《信号与系统》课题教学大纲

信号与系统课程教学大纲一、课程与任课教师基本信息课程名称：信号与系统课程类别：必修课 选修课总学时/周学时/学分：56/4/3.5其中实验（实训、讨论等）学时：0授课时间：1-14周授课地点：任课教师姓名： 职称：讲师所属院（系）：计算机学院适用专业班级： 联系电话：Email: 答疑时间、地点与方式：1.课前、课间和课后，一对一问答答疑；2.课后采用QQ、电子邮件方式答疑或预约到实验室进行答疑；3.课堂上针对共性问题进行统一答疑；4.答疑次数不少于7次。二、课程简介信号与系统课程是信息类学科本科生的一门专业必修课，56学时（3.5学分）。本课程为我院信息与计算科学专业学生的专业基础课程，在人才培养方案和课程体系中起着承前启后的作用。本课程主要讨论确定性信号的时域和频域分析，线性时不变系统的描述与特性，以及信号通过线性时不变系统的时域分析与变换域分析。通过本课程的学习，使学生牢固掌握信号与系统的时域、变换域分析的基本原理和基本方法，理解傅里叶变换、拉普拉斯变换、z变换的数学概念、物理概念与工程概念，掌握利用信号与系统的基本理论与方法分析和解决实际问题的基本方法，从而为信号处理、自动控制、通信等后续专业课程的学习、创新和科学研究等活动打下扎实的理论和实践基础。三、课程目标结合专业培养目标，提出本课程要达到的目标。这些目标包括：1知识与技能目标：通过本课程的学习，使学生牢固掌握信号与系统的时域、变换域分析的基本原理和基本方法，理解傅里叶变换、拉普拉斯变换、z变换的数学概念、物理概念，掌握利用信号与系统的理论与方法分析、解决实际问题的基本方法，特别要建立信号与系统的频域分析的概念以及系统函数的概念。 2过程与方法目标：在学习信号与系统的时域分析、频域分析、复频域分析、Z域分析等内容的过程中，使学生的思维和分析方法得到一定的训练，并在此基础上进行归纳和总结，以逐步形成科学的学习观和方法论，最终体验到成功学习的愉悦。特别重要的是，通过本课程的学习培养学生从多个维度去观察同一个事物的思辨能力，并尝试用类似的思维去辅助相似课程的学习。3情感、态度与价值观发展目标：通过本课程的学习，培养作为一个信息工程技术人员必须具备的坚持不懈的学习精神，严谨治学的科学态度和健康向上的价值观，为未来的学习、工作和生活奠定良好的基础。四、与前后课程的联系本课程是电子、通信、自动化类各专业的专业基础课，其先修课程是高等数学、数学分析、电路分析基础、数字电路与逻辑设计等；后继课程有通信原理、数字信号处理、现代控制理论等课程。本课程涉及的数学内容主要有微分方程、差分方程、级数、复变函数、线性代数等。五、教材选用与参考书1选用教材： 信号与系统 (第二版), 作者: 奥本海姆 (A.V. Oppenheim),译者：刘树棠, 出版社: 电子工业出版社，20132推荐参考书：1信号与系统辅导与题解宋琪等编著，华中科技大学出版社2信号与系统Matlab 综合实验谷源涛，郑君里编，高等教育出版社3 信号与系统（第三版）郑君里编，高等教育出版社六、课程进度表表1 理论教学进程表周次教学主题要点与重点要求学时1信号与系统1-1 绪言 1-2 信号的定义与数学表示1-3 信号的分类与基本运算1-4 基本的连续与离散信号：指数信号、正弦信号、单位冲激信号和单位阶跃信号1.1掌握信号与系统的基本概念 1.2掌握基本信号及其主要特性 1.3掌握信号运算及其相关波形变换1.4正确理解单位冲激信号的定义和主要性质的应用42信号与系统/线性时不变系统1-5 系统的定义与数学表示1-6 系统的性质：线性，时不变性，因果性，稳定性，记忆性1-7 系统的互联2-1 线性时不变系统的定义及其单位冲激响应2-2 用脉冲表示离散时间信号，用冲激表示连续时间信号2-3 离散时间LTI系统与卷积和1.5 掌握系统的主要性质，尤其是系统的线性和时不变特性。