系統(tǒng)分析方法概述。要求學生掌握信號的定義及分類，系統(tǒng)的描述、分類及特性，重點掌握確定信號及線性時不變系統(tǒng)的特性，了解其分析方法。第一節(jié)信號的概念與分類第二節(jié)基本的連續(xù)時間信號笫三節(jié)信號的運算與變換第四節(jié)系統(tǒng)的描述與分類第五節(jié)線性時不變系統(tǒng)的基本性質(zhì)第六節(jié)連續(xù)時不變系統(tǒng)分析方法綜述第七節(jié)信號變換與運算及系統(tǒng)判斷的MATLAB實現(xiàn)第二章連續(xù)時間系統(tǒng)的時域分析本章主要內(nèi)容：連續(xù)時間基本信號的描述與特性，以及基本信號之間的相互關系，信號的基本運算，微分算子，信號的時域分解。單位沖激信號是連續(xù)時域的基本信號。信號可以分解為單位沖激信號的線性組合，即卷積積分。掌握基本信號的表示方法與特性，尤其是單位沖激信號和單位序列信號的特性。掌握信號的基本運算，特別是信號卷積的概念及計算方法。掌握信號的分解,深刻理解連續(xù)信號可表達為沖激信號的線性組合（卷積積分）。第?節(jié)連續(xù)時間系統(tǒng)的數(shù)學模型與算子表示法第二節(jié)續(xù)時間系統(tǒng)的響應第三節(jié)沖激響應與階躍響應第四節(jié)卷積第五節(jié)卷積的性質(zhì)第六節(jié)連續(xù)時間系統(tǒng)時域分析的MATLAB實現(xiàn)第三章連續(xù)時間信號的頻域分析本章主要內(nèi)容：信號的正交分解，連續(xù)時間周期信號與非周期信號的傅里葉表達，信號的功率/能量譜，帕塞瓦爾定理等。頻域的基本信號為復指數(shù)信號。LTI系統(tǒng)對復指數(shù)信號的響應，是同頻率的復指數(shù)信號，只是幅度和相位發(fā)生了變化。從數(shù)學概念、物理概念及工程概念深刻理解周期信號的頻譜概念及非周期信號的頻譜密度概念。第一節(jié)信號的正交分解第二節(jié)周期信號的傅里葉級數(shù)分解第三節(jié)周期信號的頻譜第四節(jié)非周期信號的頻譜第五節(jié)傅里葉變換的性質(zhì)第六節(jié)周期信號的傅里葉變換第七節(jié)帕塞瓦爾定理與功率譜、能量譜第八節(jié)連續(xù)時間信號頻域分析的MATLAB實現(xiàn)第四章連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析本章主要內(nèi)容：連續(xù)時間信號離散化及時域抽樣定理。連續(xù)時間系統(tǒng)響應的頻域分析，系統(tǒng)頻率特性的物理概念，無失真系統(tǒng)及理想低通濾波器的頻域描述,以及信號的調(diào)制與解調(diào)等。通過掌握基本信號的頻域分析，熟練掌握連續(xù)時間信號傅里葉變換的基本性質(zhì)及應用，建立信號時域與頻域的對應關系。深刻理解時域抽樣定理的內(nèi)容及其意義。掌握連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域表示，掌握連續(xù)時間系統(tǒng)響應的頻域分析。掌握無失真系統(tǒng)與理想低通濾波器的特性。第一節(jié)系統(tǒng)響應的頻域分析第二節(jié)無失真?zhèn)鬏數(shù)谌?jié)理想低通濾波器與系統(tǒng)的物理可實現(xiàn)性第四節(jié)希爾伯特變換第五節(jié)調(diào)制與解調(diào)第六節(jié)抽樣定理第七節(jié)頻分復用與時分復用第八節(jié)連續(xù)時間系統(tǒng)頻域分析的MATLAB實現(xiàn)第五章連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的復頻域分析本章主要內(nèi)容：連續(xù)時間信號的拉普拉斯變換及其基本性質(zhì)，連續(xù)時間系統(tǒng)響應的復頻域分析，連續(xù)時間系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)及系統(tǒng)模擬。熟練掌握信號單邊拉普拉斯變換及其基本性質(zhì)，信號拉普拉斯反變換的基本方法。