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1、 信号与系统研究性教学方案 陈后金 hjchen 2010年6月 课程基本信息 课程编号：1000381 适用专业：电子信息类专业 学分数： 4学分 学时数： 56+8+16=80 其中：56学时理论教学 8 学时实验教学 16学时研究性教学 研究性教学基本要求 以实际问题为载体，以小组为单位，对信号与系 统分析的相关内容进行专题实验和研讨，激发学生 的学习兴趣，增强理论联系实际的能力。 充分发挥学生的主观能动性，学生可以自主选题 ，然后查阅相关资料，制定解决问题的方案，软件 或硬件实现，最后总结整理、交流评价。 培养学生发现问题、提炼问题、分析和解决问题 的能力，以及团队协作精神。 研究性教
2、学实施方案 优化课程 体系结构 重点难点 分析与 素材设计 基于问题 驱动的研 究性教学 面向工程 实际的 案例教学 教学难点 教学素材 教学重点 复频域分析 教学案例 频域分析 教学案例 时域分析 教学案例 信号与系统 复频域分析 信号与系统 时域分析 信号与系统 频域分析 掌握知识 提高能 力 问题提出 问题分析 问题解决 问题延伸 掌握知识 提高能 力 第1章 信号与系统分析导论 信号与系统分析导论(2) 信号描述及分类系统描述及分类 信号 的 描述 信号 的 分类 系统 分析 该述 系统 的 描述 系统 的 分类 信号 系统 应用 线性 系统 特性 非时变 系统 特性 信号 分析 概述
3、 信号与系统关系 信号与系统分析导论 信号的描述与分类系统的描述与分类信号与系统关系 (1) 什么是系统？ 如何描述系统？ (2) 日常生活中接触过哪些系统？ (3) 如何对系统进行分类？ (4) 如何判断线性非时变系统？ (1) 什么是信号？如何描述信号？ (2) 日常生活中接触过哪些信号？ (3) 如何对信号进行分类？ (4) 各类信号的本质区别是什么？ (1) 信号分析的主要内容和基本方法是什么？ (2) 系统分析的主要内容和基本方法是什么？ (3) 信号与系统的相互关系是什么？ 第1章 信号与系统分析导论 信号的时域分析(6学时) 连续时间信号(3学时) 时域 描述 基本 运算 离散时
4、间序列(2学时) 信号的分解(1学时) 时域 描述 基本 运算 直 流 分 量 与 交 流 分 量 奇 分 量 与 偶 分 量 实 部 分 量 与 虚 部 分 量 连续 信号 分解 为 冲激 信号 的 线性 组合 离散 信号 分解 为 脉冲 信号 的 线性 组合 第2章 信号的时域分析 连续时间信号时域分析模块 基本信号 信号分解 (1)什么是普通信号，什么是奇异信号？ (2)单位冲激信号的作用和物理含义？ (3)单位阶跃信号的作用和物理含义？ (1)连续时间信号的基本运算包括哪些？ (2) 微积分运算是否互为逆运算？ (3)如何利用基本信号表示方波，三角波 等信号？ 基本运算 1.连续时间信
5、号的时域分解有哪几种方法？ 2.连续时间信号表示为冲激信号的线性叠加有何实际意义？ 第2章 信号的时域分析 离散时间信号时域分析模块 (1)为什么说实指数序列、虚指数序列和 正弦序列是复指数序列的特例？ (2)单位脉冲序列的作用和物理含义？ (3)单位阶跃序列的作用和物理含义？ (1)离散时间序列的基本运算包括哪些？ (2)离散时间序列的内插和抽取与连续 时间信号的展缩有何异同？ (3)离散时间序列的内插和抽取 是否互为逆运算？ 1.离散时间信号的时域分解有哪几种方法？ 2.离散时间信号表示为单位脉冲序列的线性叠加有何实际意义？ 基本信号 信号分解基本运算 第2章 信号的时域分析 第2章 信号
