黄淮学院信号与系统

黄淮学院信号与系统（通用8篇）

黄淮学院信号与系统 篇1

课程英文译名： Signals and Systems

课内总学时： 64/48 学分： 4/3

课程编号： A0401070/A0401080

课程类别：必修

面向专业：电子信息工程、电子信息科学与技术、电子科学与技术、通信工程、光信息科学与技术、计算机通信、信息对抗与技术

课程编号： B040108

课程类别：限选

面向专业：计算机科学与技术

一、课程的任务和目的 本课程是电子工程、通讯工程专业的一门主要专业基础课。其任务是以系统的观点研究信号传输的数学模型，通过适当的数学分析手段建立和求解描述系统的方程并对所得的结果给以物理解释，赋予物理意义。本课程主要讨论确定性信号经线性时不变系统传输后如何处理的基本理论，从时域分析到变换域分析，从连续时间系统到离散时间系统，从系统的输入-输出描述法到状态空间描述法，力求以统一的观点阐述信号分析及线性系统的基本要领及基本分析方法。通过本课程的完整理论体系的学习可以激发学生对信号与系统学科的学习兴趣和热情，对培养学生建立正确的思维方法、严谨的学习作风、提高分析问题和解决问题的能力等方面都有重要作用，为后续课程的学习及进一步的研究工作提供坚实的理论基础。

二、课程内容与基本要求

本课程要求学生掌握信号的概念及系统的基本要求，包括信号的时域模式和频谱理论；连续系统和离散系统数学模型的建立及几种分析方法，特别注意各种分析方法之间的相互关联。

（一）信号与系统的基本概念

信号传输系统概述，了解信号的描述及其分类，信号的分解，系统模型及其划分，理解线性时不变系统的基本特性，了解线性时不变系统的一般分析方法。

（二）连续时间信号的频域分析 掌握周期信号傅里叶级数，理解周期信号和非周期信号的频谱概念；了解傅里叶变换的引入过程，注意信号的奇偶性和频谱的奇谐、偶谐之间的关系和区别；理解频谱概念的物理意义；掌握常用基本信号的频谱和傅里叶变换的性质；掌握抽样信号的概念及抽样定理；理解频域分析求解系统响应的物理实质。

（三）LTI系统方程的建立与系统模拟

理解连续时间系统微分方程及离散系统差分方程的建立；掌握算子及传输算子；掌握因果信号的算子表示方法；掌握3种系统的模拟图和信号流图。

（四）卷积的计算

掌握卷积的定义及物理概念；掌握卷积的性质及计算方法计算技巧，尤其是算子法；并充分理解卷积的物理实质并了解卷积的应用。

（五）连续时间系统的时域分析

掌握经典法求解微分方程；掌握用冲激平衡法求系统响应；掌握零输入响应与零状态响应、冲激响应与阶跃响应的求解。

（六）连续时间系统的频域分析

了解周期和非周期信号作用下系统响应及频谱的计算方法；掌握频域系统函数的定义及计算；掌握无失真传输系统的概念及响应；掌握理想滤波器的响应计算；掌握幅度调制与解调的概念及信号的频谱变化。

（七）连续时间系统的复频域分析

了解拉普拉斯变换定义的引入及收敛域，掌握常用函数的拉氏变换、拉氏变换的基本性质以及拉氏反变换的计算方法；掌握线性系统的复频域分析法，注意 S 域等效模型的运用；；理解系统函数的零极点分布及其与时域特性、频域特性的关系；了解系统的稳定性概念及一般判据。

（八）离散时间系统的时域分析 掌握经典法求解差分方程；掌握零输入响应与零状态响应、冲激响应与阶跃响应的概念及求解。

（九）离散时间系统的z域分析

掌握z变换的定义及收敛域，掌握常用离散信号的z变换、z变换的基本性质以及z反变换的计算方法；掌握用z变换分析离散系统；理解系统函数的零极点分布及其与时域特性、频域特性的关系；建立离散系统频率响应和稳定性概念。

（十）状态变量分析法

了解状态、状态变量的基本概念；掌握状态变量的选取、系统方程的建立方法；了解状态变量方程求解过程；了解状态矢量的线性变换和系统的优化。

三、与各课程的联系

先修课程：高等数学、线性代数、复变函数与数理方程、电路分析。

四、对学生能力培养的要求

使学生初步掌握信号理论的概念以及信号与系统的关系，较熟练掌握各种系统方程的建立和求解，了解信号传输的物理过程，为进一步具有信息理论方面的研究能力培养基本技巧和手段。

五、学时分配

总学时 64/48，分配如下：

（一）信号与系统的基本概念 4/3 学时

（二）连续时间信号的频域分析 10/8 学时

（三）LTI系统方程的建立与系统模拟 6/4 学时

（四）卷积的计算 4/3 学时

（五）连续时间系统的时域分析 6/5 学时

（六）连续时间系统的频域分析 4/4 学时

（七）连续时间系统的复频域分析 10/9 学时

（八）离散时间系统的时域分析 4/2 学时

（九）离散时间系统的z域分析 8/4 学时

（十）状态变量分析法 8/6 学时

六、教材与参考书

1.信号与系统，马金龙等，科学出版社，2006。

2.信号与系统学习与考研辅导，马金龙等，科学出版社，2006。

七、说明

黄淮学院信号与系统 篇2

1 教学内容的优化整合

信号与系统和数字信号处理课程内容既相互关联、相互渗透, 又有一定的交叉。我校二本通信专业这两门课程分别安排在第四和第五学期讲授, 在教学过程中发现, 学生在学习数字信号处理时, 已把大部分相关的信号与系统知识忘记了, 因此交叉部分的内容需要重复讲解, 造成课时浪费。另外, 数字信号处理的数学基础严密, 包含大量的公式和证明, 对独立学院学生来说, 学习难度大, 效果差。基于上述原因, 我院通信专业只开设信号与系统课程, 该课程将传统的信号与系统和数字信号处理两门课程进行整体优化整合, 强调基本概念、基本理论和基本分析方法, 组课方案如图1所示。

