數(shù)字信號處理教學大綱

《數(shù)字信號處理》教學大綱

英文名稱：DigitalSignalProcessing

學分：2.5學分學時：40學時理論學時：32學時實驗學時：8學時

先修課程：高等數(shù)學、復變函數(shù)、程序設計

適用專業(yè)：測控技術與儀器、自動化、電子等

教學目的：

數(shù)字信號處理(DigitalSignalProcessing)是利用計算機或專用處理設備，以數(shù)值計算

的方法對信號進行采集、變換、綜合、估值與識別等加工處理，借以達到提取信息和便于應

用的目的。它是60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展而發(fā)展起來的，并很快形

成了自己一套完整體系的?門獨立學科。數(shù)字信號處理的應用領域非常廣泛，已在語音、雷

達、聲納、地震、圖像、通信系統(tǒng)、系統(tǒng)控制、生物醫(yī)學工程、遙感遙測、地質勘測、航空

航天、電力系統(tǒng)、故障檢測、自動化儀表等眾多領域都獲得了極其廣泛的應用，并有效地推

動了眾多工程技術領域的技術改造和學科發(fā)展。

本課程是測控技術與儀器、自動化、通信等相關專業(yè)的專業(yè)課。它著重介紹數(shù)字信號處

理的基本概念和基本理論，并通過實驗加強實踐環(huán)節(jié)，為學生今后能應用數(shù)字信號處理

技術解決工作中的問題打下良好的理論和實踐基礎。

教學要求：

本課程要求學生理解數(shù)字信號處理的基礎理論，熟練掌握是數(shù)字濾波器的基本理論和設

計方法，有HR數(shù)字濾波器、FIR濾波器的基本理論和設計方法，掌握學會用MATLAB進

行FFT譜分析和數(shù)字濾波器設計。通過本課程的學習，在了解基本概念的基礎上，切實掌

握一些常用的數(shù)字信號處理算法，為實際應用打好基礎。

教學內容：

第一章時域離散信號與系統(tǒng)(4學時)

1.時域離散信號表示

2.時域離散系統(tǒng)

3.時域離散系統(tǒng)的輸入輸出描述法一一線性常系數(shù)差分方程

基本要求：

理解時域離散信號與系統(tǒng)的基本概念和特點，明確本課程研究的對象及本課程的性質、

目的和任務。掌握時域離散信號的表示方法以及典型序列，數(shù)字信號處理中的基本運算方法

和時域離散系統(tǒng)的線性、時不變性及系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性。了解時域離散系統(tǒng)的輸入輸出

