《數(shù)字信號處理及應用》教學大綱

《數(shù)字信號處理及應用》課程教學大綱課程編碼：AL042280課程性質(zhì)：任意選修課程適用專業(yè)：自動化學時學分：32學時2學分所需先修課：高等數(shù)學、線性代數(shù)、復變函數(shù)與積分變換一、課程說明1．課程簡介數(shù)字信號處理及應用是自動化專業(yè)的一門專業(yè)選修課，本課程的主要學習時域離散信號與時域離散系統(tǒng)、系統(tǒng)的頻率分析、離散傅里葉變換、時域離散系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)字濾波器的設(shè)計。該課程的先修課是高等數(shù)學、線性代數(shù)、復變函數(shù)與積分變換等，這些課程的學習，為本課程奠定數(shù)學基礎(chǔ)。本課程開設(shè)目的是為系統(tǒng)學習數(shù)字圖像處理、工業(yè)軟件基礎(chǔ)等后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。2．教學目標要求通過本課程的學習，使學生掌握數(shù)字信號處理的基本概念、基本理論和基本方法，對數(shù)字信號處理技術(shù)有一個較全面、系統(tǒng)的了解。

通過本課程的學習，使得學生養(yǎng)成善于理論聯(lián)系實際的習慣，將所學到專業(yè)理論知識應用于實踐當中，提高學生在實際工作中分析問題和解決問題的能力。

通過本課程的學習，為學生更進一步學習后續(xù)專業(yè)課程打下必要的基礎(chǔ)，并為學生參加工作后在創(chuàng)業(yè)實踐中的可持續(xù)發(fā)展提供必要的知識儲備。

通過本課程的學習，發(fā)展學生的智力，培養(yǎng)分析與解決問題的能力；培養(yǎng)良好的非智力素質(zhì)；培養(yǎng)科學的世界觀和方法論；培養(yǎng)創(chuàng)新思維意識和技術(shù)創(chuàng)新能力。3．教學重點難點教學重點：線性時不變離散時間系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識、數(shù)學模型（差分方程）及其求解，Z變換，離散傅立葉變換（DFT）理論及應用，快速傅立葉變換（FFT），無限長單位脈沖響應（IIR）數(shù)字濾波器設(shè)計，有限長單位脈沖響應（FIR）數(shù)字濾波器設(shè)計等內(nèi)容。教學難點：IIR數(shù)字濾波器和FIR濾波器的基本理論和設(shè)計方法4．學時分配表次序教學內(nèi)容理論課學時數(shù)實驗課學時數(shù)第一部分時域離散信號與時域離散系統(tǒng)4第二部分時域離散信號和系統(tǒng)的頻域分析42第三部分離散傅里葉變換4第四部分時域離散系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4第五部分無限脈沖響應數(shù)字濾波器的設(shè)計62第六部分有限脈沖響應數(shù)字濾波器的設(shè)計6小計284總計325．主要教法、學法教學環(huán)節(jié)主要包括：課堂講授、實驗、作業(yè)、自學指南、考試。課堂講授：采用多媒體教學與傳統(tǒng)教學相結(jié)合的教學方法。理論與實踐（實驗）緊密結(jié)合，充分利用實驗設(shè)施，提供寬松的實驗環(huán)境。實驗教學：針對課堂重點講授內(nèi)容精心設(shè)計上機實驗，首先使學生通過解決一些較為簡單的問題，牢固掌握本課程的基本理論。在此基礎(chǔ)上，通過綜合實驗提高學生設(shè)計問題、分析問題及解決問題的能力。作業(yè)：各章課后均由若干個習題，要求學生按時完成，并交教師批改。教師對學生作業(yè)中出現(xiàn)的普遍問題及時給予輔導、解答。并進一步督促學生利用課余時間提高自學能力。6．考核方式及標準考試：閉卷考試，考核教學大綱規(guī)定的應知應會部分內(nèi)容，總評成績=平時作業(yè)及考勤（10%）+實驗成績(10%)+卷面成績（80%）。二、各部分教學綱要第一部分時域離散信號與時域離散系統(tǒng)（4學時）教學目標使學生掌握離散信號與系統(tǒng)的基本概念和分析方法、離散信號頻域分析的基本概念及連續(xù)信號抽樣中的理想模型及頻譜變化規(guī)律。本部分重點線性移不變系統(tǒng)的概念；常系數(shù)線性差分方程的求解；連續(xù)信號的抽樣。本部分難點模擬信號到離散信號的頻譜變化；抽樣定理。教學內(nèi)容時域離散信號，時域離散系統(tǒng)，時域離散系統(tǒng)的輸入輸出描述法，模擬信號數(shù)字處理方法。第二部分時域離散信號和系統(tǒng)的頻域分析（4學時）教學目標了解時域離散信號的傅里葉變換的定義和性質(zhì)，掌握z變換、z反變換方法，常用z變換和z變換的性質(zhì)。熟練掌握離散系統(tǒng)函數(shù)及頻率響應。本部分重點z變換；z反變換；z變換的性質(zhì)和定理；離散系統(tǒng)函數(shù)及頻率響應。本部分重點z反變換系統(tǒng)的極零分析教學內(nèi)容時域離散信號的傅里葉變換的定義和性質(zhì)，周期序列的離散傅里葉級數(shù)及傅里葉變換表示式，序列的z變換，利用z變換分析信號和系統(tǒng)的頻響特性。第三部分離散傅里葉變換（4學時）教學目的熟練掌握數(shù)字譜分析基本方法DFT及性質(zhì)；掌握頻域抽樣定理，了解DFT的應用。本部分重點DFT；DFT的性質(zhì)；頻率域抽樣本部分難點DFT教學內(nèi)容離散博里葉變換的定義及物理意義，離散傅里葉變換的基本性質(zhì)，頻率域采樣，DFT應用舉例。第四部分時域離散系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（4學時）教學目的使學生掌握IIR及FIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)；了解同一傳遞函數(shù)可用不同的運算結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，以及這些結(jié)構(gòu)在性能上的特點。本部分重點IIR及FIR的基本結(jié)構(gòu)本部分難點IIR及FIR的基本結(jié)構(gòu)教學內(nèi)容用信號流圖表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，IIR系統(tǒng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，F(xiàn)IR系統(tǒng)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，線性相位結(jié)構(gòu)，頻率采樣結(jié)構(gòu)。第五部分無限脈沖響應數(shù)字濾波器的設(shè)計（6學時）教學目的使學生理解IIR的含義，掌握IIR的設(shè)計方法。熟練掌握應用沖激響應不變法和雙線性變換法設(shè)計數(shù)字低通濾波器。本部分重點沖激不變法，雙線性變換法本部分難點IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計方法教學內(nèi)容數(shù)字濾波器的基本概念，模擬濾波器的設(shè)計，用脈沖響應不變法設(shè)計IIR數(shù)字低通濾波器，用雙線性變換法設(shè)計IIR數(shù)字低通濾波器，數(shù)字高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計。第六部分有限脈沖響應數(shù)字濾波器的設(shè)計（6學時）教學目的使學生掌握線性相位FIR濾波器的特點，熟練掌握窗函數(shù)法。本部分重點窗函數(shù)設(shè)計法本部分難點FIR的設(shè)計方法教學內(nèi)容線性相位FIR數(shù)字濾波器的條件和特點，利用窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器，IIR和FIR數(shù)字濾波器的比較。三、教材及教學資源使用教材：高西全.數(shù)字信號處理(第3版).西安:西安電子科技大學出版社,2008．參考書目：[1]鄭君里.信號與系統(tǒng)(第3版).北京:高等教育出版社