优化整合后的信号与系统课程主要研究确定性信号经线性时不变系统的传输与处理的基本概念和基本分析方法。课程内容按照先时域后变换域, 先连续后离散, 先信号分析后系统分析的顺序编排。在信号与系统的时域分析中, 强调系统冲激响应的定义、系统响应的分解、卷积运算等重要概念及其物理意义, 微分算子和系统零状态响应的时域求解不做要求。变换域分析中, 强调三大变换 (傅里叶变换、拉氏变换、Z变换) 的物理意义及工程应用, 利用傅里叶变换对信号和系统进行频域分析, 引出信号带宽、系统带宽、系统的频响等重要概念;引入滤波、调制与解调、频分复用、无失真传输等通信系统或信号处理技术中的工程实践问题。拉氏变换的重点为系统函数、微分方程的复频域分析法, 由于SPICE等工程软件的应用对电路的S域分析降低了要求, 只要求分析电路的零状态响应。本课程加强了离散信号与系统的分析, 强调DFT的物理意义及其在信号处理中的应用。数字滤波器设计中的复杂数学推导不做讲解, 强调数字滤波器的结构、性能指标及其Matlab实现等工程实际问题。

2 提高教学质量的教学方法探讨

2.1 上好专业教育课, 激发学生的学习兴趣

独立学院的学生大多数基础较差, 缺乏学习主动性和积极性, 要想提高课程教学质量, 必须激发学生的学习动机。本专业教学计划中有一门专业教育课 (1学分) , 专业教育课以讲座的形式分散在各个学期, 包括新生的入学教育、本专业培养计划的解读、专业课程导论等内容。我们在信号与系统课程开课前, 即第三学期末, 给学生做电路、信号与系统课程群的介绍。为了激发学生对这门课程的学习兴趣, 我们采用提问的方式将学生引领到信号处理领域, 例如:同学们知道哪些信号?怎样才能把信号发送出去?收音机为什么能接收不同电台的信号?提问之后鼓励学生互相讨论、发言, 然后由教师介绍电台发送信号和收音机接收信号的过程, 并引出调制解调、频分复用等通信系统中的基本概念。在此基础上总结归纳信号与系统课程研究的主要内容, 使学生意识到信号处理与自己的日常生活密切相关, 并且很有用, 进而产生浓厚的学习兴趣。另外, 还强调信号与系统课程在培养计划中起着承上启下的作用, 是我校和国内许多大学和研究所通信、电子信息类专业硕士研究生入学考试的专业课程。还要向学生介绍目前国内通信和信号处理技术与国际发展水平的差距及社会对本专业人才素质的要求, 以提高学生对课程学习的主动性和紧迫性。

2.2 精心组织教学内容, 采用多媒体教学

信号与系统课程公式多, 与数学联系较为紧密, 学生往往认为学习信号与系统就是学数学, 三本学生对数学有一种畏惧感, 因此也就失去了学习该课程的兴趣。我们以“淡化数学公式推导, 强调基本概念及其具体的物理意义, 突出系统的工程背景”为指导思想。如在介绍傅里叶变换的时移特性时, 不是只写出时移信号傅里叶变换的数学表达式, 而是强调信号在时域时移影响信号频谱的相位特性。在课堂教学中精心组织教学内容, 在讲课过程中突出课程不同知识点之间的内在联系和逻辑演化规律。如将傅里叶变换的频移特性和信号的调制与解调组课, 使学生认识到傅里叶变换性质的物理意义, 也能加深学生对调制与解调本质的理解。

信号与系统课程内容多, 包括大量的公式和波形, 借助图形可以帮助对概念和定理的理解, 采用多媒体教学可以节省课时, 起到事半功倍的效果。抽象的数学公式可以用形象的图形来表示, 如在介绍抽样信号的频谱时, 利用图形可以形象地表示抽样信号的频谱就是原来连续信号频谱的周期性延拓。利用Flash动画能清楚地说明抽样定理、卷积计算等学生难以理解的概念和定理。在课堂中引入一些音频信号, 以吸引学生的注意力和帮助知识点的理解, 如在学习信号的尺度特性时, 播放原音频信号、压缩的音频信号和扩展的音频信号, 根据听到的声音, 学生很容易理解压缩实际上就是提高速度, 而扩展就是减慢播放速度。实践证明利用多媒体教学可以扩大上课的信息量, 也可以使抽象的概念形象化。为避免多媒体教学中因屏幕内容翻新太快使学生来不及思考的负面效应, 在教学过程中仍保留了传统的“黑板+粉笔”的教学方法, 将贯穿前后的重要概念、定理写在黑板上, 可以随时参照。

2.3 将Matlab软件引用到课堂教学

Matlab因具有良好的图形可视化功能、高效的数值计算功能、函数丰富的信号处理工具箱及自带的演示库, 为实现信号可视化和系统仿真提供了有力的工具, 因此我们把Matlab引入信号与系统课程的课堂教学中。在教学过程中从Matlab的Demo库中找出能将信号处理的重要概念、基本理论紧密结合起来的实例在课堂上演示。如Demo库中的电话拨号双音多频 (DTMF) 信号产生原理演示图, 在介绍信号的频谱时可由学生上台操作进行交互式演示。在介绍滤波器时先让学生观察Demo库中的信号滤波实例, 让学生亲眼目睹滤波器的作用, 进而对滤波器性能指标及设计方法的学习产生兴趣。对信号处理中一些难以理解的概念, 教师编写Matlab程序, 在课堂上演示仿真结果, 可以使抽象的概念形象化。如信号处理中高分辨率频谱和高密度谱向来是学生难以理解的概念, 通过Matlab编程仿真可以让学生清楚地认识到, 补零是不能提高频谱分辨力的, 只有增加记录点数才可以提高频谱分辨力。

2.4 加强课外辅导, 补充课堂教学的不足

部分学生觉得上课能听懂, 课后作业却不知如何下手, 只好抄袭, 往往会产生挫败感, 严重影响学生的学习兴趣。为了使学生保持良好的学习心态, 在完成每章课程内容的教学之后, 针对作业中发现的问题, 我们安排一次课外习题课, 帮助学生梳理知识点和掌握基本的解题方法。一个工程实际问题, 往往有多种解决方法, 因此选择一些典型的例题, 鼓励学生积极思考, 找出所有的解决方法, 比较各种方法的优劣, 可以提高学生分析问题和解决问题的能力。三本学生缺乏学习的主动性, 为此在平时要多督促, 使学生分阶段地掌握课程内容, 在每章学习结束时给学生印发本章的自我检测题, 帮助学生及时掌握所学的知识点。