6、的时域分析 重点： (1) 基本信号的时域描述和特性，尤其是(t)的特性。 (2) 信号的时域运算 (3) 利用基本信号表示任意信号。 (4) 任意信号x(t)分解为冲激信号(t)的线性组合 (5) 任意信号xk分解为脉冲序列k的线性组合 难点： (1)冲激信号(t)及其特性 (2)任意信号x(t)分解为冲激信号(t)的线性组合 研讨问题 题目1：基本信号的产生，语音的读取与播放 (1)生成一个正弦序列，讨论数字频率变化与波形变化的规律； (2)观察一定时期内的股票上证指数变化，生成模拟其变化的指 数信号， (3)录制一段音频信号，进行音频信号的读取与播放， 题目2：语音信号的翻转、展缩（信号
7、的基本运算） (1)将原始音频信号在时域上进行延展、压缩， (2)将原始音频信号在频域上进行幅度放大与缩小， (3)将原始音频信号在时域上进行翻转， 第2章 信号的时域分析 课堂讨论： (1)信号时域分析的基本方法是什么? (2)信号时域分析存在什么问题? 第2章 信号的时域分析 系统的时域分析(6) 连续系统的时域分析(3) 离散系统的时域分析(3) 系统 时域 描述 系统零输 入、零状 态响应、 单位冲激 响应 卷积 积分 系统 时域 描述 系统零输 入、零状 态响应、 单位脉冲 响应 卷积 和 第3章 系统的时域分析 连续系统时域分析模块 系统时域描述 系统响应分析 卷积积分 (1)卷积
8、积分的意义？ (2)卷积积分的计算？ (3)卷积积分的特性？ 描述连续时间LTI系统输入输出 约束关系的微分方程有何特点？ (1) 连续系统零输入响应取决于系统哪些要素？ (2) 连续系统零状态响应的理论基础是什么？ (3) 连续系统单位冲激响应的计算及其物理意义? 第3章 系统的时域分析 离散系统时域分析模块 系统时域描述 系统响应分析 卷积和 (1)卷积和的意义？ (2)卷积和的计算？ (3)卷积和的特性？ 描述离散时间LTI系统输入输出 约束关系的差分方程有何特点？ 第3章 系统的时域分析 (1) 离散系统零输入响应取决于系统哪些要素？ (2) 离散系统零状态响应的理论基础是什么？ (3
9、) 离散系统单位脉冲响应的计算及其物理意义? 重点： (1) 理解使用常系数微分方程和常系数差分方程描述连续 时间LTI系统和离散时间LTI系统。 (2) 系统响应重点研究仅由系统初始状态产生的零输入响 应和仅由激励信号产生的零状态响应。 (3) 单位冲激响应h(t)及单位脉冲响应hk的理解与求解。 难点： 卷积是求解系统零状态响应的重要工具，也是课程的 难点之一。学习时注意认真领会和掌握卷积积分与卷积和 的图形计算，这是掌握卷积的关键。 第3章 系统的时域分析 问题研讨 题目3：系统响应时域求解 (1)求实际RLC电路的零输入响应和零状态响应。 (2)将原始音频信号中混入噪声，然后用M点滑动
10、平均系统对受 噪声干扰的信号去噪，改变M点数，比较不同点数下的去噪 效果。 题目4：连续信号卷积的近似计算 近似于 (1)用不同的D计算出卷积的数值近似值，并与理论结果比较。 (2)若x(t)和h(t)不是时限信号，则用上面的方法进行近似计算会 遇到什么问题？给出一种解决问题的方案。 第3章 系统的时域分析 课堂讨论： (1)系统时域分析的基本方法是什么? (2)系统时域分析存在什么问题? 第3章 系统的时域分析 信号的频域分析(12) 连续周期 频谱 及其 特性 CFS 性质 连续非周期离散周期离散非周期 频谱 及其 特性 常见 信号 频谱 频谱 及其 特性 DFS 性质 频谱 及其 特性
11、DTFT 性质 CTFT 性质 连续信号 (9) 离散信号(3) 第4章 信号的频域分析 连续信号频域分析模块 周期信号 非周期信号 (1) 为什么要进行时域抽样? (2) 如何实现信号的时域抽样? (3) 抽样信号频谱有什么特点? (4) 抽样定理的内涵是什么? (5) 时域抽样会遇到什么实际问题? (1) CFS的数学与物理含义是什么？ (2)具有对称特性偶周期信号的Fourier 系数有何特点？ (3)连续周期信号频谱有何特点？ 其谱线间隔与什么有关？ (4)如何定义信号的有效带宽？ (1) CTFT的数学概念和物理概念是什么？ (2) 连续非周期信号频谱有何特点？相比于连续周期信号，其