掌握連續(xù)系統(tǒng)響應的復頻域分析，特別是系統(tǒng)函數(shù)的概念，以及系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性（頻響特性、因果性、穩(wěn)定性）的關系。掌握連續(xù)系統(tǒng)的模擬框圖。第一節(jié)拉普拉斯變換第二節(jié)拉普拉斯變換的性質(zhì)第三節(jié)拉普拉斯反變換第三節(jié)連續(xù)時間系統(tǒng)的復頻域分析第五節(jié)系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性第六節(jié)線性系統(tǒng)的模擬第七節(jié)連續(xù)時間系統(tǒng)復頻域分析的MATLAB實現(xiàn)第六章離散時間信號與系統(tǒng)的時域分析本章主要內(nèi)容：離散時間基本信號的描述與特性，以及基本信號之間的相互關系，信號的基本運算，信號的時域分解。離散離散時間系統(tǒng)響應的時域分析，LTI離散時間系統(tǒng)零輸入響應與零狀態(tài)響應的概念，以及系統(tǒng)時域特性的描述單位序列信號是離散時域的基本信號。信號可以分解為單位序列信號的線性組合（卷積和）。掌握線性時不變離散時間系統(tǒng)的數(shù)學模型，及離散時間系統(tǒng)響應時域分析的概念及方法，掌握離散時間系統(tǒng)單位序列響應的物理概念，深刻理解卷積法計算LT1系統(tǒng)的零狀態(tài)響應的過程，以及與信號時域分解的關系。第一節(jié)離散時間信號基礎第二節(jié)離散時間系統(tǒng)第三節(jié)離散時間系統(tǒng)的時域響應第三節(jié)單位序列響應與單位階躍響應第五節(jié)卷積和第六節(jié)離散時間系統(tǒng)時域分析的MATLAB實現(xiàn)第七章離散時間信號與系統(tǒng)的z域分析本章主要內(nèi)容：離散時間信號Z變換及其基本性質(zhì)，離散時間系統(tǒng)的Z分析。熟練掌握離散信號單邊Z變換及其性質(zhì)，掌握離散系統(tǒng)的Z域分析方法。第一節(jié)Z變換第二節(jié)z變換的性質(zhì)第三節(jié)Z反變換第四節(jié)Z變換與拉普拉斯變換的關系第五節(jié)差分方程的Z變換求解第六節(jié)系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性第七節(jié)離散時間系統(tǒng)的頻率響應第八節(jié)離散時間系統(tǒng)的Z域模擬第九節(jié)離散時間系統(tǒng)z域分析的MATLAB實現(xiàn)第八章系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析本章主要內(nèi)容：系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述，以及系統(tǒng)狀態(tài)方程與輸出方程。理解系統(tǒng)的狀態(tài)與狀態(tài)空間的概念，掌握系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立，狀態(tài)方程的求解、時域與變換域基本分析方法，了解系統(tǒng)可控性及可測性的概念。第一節(jié)狀態(tài)方程第二節(jié)狀態(tài)方程的建立第三節(jié)狀態(tài)方程的求解第四節(jié)系統(tǒng)的可控制性與可觀測性第五節(jié)系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析的MATLAB實現(xiàn)四、教學課時分配本課程計劃課時48,其中理論授課40學時，實驗授課8學時。教學課時分配表章節(jié)名稱課時分配（學時）課堂授課實算I：機討論課外備注第一章信號與系統(tǒng)的概念4第二章信號的時域分析62第三章連續(xù)時間信號的頻域分析62第四章連續(xù)時間系統(tǒng)的領域分析64第五章連續(xù)系統(tǒng)的復頻域分析6第六章離散系統(tǒng)的時域分析4