为了方便学生自主学习, 课程组教师积极开展网络课程建设。信号与系统网络课程内容丰富, 包括多媒体课件、教师的上课录像、习题答案、各章的学习要求及自测题、模拟试题、Matlab演示材料等教学资源。为了激发学生的兴趣, 我们设置的网络课程里还有很多信号处理发展过程中相关的人文科普知识;为了方便考研学生学习, 网络课程中设有考研辅导板块。利用网络课程的在线交流功能, 教师可以在课外进行指导和答疑, 学生也可以在论坛上展开讨论, 加强师生之间、同学之间的交流, 达到协作学习的效果。

3 课程的实践教学

信号与系统是一门实践性较强的课程, 必须将理论教学与实践教学紧密结合起来。在实践教学方面, 我们采取“将实践教学贯穿于整个教学过程中, 将理论教学和实验教学贯通, 将课外实践教学和课内实践教学贯通”的原则。在第一堂课上, 把Matlab软件介绍给学生, 要求学生自学Matlab软件的编程基础及信号处理的相关函数。在课堂教学中引入用Matlab演示的工程应用实例, 每周给学生布置一些利用Matlab完成的计算机练习, 如画信号的波形、信号的运算、求系统的阶跃响应和冲激响应等。通过仿真, 学生对信号的波形以及信号通过系统所产生的响应有更为直观的认识和理解, 对学习理论知识有很大的帮助和启发。

在学完课程理论知识后, 我们安排了16学时的课内实验, 实验项目包括1个硬件实验和5个仿真实验。信号的抽样与恢复实验要求学生用实验箱完成, 硬件电路实验可以帮助学生了解具体系统的物理实现方法及其特征, 将抽象的概念具体化、复杂的问题简单化, 能起到“恍然大悟”之效果。经过前期的课外练习, 学生对Matlab语法及其信号处理工具箱有了一定的了解。上机实验主要是综合设计性实验, 要求采用Matlab软件仿真实现, 实验内容有利用DFT分析连续信号的频谱、数字滤波器的设计、音频信号的谱分析和滤波、信号的调制与解调等。综合设计性实验采用启发式教学方法, 教师先给出一种设计思路, 然后鼓励学生根据所学的内容采用不同的方法自行编写程序, 给出仿真结果, 进而分析和观察实验结果与理论结果是否一致;如果实验结果不合理, 要求学生查找问题并对程序进行修改, 直至得到满意的结果。通过综合设计性实验, 可以巩固所学的理论知识, 熟悉信号与系统的工程实践问题, 起到学以致用的效果。

4 结束语

实践证明, 采用上述方法, 学生对信号与系统课程的学习信心增强了, 期末考试不及格率有所下降, 所学到的信号处理知识也能满足后续专业课程的学习。教学改革是一个需要不断探索的过程, 要提高一门课程教学效果的方法远远不止这些, 围绕独立学院的人才培养目标, 如何在教学中更好地调动学生的学习主动性和积极性, 提高教学质量, 培养学生的工程实践能力, 值得在以后的教学实践中进一步研究。

参考文献

[1]郑君里, 应启珩, 杨万里.信号与系统:第3版[M].北京:高等教育出版社, 2011.

[2]罗鹏飞.信号处理系列课教学改革与实践[J].高等教育研究学报, 2009 (6) :82-84.

[3]尹霄丽, 陈飞.信号与系统多媒体教学课件的研制[J].电子电器教学学报, 2007 (1) :88-90.

黄淮学院信号与系统 篇3

关键词:信号与系统;考试方式;改革

中图分类号:TP3-4 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0163-01

《信号与系统》是高校电子信息类各专业一门核心的专业基础课,在课程体系中起到承上启下的作用,是一门理论性、系统性及应用性很强的课程[1]。针对原有考核方式中存在的问题,改革课程考核方式,不仅对提高教学效果有很大意义,而且有利于学生能力的培养,是《信号与系统》课程改革的一个重要方面。

一、现行考核方式存在的问题

独立学院生源来自全国各地,文化背景及思维理解能力等差异较大,而且学生基础较弱。《信号与系统》知识点多、内容抽象,需要大量应用数学公式和理论推导,对学生数学基础的要求很高。在教学中,由于学时的限制及学生的基础的差异,很难使其在有限的时间内透彻理解和掌握所有的理论知识及推导。同时,考虑独立学院培养“应用型人才”的人才培养目标,《信号与系统》的教学应以培养学生能力为主,考核方式也应体现对学生能力的考察,而采用传统的以期末考试为主的考核方式不满足这个要求。

原有考核方式,平时成绩占总成绩的30%,卷面成绩占总成绩的70%。卷面成绩所占比重较大有三个主要问题。其一,一些学生基础较差,学习中遇到的困难使其对考试失去信心,产生畏难情绪,进而放弃学习;其二,重视理论知识而忽视与实际的联系,不重视动手能力的培养;其三,存在考前突击学习、死记硬背知识点及习题的现象。这些问题对教学效果的提高有不利影响。

二、考核方式改革方案

为避免上述问题,加强对学生能力的培养,改革原有考核方式,寻求适合考察独立学院学生应用能力的考试方式,主要采取以下措施:

(一)以2+3+5(即平时成绩占总成绩的20%,实验占总成绩的30%,卷面考试占总成绩的50%)代替原3+7的考核方式

1.将实验纳入考核体系,是《信号与系统》考核方式改革最突出的一个特点。《信号与系统》一方面要教授学生相关的专业知识,为后续课程的学习打下良好的基础;另一方面还要培养学生的专业能力,其中就包括动手能力,为以后的工作和进一步学习提供一定的保障。实验是将理论与实际结合的有效方式,实验操作能力的培养是培养学生动手能力的有效方法。