12、频谱有何异同？ (3) Fourier变换性质反映了时域与频域怎样的对应关系？ (4)如何计算连续非周期信号的频谱？ 时域抽样 第4章 信号的频域分析 离散信号频域分析模块 周期信号 非周期信号 (1) 为什么要进行频域抽样? (2) 频域抽样所对应时域信号有什么特点? (3) 频域抽样定理的内涵是什么? (4) 频域抽样会遇到什么实际问题? (1) DFS的数学与物理含义是什么？ (2)具有对称特性偶周期信号的Fourier 系数有何特点？ (3)离散周期信号频谱有何特点？ 其谱线间隔与什么有关？ (1) DTFT的数学概念与物理概念是什么？ (2) 离散非周期信号频谱有何特点？相比于离散周
13、期信号，其频谱有何异同？ (3) DTFT性质反映了时域与频域怎样的对应关系？ (4)如何计算离散非周期信号的频谱？ 频域抽样 第4章 信号的频域分析 重点： (1) 四类信号频谱的概念及特点。 (2) 连续时间周期信号频谱的计算。 (3) 常见连续时间信号的频谱。 (4) 连续时间信号Fourier变换的基本性质。 (5) 连续时间非周期信号频谱的计算。 (6) 离散时间周期信号、非周期信号频谱的计算。 难点： (1)信号频谱概念的建立。 (2)连续非周期信号频谱的计算。 第4章 信号的频域分析 问题研讨 题目1：分析音阶的频谱 (1) 录制你所喜欢乐器弹奏的音阶,并存为wav格式。 (2)
14、 对所采集的音阶信号进行频谱分析,比较各音阶的频谱。 题目2： 男生女生声音信号的转换 (1) 采集wav格式的男女生语音信号。 (2) 对所采集的男女生信号分析其频谱，并比较频谱特点。 (3) 实现男生女生声音信号的转换。 第4章 信号的频域分析 问题研讨 题目3：信号时域抽样引起的混叠 研究sin(2pf0t)的抽样，抽样频率fs=8kHz，抽样时间1 秒钟。 (1)对频率为2kHz, 2.2 kHz, 2.4 kHz和 2.6 kHz正弦信号抽样，利 用sound(x, fs)播放这四个不同频率的正弦信号。 (2)对频率为7.2 kHz, 7.4 kHz, 7.6 kHz和 7.8 kH
15、z正弦信号抽样， sound(x, fs)播放这四个不同频率的正弦信号。 (3)比较(1)和(2)的实验结果，解释所出现的现象。 第4章 信号的频域分析 课堂讨论： (1)信号频域分析的基本方法是什么? (2)四类信号的频谱有何特点?时域和频域存在什么对应关系? (2)信号频域分析存在什么问题? (3)对带通信号的抽样，抽样频率如何确定? 第4章 信号的频域分析 系统的频域分析(8) 连续系统的频域分析(5) 离散系统的频域分析(3) 系统 频域 描述 响应 频域 分析 两类 典型 系统 正弦 信号 周期 信号 非 周期 信号 系统 频域 描述 响应 频域 分析 两类 典型 系统 正弦 信号
16、周期 信号 非 周期 信号 第5章 系统的频域分析 连续系统频域分析模块 系统频域描述 响应频域分析 两类典型系统 (1)什么是无失真传输系统? 其有何理论意义? (2) 为什么在频域称系统为滤波器? (3) 两类系统的时域与频域有何特性? (4) 如何理解信号与系统的频率匹配? (1) 连续系统频率响应的物理含义 及工程概念是什么? (2) 虚指数信号通过系统，其零状态 响应有什么特点？ (3) 如何计算连续系统频率响应？ (1)正弦信号通过连续系统，其稳态响应有什么特点？ (2)周期、非周期信号通过系统，其零状态响应频域分析的基本方法是什么？ (3)连续系统响应的时域分析与频域分析有何区别与联系? 第5章 系统的频域分析 离散系统频域分析模块 系统频域描述 响应频
