信號分析與處理教學(xué)大綱

信號分析與處理教學(xué)大綱目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、教學(xué)目的和要求3\o"CurrentDocument"二、教學(xué)中應(yīng)注意的問題4\o"CurrentDocument"三、教學(xué)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(shí)間信號5第三節(jié)信號的運(yùn)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(shí)不變系統(tǒng)的基本性質(zhì)5第六節(jié)連續(xù)時(shí)不變系統(tǒng)分析方法綜述5第七節(jié)信號變換與運(yùn)算及系統(tǒng)判斷的MATLAB實(shí)現(xiàn)5\o"CurrentDocument"第二章連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析5第一節(jié)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與算子表示法5第二節(jié)續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的響應(yīng)5第三節(jié)沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng)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(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)5第三章連續(xù)時(shí)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(shí)間信號頻域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)6第四章連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的頻域分析6第一節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)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(shí)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(fù)用與時(shí)分復(fù)用6第八節(jié)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)頻域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)6第五章連續(xù)時(shí)間信號與系統(tǒng)的復(fù)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(shí)間系統(tǒng)的復(fù)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(shí)間系統(tǒng)復(fù)頻域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)7第六章離散時(shí)間信號與系統(tǒng)的時(shí)域分析7第一節(jié)離散時(shí)間信號基礎(chǔ)7第二節(jié)離散時(shí)間系統(tǒng)7第三節(jié)離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)7第三節(jié)單位序列響應(yīng)與單位階躍響應(yīng)7第六節(jié)離散時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)7第七章離散時(shí)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(guān)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(shí)間系統(tǒng)的頻率響應(yīng)8第八節(jié)離散時(shí)間系統(tǒng)的z域模擬8第九節(jié)離散時(shí)間系統(tǒng)z域分析的MATLAB實(shí)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(shí)現(xiàn)8\o"CurrentDocument"四、教學(xué)課時(shí)分配8\o"CurrentDocument"五、教材與參考書目9一、教學(xué)目的和要求本課程是自動化工程專業(yè)（測控技術(shù)方向），繼電路分析基礎(chǔ)之后，所開設(shè)的一門限制性選修課（專業(yè)基礎(chǔ)課）。它主要討論確定信號的特性，線性時(shí)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(xué)習(xí)，使學(xué)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(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的思維推理能力和分析運(yùn)算能力，為學(xué)習(xí)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(chǔ)：.掌握連續(xù)信號的時(shí)域、頻域、復(fù)頻域分解的數(shù)學(xué)方法，理解其物理含義及特性；掌握離散信號的時(shí)域、Z域分解的數(shù)學(xué)方法，理解其物理含義及特性。.掌握連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域、頻域、復(fù)頻域分解的數(shù)學(xué)方法；掌握離散系統(tǒng)的時(shí)域、Z域分析方法；熟練掌握時(shí)域中的卷積運(yùn)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(xué)工具。.掌握系統(tǒng)函數(shù)，系統(tǒng)函數(shù)的零、極點(diǎn)與系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)、頻域響應(yīng)的關(guān)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(xué)、復(fù)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(xué)中應(yīng)注意的問題在課堂教學(xué)中，重點(diǎn)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(dá)與系統(tǒng)描述的數(shù)學(xué)概念、物理概念與工程概念。鍛煉學(xué)生的認(rèn)知能力以提高學(xué)生自主性學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)的能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)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(xué)時(shí)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(xué)過程中，要體現(xiàn)“精講多練”的教學(xué)思路，充分運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。信號與系統(tǒng)課程涉及較多的數(shù)學(xué)知識，必須通過習(xí)題檢驗(yàn)學(xué)生對授課內(nèi)容的掌握情況；課后習(xí)題緊扣教學(xué)內(nèi)容。MATLAB己在《計(jì)算機(jī)仿真》課中講授，建議課堂上要運(yùn)用MATLAB工具演示例題及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。三、教學(xué)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(guān)系，以及信號與系統(tǒng)分析方法概述。