对学生实验成绩的评定,综合各方面因素,重点考察实际操作能力。如《信号与系统》共做5个实验,每个实验6分,各部分成绩可按如下分配:出勤1分,实验报告1分,课前预习1分,课上提问1分,实验操作2分。

2.平时成绩20分包括随堂测试10分,出勤5分,作业5分。《信号与系统》总学时60学时,进行两次测试,每次5分。测试是对学生一段时期学习效果的检验,可以督促学生对所学知识进行及时地复习及归纳,避免考前集中复习内容过多、压力过大。

《信号与系统》是一门系统性很强的课程,知识点之间联系紧密,在安排测试时要注意不能割断知识的内在联系,要保证知识的相对完整。

(二)建设试题库,实现教考分离

目前,多数学校还是以任课教师手工命题为主要的命题手段,这种方式命题具有较大的自由度,但也存在一定的弊端。首先,任课教师手工命题,试题难度、知识点覆盖面、题目特点等容易受教师水平的影响;其次,出题的随意性较大,标准难以统一。

建设试题库,根据章节、题型及知识点的难易程度进行分类,考试时,可按设定条件随机抽取题目,生成内容不同、难易程度相当的两套试题,作为期末考试和补考试卷[2]。通过这种方法,可以真正实现教考分离,从而避免教师在考前针对试卷内容对学生进行辅导,影响了考试结果的真实性和客观性;其次,降低了学生对考前辅导的依赖,可以促使学生认真学习、及时复习。

(三)注重对信号与系统基础知识的考察,简化运算,避免将《信号与系统》考试变为数学考试

《信号与系统》在进行信号与系统分析时大量应用数学知识并做大量运算,基于此,很多学生觉得《信号与系统》难学、难懂,其实主要是应用的数学知识较多、推导过程较复杂。根据独立学院学生特点及学校培养“应用型人才”的指导方针,在教学过程中,应更注重应用。鉴于此,出题时,侧重对基础知识的考察,尽量简化数学运算过程,避免复杂、费时的推导。

三、存在的问题

通过期末考试验证,该考核方式改革取得了一定效果,学生考核及格率、优秀率都较以前有很大提高,但该方案也存在一些问题,主要有以下两个方面:

(一)实验成绩所占比重较大,造成部分学生对理论课的轻视

在教学过程中发现,实验成绩在总成绩中所占比重达30%,如果实验成绩和平时成绩较高的话,期末考试成绩只要达到30分,就可能及格。因此,个别学生认为只要实验成绩好一定能够及格而轻视理论考试,在平时的理论课学习中也不认真,课堂表现和课下作业完成情况并不理想。

(二)实验成绩拉高考核总成绩,不能真实反映学生水平

如果实验成绩较高,核定总成绩的时候,卷面成绩较低的情况下,实验成绩可以拉高总成绩,卷面成绩较高的情况下,实验成绩对总成绩没有较大影响。因此,若不加限制的采用这种考核方式,不能真实反映学生之间的差距。

以上两个问题都是由于实验成绩在总成绩中所占比重较大而产生的弊端,针对这两个问题,在核定考核成绩时,设定卷面最低分数线,只有卷面成绩超过该分数线,才将实验成绩计入总成绩;加强对实验的考核力度,重视课堂提问,做到实验课和理论课相互促进。

四、结束语

实践证明,将实验纳入考核体系,强调对学生动手能力的培养,能够促进学生主动学习、积极投入实验,有利于学生实践能力的提高。以上改革措施,对完善《信号与系统》考核体系,提高教学质量有很大促进作用。

参考文献:

[1]伍雪冬,苏晨羽.《信号与系统》课程的教学方法、教学手段及考试方法改革浅析[J].福建电脑,2009,10:39,43

[2]杨敏.“信号与系统”试题库系统的分析与设计[J].软件导刊,2008,7(5):107-108

如何学习信号与系统 篇4

转载 《漫谈 信号与系统 入门第一课 什么是卷积 卷积有什么用 什么是傅利叶变换 什么是拉普拉斯变换 引子》

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很多朋友和我一样，工科电子类专业，学了一堆信号方面的课，什么都没学懂，背了公式考了试，然后毕业了。

先说“卷积有什么用”这个问题。(有人抢答，“卷积”是为了学习“信号与系统”这门课的后续章节而存在的。我大吼一声，把他拖出去枪毙！)

讲一个故事:

张三刚刚应聘到了一个电子产品公司做测试人员，他没有学过“信号与系统”这门课程。一天，他拿到了一个产品，开发人员告诉他，产品有一个输入端，有一个输出端，有限的输入信号只会产生有限的输出。

然后，经理让张三测试当输入sin(t)(t<1秒)信号的时候(有信号发生器)，该产品输出什么样的波形。张三照做了，花了一个波形图。

“很好！”经理说。然后经理给了张三一叠A4纸: “这里有几千种信号，都用公式说明了，输入信号的持续时间也是确定的。你分别测试以下我们产品的输出波形是什么吧！” 这下张三懵了，他在心理想“上帝，帮帮我把，我怎么画出这些波形图呢?”

于是上帝出现了: “张三，你只要做一次测试，就能用数学的方法，画出所有输入波形对应的输出波形”。

上帝接着说:“给产品一个脉冲信号，能量是1焦耳，输出的波形图画出来！”

张三照办了，“然后呢?”

上帝又说，“对于某个输入波形，你想象把它微分成无数个小的脉冲，输入给产品，叠加出来的结果就是你的输出波形。你可以想象这些小脉冲排着队进入你的产品，每个产生一个小的输出，你画出时序图的时候，输入信号的波形好像是反过来进入系统的。”

张三领悟了:“ 哦，输出的结果就积分出来啦！感谢上帝。这个方法叫什么名字呢?” 上帝说:“叫卷积！”

从此，张三的工作轻松多了。每次经理让他测试一些信号的输出结果，张三都只需要在A4纸上做微积分就是提交任务了！

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张三愉快地工作着，直到有一天，平静的生活被打破。

经理拿来了一个小的电子设备，接到示波器上面，对张三说: “看，这个小设备产生的波形根本没法用一个简单的函数来说明，而且，它连续不断的发出信号！不过幸好，这个连续信号是每隔一段时间就重复一次的。张三，你来测试以下，连到我们的设备上，会产生什么输出波形！”

张三摆摆手:“输入信号是无限时长的，难道我要测试无限长的时间才能得到一个稳定的，重复的波形输出吗?”