描述法一一線性常系數(shù)差分方程V

重點：

數(shù)字信號處理中的基本運算方法，時域離散系統(tǒng)的線性、時不變性及系統(tǒng)的因果性

和穩(wěn)定性。

難點：

時域離散系統(tǒng)的線性、時不變性及系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性。

第二章時域離散信號和系統(tǒng)的傅立葉變換分析方法（10學時）

I.序列的傅立葉變換的定義和性質

2.周期序列的離散傅立口一級數(shù)及傅立葉變換式

3.序列的Z變換

4.用系統(tǒng)函數(shù)的極點分布分析系統(tǒng)的因果和穩(wěn)定性

基本要求：

掌握序列傅立葉正反變換的定義，傅立葉變換的基直性質和定理。掌握周期序列的離散

傅立葉級數(shù)和傅立葉變換表示式。掌握一些基本序列的傅立葉變換。掌握序列Z變換的定

義，了解序列特性對收斂域的影響。了解逆Z變換的定義，掌握用留數(shù)法求逆Z變換。了

解Z變換的基本性質和定理。掌握用系統(tǒng)函數(shù)的極點分布分析系統(tǒng)的因果和穩(wěn)定性。

重點：

傅立葉變換正反變換的定義，周期序列傅立葉變換的離散傅立葉級數(shù)和傅立葉變換

表示式。序列Z變換的定義和收斂域的確定，用留數(shù)法求逆Z變換，用系統(tǒng)函數(shù)的極

點分布分析系統(tǒng)的因果和穩(wěn)定性。

難點：

周期序列傅立葉變換的離散傅立葉級數(shù)和傅立葉變換表示式，用留數(shù)法求逆Z變換。

第三章離散傅立葉變換（DFT）（4學時）

1.離散傅立葉變換的定義

2.離散傅立葉變換的基本性質

3.DFT的應用舉例一一月DFT計算線性卷積

基本要求：

掌握通散傅立葉變換及逆變換的定義,理解離散傅立葉變換、傅立葉變換、7變換以及

離散傅立葉級數(shù)之間的關系。理解離散傅立葉變換的基本性質和定理。理解用DFT計算序

列的線性卷積。

重點：

離散傅立葉變換、傅立葉變換、Z變換以及離散傅立葉級數(shù)之間的關系。

難點：

循環(huán)卷積定理，用DFT計算序列的線性卷積。

第四章快速傅立葉變換（FFT）（4學時）

1.引言

2.基2FFT算法

基本要求：

理解兩種基2FFT——DIT-FFT和FFT-FFT算法的原理和特點，了解DIT-FFT和FFT-FFT

算法的差異，了解IDFT的快速計算方法。

重點：

基2FFT——DIT-FFT和FFT-FFT算法的原理和特點。

難點：

基2FFT——DIT-FFT和FFT-FFT算法的原理和特點。

第五章HR數(shù)字濾波器的設計（6學時）

1.數(shù)字濾波器的基本概念

2.模擬濾波器的設計

3.用脈沖響應不變法設計HR數(shù)字低通濾波器

4.用雙線性變換法設計HR數(shù)字低通濾波器

基本要求：

了解濾波的基本概念，掌握巴特沃斯模擬低通濾波器的設計方法與步驟，掌握HR數(shù)字

低通濾波器的間接設計方法：脈沖響應法和雙線性變換法。

重點：

用脈沖響應法和雙線性變換法設計IIR數(shù)字濾波器。

難點：

巴特沃斯模擬低通濾波器的設計，用脈沖響應法和雙線性變換法設計IIR數(shù)字濾波器。

第六章FIR數(shù)字濾波器的設計（4學時）

1.線性相位FIR數(shù)字濾波器的特點

2.利用窗函數(shù)法設計FIR數(shù)字濾波器

3.HR與FIR數(shù)字濾波器的比較。

基本要求：

理解線性相位HR數(shù)字濾波器的特點和線性相位結構，掌握用窗函數(shù)法設計HR濾波

器的方法和步驟，幾種典型窗函數(shù)（矩形窗、三角形窗、Hamming窗、Hanning窗和Blackman

窗）的特點，設計中窗函數(shù)的選取。了解IIR與FIR數(shù)字濾波器各自的性能和的特點。

重點：

用窗函數(shù)法設計FIR濾波器的方法和步驟，幾種典型窗函數(shù)（矩形窗、三角形窗、

Hamming窗、Hanning窗和Blackman窗）的特點，設計中窗函數(shù)的選取。

難點：

幾種典型窗函數(shù)（矩形窗、三角形窗、Hamming窗、Hanning窗和Blackman窗）的特

點，設計中窗函數(shù)的選取,

實驗教學：

I.信號、系統(tǒng)及系統(tǒng)響應（4學時）驗證性實驗

基本要求：

熟悉MATLAB編程環(huán)境，掌握序列和時域離散系統(tǒng)時域特性、頻域特性，系統(tǒng)相應的

分析，卷積定理的驗證。

重點：

熟悉MATLAB的信號處理工具箱，信號與系統(tǒng)的基礎知識。

難點：

如何將信號與系統(tǒng)的數(shù)學表達式用MATLAB命令表示。

2.用雙線性變換法設計HR數(shù)字濾波器（2學時）驗證性實驗

基本要求：

掌握用MATLAB實現(xiàn)IIR數(shù)字濾波器的方法.

重點：

HR數(shù)字濾波器的設計方法。

難點：

對所設計的濾波器進行參數(shù)設定、調試。

3.用窗函數(shù)法設計FIR數(shù)字濾波器（2學時）綜合性實驗

基本要求：

掌握用MATLAB實現(xiàn)F1R數(shù)字濾波器的方法。

重點：

FIR數(shù)字濾波器的設計方法。

難點：

理解MATLAB窗函數(shù)的程序，及對所設計的濾波器進行參數(shù)設定、調試。

參考教材：

1.丁玉美、高西全，《數(shù)字信號處埋》（第2版），西安電子科