要求學(xué)生掌握信號的定義及分類，系統(tǒng)的描述、分類及特性，重點(diǎn)掌握確定信號及線性時(shí)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(shí)間信號笫三節(jié)信號的運(yùn)算與變換第四節(jié)系統(tǒng)的描述與分類第五節(jié)線性時(shí)不變系統(tǒng)的基本性質(zhì)第六節(jié)連續(xù)時(shí)不變系統(tǒng)分析方法綜述第七節(jié)信號變換與運(yùn)算及系統(tǒng)判斷的MATLAB實(shí)現(xiàn)第二章連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析本章主要內(nèi)容：連續(xù)時(shí)間基本信號的描述與特性，以及基本信號之間的相互關(guān)系，信號的基本運(yùn)算，微分算子，信號的時(shí)域分解。單位沖激信號是連續(xù)時(shí)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(yùn)算，特別是信號卷積的概念及計(jì)算方法。掌握信號的分解,深刻理解連續(xù)信號可表達(dá)為沖激信號的線性組合（卷積積分）。第?節(jié)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與算子表示法第二節(jié)續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的響應(yīng)第三節(jié)沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng)第四節(jié)卷積第五節(jié)卷積的性質(zhì)第六節(jié)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)第三章連續(xù)時(shí)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(shí)間周期信號與非周期信號的傅里葉表達(dá)，信號的功率/能量譜，帕塞瓦爾定理等。頻域的基本信號為復(fù)指數(shù)信號。LTI系統(tǒng)對復(fù)指數(shù)信號的響應(yīng)，是同頻率的復(fù)指數(shù)信號，只是幅度和相位發(fā)生了變化。從數(shù)學(xué)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(shí)間信號頻域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)第四章連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的頻域分析本章主要內(nèi)容：連續(xù)時(shí)間信號離散化及時(shí)域抽樣定理。連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)響應(yīng)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(shí)間信號傅里葉變換的基本性質(zhì)及應(yīng)用，建立信號時(shí)域與頻域的對應(yīng)關(guān)系。深刻理解時(shí)域抽樣定理的內(nèi)容及其意義。掌握連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的頻域表示，掌握連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)響應(yīng)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(yīng)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(shí)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(fù)用與時(shí)分復(fù)用第八節(jié)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)頻域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)第五章連續(xù)時(shí)間信號與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析本章主要內(nèi)容：連續(xù)時(shí)間信號的拉普拉斯變換及其基本性質(zhì)，連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)響應(yīng)的復(fù)頻域分析，連續(xù)時(shí)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(yīng)的復(fù)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(guān)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(shí)間系統(tǒng)的復(fù)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(shí)間系統(tǒng)復(fù)頻域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)第六章離散時(shí)間信號與系統(tǒng)的時(shí)域分析本章主要內(nèi)容：離散時(shí)間基本信號的描述與特性，以及基本信號之間的相互關(guān)系，信號的基本運(yùn)算，信號的時(shí)域分解。離散離散時(shí)間系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)域分析，LTI離散時(shí)間系統(tǒng)零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)的概念，以及系統(tǒng)時(shí)域特性的描述單位序列信號是離散時(shí)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(shí)不變離散時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，及離散時(shí)間系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)域分析的概念及方法，掌握離散時(shí)間系統(tǒng)單位序列響應(yīng)的物理概念，深刻理解卷積法計(jì)算LT1系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)的過程，以及與信號時(shí)域分解的關(guān)系。第一節(jié)離散時(shí)間信號基礎(chǔ)第二節(jié)離散時(shí)間系統(tǒng)第三節(jié)離散時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)第三節(jié)單位序列響應(yīng)與單位階躍響應(yīng)第五節(jié)卷積和第六節(jié)離散時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)第七章離散時(shí)間信號與系統(tǒng)的z域分析本章主要內(nèi)容：離散時(shí)間信號Z變換及其基本性質(zhì)，離散時(shí)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(guān)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(shí)間系統(tǒng)的頻率響應(yīng)第八節(jié)離散時(shí)間系統(tǒng)的Z域模擬第九節(jié)離散時(shí)間系統(tǒng)z域分析的MATLAB實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)四、教學(xué)課時(shí)分配本課程計(jì)劃課時(shí)48,其中理論授課40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)授課8學(xué)時(shí)。教學(xué)課時(shí)分配表章節(jié)名稱課時(shí)分配（學(xué)時(shí)）課堂授課實(shí)算I：機(jī)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(shí)域分析62第三章連續(xù)時(shí)間信號的頻域分析62第四章連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的領(lǐng)域分析64第五章連續(xù)系統(tǒng)的復(fù)頻域分析6第六章離散系統(tǒng)的時(shí)域分析4