经理怒了:“反正你给我搞定，否则炒鱿鱼！”

张三心想:“这次输入信号连公式都给出出来，一个很混乱的波形；时间又是无限长的，卷积也不行了，怎么办呢?”

及时地，上帝又出现了:“把混乱的时间域信号映射到另外一个数学域上面，计算完成以后再映射回来”

“宇宙的每一个原子都在旋转和震荡，你可以把时间信号看成若干个震荡叠加的效果，也就

是若干个可以确定的，有固定频率特性的东西。”

“我给你一个数学函数f，时间域无限的输入信号在f域有限的。时间域波形混乱的输入信号在f域是整齐的容易看清楚的。这样你就可以计算了”

“同时，时间域的卷积在f域是简单的相乘关系，我可以证明给你看看”

“计算完有限的程序以后，取f(-1)反变换回时间域，你就得到了一个输出波形，剩下的就是你的数学计算了！”

张三谢过了上帝，保住了他的工作。后来他知道了，f域的变换有一个名字，叫做傅利叶，什么什么......---------

再后来，公司开发了一种新的电子产品，输出信号是无限时间长度的。这次，张三开始学拉普拉斯了......后记:

不是我们学的不好，是因为教材不好，老师讲的也不好。

信号与系统综合实验教案 篇5

信号的Z域表示式通常可用下面的有理分式表示

为了能从信号的Z域象函数方便地得到其时域原函数,可以将F(z)展开成部分分式之和的形式,再对其取Z逆变换。

MATLAB的信号处理工具箱提供了一个对F(z)进行部分分式展开的函数[WTBZ]residuez它的调用形式: ［r,p,k］=residuez(num,den)其中,num、den分别表示F(z)的分子和分母多项式的系数向量;r为部分分式的系数;p为极点;k为多项式的系数。若F(z)为真分式,则k为零。借助residuze函数可以将F(z)展开成：

numzr1rn denz1p1z11pnz1 k1k2z1kmn1zmn

例1 试用MATLAB计算

Fz

183z14z2z3的部分分式展开。

解 计算部分分式展开的[WTBZ]MATLAB程序如下:

%program10.6－1

num=［18］;

den=［183-4-1］;

［r,p,k］=residuez(num,den) 程序运行结果为

r=0.36000.24000.4000

p=0.5000-0.3333-0.3333

k=［］

从运行结果中可以看出p(2)=p(3),表示系统有一个二阶的重极点,r(2)表示一阶极点前的系数,而r(3)就表示二阶极点前的系数。对高阶重极点,其表示方法是完全类似的,所以该F(z)的部分分式展开为：

0.360.240.4Fz 10.5z110.3333z110.3333z12 b0b1z1b2z2bmzmnumzFz12ndenz1a1za2zanz2 利用MATLAB计算H(z)的零极点与系统特性

如果系统函数H(z)的有理函数表示形式为

那么系统函数的零点和极点可以通过MATLAB函数roots得到,也可用函数tf2zp得到,tf2zp的调用形式为：

[z,p,k]=tf2zp(b,a)

b1zmb2zm1bm1Hza1zna2zn1an1

式中,b和a分别为H(z)的分子多项式和分母多项式的系数向量,它的作用是将H(z)的有理函数表示式转换为零点、极点和增益常数的表示式,即

zz1zz2zzm Hzk zp1zp2zpn

例2 已知一离散因果LTI系统的系统函数为

z12z2z3Hz 10.5z10.005z20.3z3求该系统的零极点。

解 将系统函数改写为

z22z1Hz3 z0.5z20.005z0.3

用tf2zp函数求系统的零极点,程序如下:

%program10.6－2

b=［121］;

a=［1-0.5-0.0050.3］;

［r,p,k］=tf2zp(b,a) 运行结果为

r=-

1-1

p=0.5198+0.5346i

0.5198-0.5346i

-0.5396

k=1

若要获得系统函数H(z)的零极点分布图,可以直接应用zplane函数,其调用形式为： zplane(b,a)式中,b和a分别为H(z)的分子多项式和分母多项式的系数向量。它的作用是在Z平面画出单位圆、零点和极点。

如果已知系统函数H(z),求系统的单位脉冲响应h［k］和频率响应H(ejΩ),则可应用impz函数和freqz函数。

例3 已知一离散因果LTI系统的系统函数为

2z2z1 Hz321z0.5z0.005z0.3

试画出系统的零极点分布图,求系统的单位脉冲响应h［k］和频率响应H(ejΩ),并判断系统是否稳定。

解 根据已知的H(z),用zplane函数即可画出系统的零极点分布图。利用impz函数和freqz函数求系统的单位脉冲响应和频率响应时,需要将H(z)改写成：

z12z2z3Hz 10.5z10.005z20.3z3程序如下：

%program10.6－3

b=［121］;

a=［1-0.5-0.0050.3］;

figure(1);zplane(b,a);

num=［0121］;

den=［1-0.5-0.0050.3］;

h=impz(num,den);figure(2);stem(h,′.′)xlabel(′k′)title(′ImpulseRespone′)［H,w］=freqz(num,den);figure(3);plot(w/pi,abs(H))xlabel(′Frequency＼omega′)title(′MagnitudeRespone′)利用MATLAB计算Z变换

MATLAB的符号数学工具箱提供了计算Z变换的函数ztrans和Z逆变换的函数iztrans，其调用形式为：

F=ztrans(f)

f=iztrans(F)

式中,f为信号的时域表达式的符号对象,F表示信号f的象函数表达式的符号对象。符号对象可以应用函数sym实现,其调用格式为：

S＝sym(A)

式中,A为待分析表示式的字符串;S为符号数字或变量。例4 试分别用ztrans函数和iztrans函数求：

(1)f［k］=cos(ak)ε(k)的Z变换;Fz(2)1z2的Z逆变换。

解(1)求f［k］的Z变换的程序如下:

