《數(shù)字信號(hào)分析》課程教學(xué)大綱

1、PAGE PAGE - 4 -本科生課程大綱課程名稱(chēng)數(shù)字信號(hào)分析（Digital Signal Analysis）課程代碼081502201293課程屬性學(xué)科基礎(chǔ)課時(shí)/學(xué)分48/2.5課程性質(zhì)必修實(shí)踐學(xué)時(shí)16責(zé)任教師 課外學(xué)時(shí)0課程屬性：公共基礎(chǔ)/通識(shí)教育/學(xué)科基礎(chǔ)/專(zhuān)業(yè)知識(shí)/工作技能，課程性質(zhì)：必修、選修一、 課程介紹1.課程描述：數(shù)字信號(hào)分析是利用數(shù)學(xué)工具（傅里葉變換，Z變換等）對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和分析研究，是勘查技術(shù)與工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。本課程主要講述數(shù)字信號(hào)分析的基本原理和方法，共包括三部分。第一部分包括：第一章連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)、第二章離散信號(hào)與系統(tǒng)、第三章Z變換、第四章物理可實(shí)現(xiàn)信

2、號(hào)的相位性質(zhì)、第五章離散傅氏變換，主要講述信號(hào)分析的基本原理和方法；第二部分包括：第六章相關(guān)分析、第七章線性最優(yōu)化方法、第八章數(shù)值逼近，主要講述對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行一些修飾性的處理；第三部分是上機(jī)實(shí)驗(yàn)，包括：雷克子波的波形顯示及一維地震記錄的合成；連續(xù)信號(hào)的采樣與重采樣；帶通濾波及頻譜分析；半圓曲線擬合等四個(gè)編程實(shí)驗(yàn)。2.設(shè)計(jì)思路：勘查技術(shù)與工程專(zhuān)業(yè)涉及到的專(zhuān)業(yè)課程,例如重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探數(shù)據(jù)處理等，都需要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和處理，尤其是地震勘探數(shù)據(jù)處理課程，更是需要對(duì)大量的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，因而開(kāi)設(shè)數(shù)字信號(hào)分析課程是學(xué)好各門(mén)專(zhuān)業(yè)課的前提。本課程講授的內(nèi)容是各門(mén)專(zhuān)業(yè)課程最需要也是

3、數(shù)字信號(hào)分析中最基本的內(nèi)容。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生完全能夠?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和處理；能夠識(shí)別和判斷復(fù)雜地球物理問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)；能夠通過(guò)建模進(jìn)行采集參數(shù)/處理參數(shù)等模擬計(jì)算。課程內(nèi)容包括三大部分：信號(hào)分析的基本理論部分、信號(hào)的修飾性處理部分及上機(jī)實(shí)驗(yàn)部分。（1）信號(hào)分析的基本理論部分：在了解連續(xù)信號(hào)處理的一般原理的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)離散信號(hào)處理的基本原理，主要是應(yīng)用離散傅里葉變換對(duì)離散信號(hào)進(jìn)行變換分析。包括：連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)、離散信號(hào)與系統(tǒng)、Z變換、物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的相位性質(zhì)、離散付氏變換等。（2）信號(hào)的修飾性處理部分：在學(xué)習(xí)了數(shù)字信號(hào)分析基本理論后，還需要能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行一些修飾性的處理，例如對(duì)信號(hào)

4、進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合、數(shù)據(jù)平滑、數(shù)據(jù)插值等。包括相關(guān)分析、線性最優(yōu)化方法、數(shù)值逼近等。（3）上機(jī)實(shí)驗(yàn)部分：為了理論聯(lián)系實(shí)際，鞏固數(shù)字信號(hào)分析的基本理論，安排了四個(gè)編程實(shí)驗(yàn)，包括：雷克子波的波形顯示及一維地震記錄的合成；連續(xù)信號(hào)的采樣與重采樣；帶通濾波及頻譜分析；半圓曲線擬合等四個(gè)編程實(shí)驗(yàn)。3. 課程與其他課程的關(guān)系先修課程：高等數(shù)學(xué)2，線性代數(shù)，數(shù)學(xué)物理方法A，MATLAB應(yīng)用或C程序設(shè)計(jì)，只有在學(xué)習(xí)了這幾門(mén)課程的基礎(chǔ)上，各門(mén)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)才能達(dá)到較好的效果。二、課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握數(shù)字信號(hào)分析的基本原理和方法，能對(duì)具體的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、濾波器設(shè)計(jì)以及濾波處理，并能用常用的數(shù)學(xué)方法對(duì)數(shù)