%program10.6－4(1)

f=sym(′cos(a*k)′);

F=ztrans(f)运行结果为

F=(z-cos(a))*z/(z^2-2*z*cos(a)+1)即

zzcosa cosakk2 z2zcosa1(2)求F(z)逆变换的程序为

%program10.6－4(2)

F=sym(′1/(1+z)^2′);

f=iztrans(F)程序运行结果为

f=Delta(n)+(-1)^n*n-(-1)^n 即

信号与系统课程学习体会 篇6

本学期我们专业不仅开设了信号与系统的理论课，让我们的课内知识得以丰富，而且还设有相关的实验和实训课，使我们的动手能力得到锻炼。尤其是最近的实训课。首先，我学会了MATLAB的使用，这个软件对我们这次的实训提供了很大的帮助，很多需要大量计算的公式，在MATLAB的帮助下，很快的得以实现。我们的信号与系统的实训基本都是利用MATLAB实现的。利用MATLAB进行仿真模拟计算，为我们更好的了解信号与系统这门课程做了很大的贡献。

经过此次实训，我对信号的很多知识都得以充分了解。例如，熟悉MATLAB软件及基本命令，通过仿真理解信号运算的波形变换结果；对于任务二，通过仿真实验深刻理解冲激响应、阶跃响应和零状态响应，验证理论上得出的有关冲激响应、阶跃响应和零状态响应和有关信号卷积的结果；任务三，离散系统时域仿真分析，通过仿真实验深刻理解单位序列响应、零状态响应和卷积和公式及结果，并且掌握MATLAB提供的单位序列响应IMPZ、求零状态响应函数filter、卷积命令CONV和产生全1的ones()命令及产生全0的zeros()命令;任务四，学会用MATLAB提供的标准函数法和数学近似法来求傅里叶变换；任务五，s域的仿真分析，学会了部分分式展开，拉氏变换及其的反变换，学会如何判断系统的稳定性；对于任务六，z域仿真分析，学会了简单的z变换及逆z变换，求单位序列响应，及零极点的分析。在这次的实训中，并不是都是顺利的，在s域的仿真和离散系统时域仿真分析时，也遇到了困难，但我并没气馁，和自己小组的人一起讨论，一起把问题顺利的解决了。并从中深深体会到了团队的力量，让我知道了以后不管在学习中还是生活中，我们应当相互团结，共同帮助，共同进步，才能取得真正的成功。

黄淮学院信号与系统 篇7

两课为本院信息工程系电子信息工程与通信工程专业的专业基础平台课。改革优化前两课的教学各自为政,存在授课内容重复、衔接不合理、综合度不够等问题,而这些问题又随着教学计划的修改和课时的减少而更加突出。因此两课的优化整合势在必行,我们尝试着进行教学改革,针对信息类专业两门核心课程《信号与线性系统》与《数字信号处理》建立新的课程体系,利用新的教学方法和思想,使三本学生从被动学习转变为主动探索,同时提高工程实践应用能力。

1 建立两课的课程体系

《信号与线性系统》与《数字信号处理》课程教学内容都比较成熟和经典,但在课程开设时,为了保证各自的课程完整性,必然有部分教学内容重复。因此我们为了达到最佳的课程衔接及教学效果,首先确保《信号与线性系统》的主体基础地位不动摇,因为《信号与线性系统》课程是《数字信号处理》理论基础,《数字信号处理》是《信号与线性系统》课程在离散域中的深入扩展。其次,强调《数字信号处理》课程的应用技术层面,综合运用学生已掌握的各门课程的相关专业知识基础上,结合信息采集、信息传输、信息处理和信息应用等数字信号技术特点与计算机和相应专用实验器件,系统全面的介绍数字信号处理的概念、原理、相关软硬件知识及技术应用。使三本学生脱离繁重的抽象理论计算,在具体的实践中掌握数字信号处理基本理论和实现方法。为此,我们把《数字信号处理》的48学时修改为64学时,其中包括32学时的上机实验(比改革前的《数字信号处理》课程实验增加了24学时)而《信号与线性系统》仍保持72学时的理论学时。

2 教学内容和教学手段的改革

在《信号与线性系统》与《数字信号处理》两门课程中,有许多抽象的数学、物理、工程等概念,既不好教也不好学,传统的单一板书授课方式显然已不适和,而恰恰多媒体综合教学手段(CAI课件及电子教案)可以令这些枯燥的数学推导,抽象的物理意义活灵活现在学生面前。目前的实验大多数是验证性实验,且完成效率低,学生在做实验前并不清楚为何要做,导致多数实验流于形式何谈开拓与创新。当今软件仿真能力很强,随着计算机运算速度日益增长,完全可以用软件来完成以前必须用硬件才能完成的实验。Matlab就是一款很好的强大的数学运算工具,也是当前国外信号处理最为流行的仿真软件之一。这样一来把课堂搬到实验室,更生动更直接的学习课程内容,培养学生创新及设计能力。

3 考试方法和考试内容的优化与探索

长期以来《信号与线性系统》与《数字信号处理》课程的不及格率居高不下,被学生冠以“大挂”课程之首,究其原因无外乎学生对抽象的数学推导公式掌握不好,考前一味的背公式,做习题,却忽略物理意义及各知识点之间的联系,考试中一旦对于某个公式的记忆中断,便导致发挥失常。而长期的低通过率严重影响学生的心理压力,对考试逐渐丧失信心等恶性循环。除了学生的这些主观因素外客观因素是可以通过课程的考核改革降低不及格率的。具体做法:《数字信号处理》课程在考核方式上采取加大平时成绩的比重,由原来的30%增加到50%,其中实验成绩占40%,另10%是传统的平时成绩(包括出勤率,课堂测验和作业等)同时考试采取开卷形式,考前发一张专用纸,可以让学生把认为需要的公式理论等都写在上面带进考场,这样学生就不会单一的认为考试就是考公式考计算,自然学习的重点就会转移到实验应用能力上。同时,试卷考题也将注重计算转移到注重分析和综合上,在保证传统客观题的基础性和全面性的前提下,适当增加创新与拓展题(不超过10%),既使考试成绩有层次性,又比较全面的检验学生对课程了解的深浅程度。考核方式的改革对素质教育的革新和工程实践能力的培养非常有利。

4 两课的初期实践与探索

针对三本学生数学功底薄弱,理论分析基础差这一现状,《信号与线性系统》强调基础方法层面,大胆丢弃数学理论已详细完成的公式理论推导和纯数学运算,强调数学公式的物理概念和工程意义的理解。《数字信号处理》强调应用技术层面。

考虑到两课教学分属两个学期,为了课程的连贯性和知识结构的完整性,两课有关离散信号和离散系统以及Z域分析部分等内容有必要重复,但侧重点不同。《信号与线性系统》侧重离散信号与离散系统的基本概念、物理意义及Z域分析的各种方法而《数字信号处理》则突出讲授以数字信号与系统的应用分析为核心和目的的离散问题,以实用性为目标,用尽可能少的学时,以内容回顾和补充的形式安排这部分内容,避免重复过多,同时淡化两课繁复的理论数学推导证明,统一相关概念的物理意义和符号标注。

在新的课程体系和知识架构下,编写与之相应的实验教材,实验指导书本方便学生掌握和理解《信号与线性系统》与《数字信号处理》的理论和分析方法并能很好的解决实际问题的原则,力求信号处理知识的完整性、逻辑性、连贯性。

5 结束语

目前,我院已初步实现了《信号与线性系统》与《数字信号处理》的课程体系与知识结构的优化整合,并在新的课程体系指导下,编写了具有三本院校特色的实验指导教材,并制作了基于课堂的理论和实验多媒体CAI课件。经过三年的教学实践推广,基本达到了预期的教学效果,取得了一些成绩,两课的不及格率也有所降低。在此新教学体系架构下,以本院教授许庆山的教材《电路、信号与系统》为蓝本,正在积极努力的编写适应三类本科院校的两课教材。但教学改革及课程整合优化是一个系统工程,非一朝一夕即刻见效的,要协调各项可利用资源,包括实验室建设,师资人员培养,教学管理等才能取得最好的教学效果。教育以人为本,国家教育发展也当教改先行。

摘要：近年来,随着信息技术的迅速发展及超大规模集成电路和计算机的普遍应用,新的信号处理和分析技术不断涌现。有关信号与系统和数字信号处理的概念、理论和分析方法不断发展,使用领域也不断扩大。鉴于信息类专业两大核心课程《信号与线性系统》和《数字信号处理》知识结构和教学内容存在的问题,针对当前三类本科院校学生的特点,提出了构建新的教学体系,优化整合教学内容,并对相关课程进行了实践及探索。以教学内容,教学方式,实验教学,考核方式等为主体思路,进行两课的优化整合。

关键词：信号与线性系统,数字信号处理,优化整合

参考文献

[1]许庆山.电路、信号与系统.航空工业出版社,2002.2.

[2]程佩青.数字信号处理教程.清华大学出版社,2001年.

[3]Vinay K.Ingle,《数字信号处理》(英文影印版),北京:科学出版社,2003年.

黄淮学院信号与系统 篇8

关键词 信号与系统 改革 实践

中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）24-0012-02

一、前言

《信号与系统》是信息类本科专业的专业基础课，信息技术的迅猛发展与日益广泛的应用是信息时代的主要特征。信息的获取、存储、传递、处理、识别与综合是信息技术研究的主要内容。信号是信息的载体，系统是信息的处理手段。因此，以研究信号与系统理论的基本概念和基本分析方法为目的的《信号与系统》课程是通信技术、电子信息技术和自控技术各专业必修的主干基础课之一，是电子信息工程专业一门重要的专业基础课，也是硕士研究生入学考试的必考科目。

本课程是一门理论性很强的课程，通过这门课的学习，使学生理解信息的基本处理过程，能运用基本分析方法理解系统对信号所起的作用，为以后的设计系统打下理论基础。与大部分工科课程相同，《信号与系统》课程作为面向电子信息类专业的基础课程，也起源于欧美。在二十世纪五十年代，美国麻省理工学院总结二战以来在通信、雷达和控制等领域广泛应用的基础理论，开设《信号与系统》课程，讲授卷积、傅里叶变换、拉普拉斯变换、反馈分析等专业知识，我国在改革开放之后才开设《信号与系统》课程。

当前，信息技术飞速发展，新理论和新技术不断涌现，学科交叉融合日益密切，《信号与系统》不仅是电子信息类专业核心基础课程，也成为自动控制、汽车、车辆、网络等相关专业的比较重要的专业基础课。因此，《信号与系统》课程的教学也与时俱进，教学主体根据不断发展的技术形势，及时调整培养目标，在课程体系、教学内容、实验手段、教学方法和考核方法等方面进行改革和实践。

二、教学改革研究路线

虽然《电路分析基础》《信号与系统》《数字信号处理》课程的教学核心，在国内已达成共识，但按照何种顺序讲解、附加在何种背景下讲解、如何进行教学实践环节等方面，不同的教材仍有不同的侧重甚至完全相异的教学观点，学生在学习这些课程时感到概念好懂，但如何用概念、理论来解决问题就比较难掌握。针对本课题的研究内容，本课题的研究工作采取理论——实践——调研——再理论——再实践的方案。

具体过程如下：

（一）理论

梳理核心内容的逻辑关系：关于连续变换和离散变换的讲课顺序。

挑选核心内容的侧重点：拉氏变换讲解的侧重点。

实验的内容、时机的考虑：学好信号与系统，实践是必不可少的环节，实践中，MATLAB软件又是最重要的工具，针对此软件是单独开实验课还是安排在课后习题中。

（二）实践

在2015至2016学年第二学期开设相关课程的班级进行教学实践，在不同专业的应用案例中融入本专业的特色，本学期已经考虑基于MALBA软件进行实验教学。

（三）调研

在2016年暑期，在上海本地相关院校和南京、北京、西安、武汉等有关院校，对相关课程的教学大纲、教学方法和手段、实验内容等，以及开设专业、授课教师等情况的实地考察和学习。