5、字信號(hào)進(jìn)行平滑、擬合及插值等修飾性處理，從而為專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)及相關(guān)學(xué)科的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握數(shù)字信號(hào)分析的基本方法和原理，應(yīng)能建立相應(yīng)的信號(hào)模型，并能夠進(jìn)行處理和分析。課程具體要求如下：（1）要求學(xué)生掌握離散傅氏變換的方法和原理；（2）要求學(xué)生能建立數(shù)字信號(hào)模型并進(jìn)行頻譜分析，根據(jù)有效信號(hào)和干擾信號(hào)的頻率范圍差異，并設(shè)計(jì)合適的濾波器將干擾信號(hào)進(jìn)行壓制；（3）要求學(xué)生能利用設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行濾波處理，并能對(duì)處理結(jié)果加以分析。三、學(xué)習(xí)要求本課程涉及數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)編程等內(nèi)容，學(xué)生不僅要有扎實(shí)的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，而且要有一定的計(jì)算機(jī)編程能力，要達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果，必須做到：（1）課前做

6、好預(yù)習(xí)工作，提前復(fù)習(xí)已經(jīng)學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)知識(shí)；（2）上課認(rèn)真聽(tīng)講，認(rèn)真記筆記，積極思考，參與課堂討論；（3）課下認(rèn)真復(fù)習(xí)所學(xué)的內(nèi)容，多做課外習(xí)題，多看課外參考書(shū)，擴(kuò)展自己的思路，才能夠不斷掌握所學(xué)的內(nèi)容；（4）對(duì)課上講解的習(xí)題，要掌握解題解題思路和方法原理，做到融會(huì)貫通。四、教學(xué)內(nèi)容序號(hào)主題計(jì)劃課時(shí)主要內(nèi)容概述0緒論2信號(hào)分析的基本思想及數(shù)字信號(hào)分析存在的基本問(wèn)題。1第一章 連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)4連續(xù)信號(hào)處理的一般原理以及線性時(shí)不變系統(tǒng)的性質(zhì)。2第二章離散信號(hào)與系統(tǒng)4信號(hào)的采樣；采樣恢復(fù)；信號(hào)的重采樣；基本序列；離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的性質(zhì)；離散線性褶積的公式計(jì)算。3第三章Z變換4變換的引進(jìn)；Z變換與付氏變換

7、的關(guān)系；變換和采樣序列間的關(guān)系；Z變換收斂域；反Z變換。4第四章 物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的相位性質(zhì)3相位滯后特性；最小相位信號(hào)的性質(zhì)；譜因式分解。5第五章 離散付氏變換6離散付氏級(jí)數(shù)；離散付氏變換；快速付氏變換。6第六章 相關(guān)分析3相關(guān)函數(shù)；自相關(guān)與互相關(guān)的性質(zhì)；相關(guān)計(jì)算；相關(guān)譜。7第七章 線性最優(yōu)化方法3最優(yōu)化的概念；線性最小二乘法參數(shù)估計(jì)的一般原理；超定方程組的廣義解；欠定方程組的廣義解。8第八章 數(shù)值逼近3數(shù)據(jù)擬合；數(shù)據(jù)平滑；數(shù)據(jù)插值；樣條函數(shù)的數(shù)值逼近方法。9上機(jī)實(shí)驗(yàn)16雷克子波的波形顯示及一維地震記錄的合成；連續(xù)信號(hào)的采樣與重采樣；帶通濾波及頻譜分析；半圓曲線擬合。五、參考教材與主要參考書(shū)1數(shù)字信號(hào)處理，程乾生，北京大學(xué)出版社，2003年11月第1版2 地震勘探信號(hào)分析，董敏煜編，石油大學(xué)出版社，1989年2月第1版；3數(shù)字信號(hào)處理的數(shù)學(xué)原理，程乾生，石油工業(yè)出版社，1996年11月第2版；4數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)，王瑞英，周大綱編，中國(guó)鐵道出版社，1995年4月第1版。六、成績(jī)?cè)u(píng)定（一）考核方式 A ：A.閉卷考試 B.開(kāi)卷考試 C.論文 D.考查 E.其他（二）成績(jī)綜合評(píng)分體系：成績(jī)綜合評(píng)分體系比例%1.上機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)40%2. 期末考試成績(jī)60%總計(jì)100%七、學(xué)術(shù)