（四）再理论

总结调研内容、取长补短，结合本校的教学实践和相关院校的教学理论和实践经验，对之前的理论研究进行修正。中期成果为在撰写调研报告的基础上投稿至少一篇教研教改论文。

（五）再实践

总结在2015至2016学年第二学期开设《信号与系统》课程的班级进行的教学实践，在2016至2017学年第一学期开设《信号与系统》课程的班级进行进一步的教学实践，撰写教学教改论文。

通过对多个学校、多种教材的考察、多篇教学文章的学习，本课题组已经对如下问题进行了思考和预研究：连续变换和离散变换的讲课顺序；拉氏变换讲解侧重点；MATLAB软件的使用：学好信号与系统，实践是必不可少的环节，实践中，MATLAB软件又是最重要的工具，针对此软件本学期主要以单独开实验课为主，安排在课后习题中为辅。经典例题的应用：以经典例题为主，辅以课堂讲解，并更新一部分符合现代背景的例题，在兴趣中讲解，并在讲解中产生兴趣。实验形式选取：实验是教学中必不可少的环节，演示性实验偏重原理讲解，研究性实验偏重提高学生分析问题和解决问题的能力。二者有机结合。

《电路分析基础》《信号与系统》《数字信号处理》是理论与实践紧密结合、应用广泛、交叉渗透了许多学科的课程。其中《信号与系统》是以信号与系统特性以及信号处理等工程问题为背景，经数学抽象及理论概括而形成的一门课程，任何事物都可以看做是一个系统，用系统模型的建立和系统分析的理论，对其进行定量分析。因此，本课程所采用的分析概念是许多工程学科的组成部分，尤其重要。

了解相关大学，包括985、211院校的有关课程的培养目标、教学大纲、教学内容、实验内容等；交流对于不同学科专业有关课程的基本教学要求；了解对于以培养应用能力为主要目标的学校，该课程教学中的侧重点。学习和交流有关课程对学生学习效果的评价方式、课堂教学方法、教学内容中重点和难点的处理方式。了解相关大学有关课程教学教师的情况以及团队建设的措施；了解其学校对教师教学能力、教学效果的评价方法。

外文教材与中文教材的选用：外文教材具有帮助阅读和写作的优势，中文教材具有帮助理解的优势。大班教学与小组讨论：教学过程中，以大班教学为主，以小组讨论形式为辅。

相关院校调研，有关课程的教学大纲、教学方法和手段、实验内容等，以及开设专业、授课教师等情况的实地考察和学习。调研软件实验与硬件实验，目前有多所学校在MATLAB基础上增加FPGA实验更进一步验证真实环境下的理论知识，也有多所学校仍坚持软件验证为主。

将新的教学理念、方法、案例等应用于实际教学。对核心教学内容进行整合。考虑到学生前序课程复变函数理解可能不够透彻，将三个变换并行讲解模式改为串行讲解模式，即先让学生切实掌握傅里叶变换，然后以傅里叶变换为基础，让学生理解其它变换。也同样由于前序课程复变函数课程学生可能理解不够透彻，加重零极点内容教学，因为这个方面的分析对后续课程有很大帮助，如数字信号处理等。

对练习内容进行调整和加强。考虑到学生目前对公式推导更多在于形式上的理解而不是概念上的理解，所以在作业中布置MATLAB编程和画图的题目，学生通过MATLAB画图，可以直观的理解公式所表达的物理含义。例题的使用考虑到《信号与系》这门基础课对后续课程的铺垫作用，以不同专业后续课程中的实际应用为基础，讲解对应的例题。

三、教学方法、手段及考核方法

采用多种教学方法和手段，如讲授法、谈论法、演示法、练习法、课堂讨论法、实验法等。实验法是学生在教师的指导下，使用一定的设备和材料，通过控制条件的操作过程，引起实验对象的某些变化，从观察这些现象的变化中获取新知识或验证知识的教学方法。而本门课程的特殊性，采用的实验法是指通过计算机进行仿真实验，所采用的软件为MATLAB，利用该软件，学生在教师的指导下，可对所学的理论进行仿真验证，对深刻理解所学知识大有裨益。

建立多专业授课教师合作工作室。为了深入探讨各个专业的特色，并根据特色突出相应的理论重点，实现本门课程和专业的无缝对接，本项目拟定建立多专业授课教师合作工作室。该工作室的建立面向学生及讲授该门课程的教师。在工作室环境下，以项目为依托，便于学生与教师及教师之间的交流、沟通，并使学生充分认识到“理论用于指导实践，实践可用于验证理论”，从而避免以往的理论教学与实践相脱离的现象，缩小理论与实践的距离，充分有效利用高校资源。在该平台上，可结合各专业的技术需求情况，制定授课计划，实际项目，在课程的整个学习过程中，可使学生与教师零距离接触，便于专业知识的吸收和转化，既可以提高学生的理论，又可以培养实践能力。

对于课程的考核方式，基于学校对考查课的要求，可采取试卷考核、大作业、小论文、调研报告、上机操作、现场技能操作、答辩、实验测试等方式与日常表现结合的考核方式。

关于评价体系，课程的评价体系采用学生评价、教师评价、学校评价，三者结合的方式，对该课程的教学进行评定。所评定的内容包括教学方式，教学方法，教学态度，教学效果。

四、结束语

对《信号与系统》课程的研究、改革与实践，可以提升《信号与系统》授课教师的教学水平，促进学生对《信号与系统》核心内容的理解和掌握，提高学生理论与实际结合的能力；有利于《信号与系统》课程在应用技术性院校多专业的教学。

参考文献：

[1]郑君里.教与写的记忆：信号与系统评注[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]李建华，马晓红，邱天爽.“信号与系统”课程体系剖析[J].电气电子教学学报，2010，（04）.

[3]张小虹.信号与系统（第三版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2014.

[4]郑君里.信号与系统（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[5]陈后金等.我校“信号与系统”课程的改革与建设[J].电气电子教学学报，2004，（12）.

[基金项目：上海电机学院2016年校级重点教研教改项目（项目名称：宽领域专业基础课程群教学的研究改革与实践）；上海电机学院2016年校级重点课程建设项目（课程名称：信号与系统）。]