2.1理解线性时不变系统的定义及其单位冲激响应2.2 能用脉冲表示离散时间信号，用冲激表示连续时间信号2.3 掌握卷积运算的基本方法2.4 掌握用单位冲激响应卷积求解系统响应的原理和方法43线性时不变系统2-4 连续时间LTI系统与卷积积分2-5 LTI系统的性质及其分析2-6 用微分和差分方程描述的因果LTI系统及其方框图表示2-7 卷积意义下的单位冲激函数及其有关的奇异函数2.5掌握卷积运算的性质及利用这些性质分析LTI系统性质（1） 2.6掌握用单位冲激响应表征系统的基本特性（2） 2.7 掌握LTI系统的微分和差分方程及其方框图表示（3） 2.8 了解奇异函数的定义及其性质44周期信号的傅里叶级数表示（4） 3-1 LTI系统对复指数信号的响应（5） 3-2 连续/离散时间周期信号的傅里叶级数表示（6） 3-3 傅里叶级数的收敛（7） 3-4 连续/离散时间傅里叶级数性质（8） 3-5 傅立叶级数与LTI系统（9） 3.1 掌握周期信号傅里叶级数的表示（10） 3.2 理解傅里叶级数收敛性及其判断（11） 3.3 掌握傅立叶级数的主要性质45国庆假期国庆假期国庆假期46周期信号的傅里叶级数表示/连续时间傅里叶变换3-6 频率响应函数与滤波3-7 连续/离散滤波器举例：高通滤波器，低通滤波器和带通滤波器4-1 非周期信号的连续时间傅里叶变换（12） 3.4 掌握系统频率响应的概念及利用LTI 系统对信号进行滤波的思想3.5 熟悉频率选择性滤波器的概念及其应用（13） 4.1 掌握傅里叶变换的定义（14） 4.2 熟悉基本信号的傅立叶变换和傅立叶变换的基本性质47连续时间傅里叶变换4-2 傅立叶变换的收敛4-3 连续周期信号的傅里叶变换（15） 4.3 熟练利用基本信号的傅立叶变换和基本性质求解信号的傅立叶变换（16） 4.4 掌握周期信号的傅立叶变换及其主要特性48连续时间傅里叶变换4-4 连续时间傅里叶变换的性质：线性、时移性、微分与积分、时间与频率的尺度变换、对偶性、卷积和相乘、帕斯瓦尔定理4-5 卷积性质的应用（对应于课本第6章）：连续时间LTI系统的频域分析及举例、理想/非理想频率选择性滤波器的时频域特性（17） 4.5 理解频谱的概念（18） 4.6 掌握系统响应的频域分析方法（19） 4.7 掌握理想频率选择性滤波器的基本特性49连续时间傅里叶变换4-6 相乘性质的应用（对应于课本第7、8章）：Nyquist采样定理，信号采样与重建，欠采样与混叠，连续时间信号的离散时间处理，正弦幅度调制与解调，频分多路复用和单边带正弦幅度调制（20） 4.8 理解正弦幅度调制及同步解调的基本概念（21） 4.9 掌握从抽样信号中恢复原信号的分析方法及信号的离散处理、熟悉欠采样的效果410拉普拉斯变换5-1 拉普拉斯变换的定义及其收敛域5-2 拉普拉斯反变换5-3 拉普拉斯变换的性质（22） 5.1 了解拉普拉斯变换与傅立叶变换之间的联系（23） 5.2 熟悉并掌握基本信号的拉普拉斯变换和变换的基本性质（24） 5.3 熟练利用基本信号的拉普拉斯变换和基本性质求解信号的变换式411拉普拉斯变换5-4 用拉普拉斯变换分析和表征 LTI系统5-5 系统函数的代数属性与方框图表示5-6 单边拉普拉斯变换及应用（25） 5.4 理解并掌握系统函数的概念及其求解方法（26） 5.5 掌握利用系统函数零极点分析系统的性质和频率特性412Z变换6-1 Z变换的定义及其收敛域6-2 Z反变换6-3 Z变换的性质（27） 6.1 了解z变换、拉氏变换之间的联系（28） 6.2 掌握不同序列收敛域的特点（29） 6.3 掌握基本信号z变换及基本性质（30） 6.4 利用基本信号的z变换和基本性质求解信号的变换式（31） 6.5 掌握求逆变换的部分分式展开法413Z变换6-4 用Z变换分析和表征 LTI系统6-5 系统函数的代数属性与方框图表示6-6 单边Z变换及应用（32） 6.6 理解并掌握系统函数的概念及其各种求解方法（33） 6.7 掌握利用系统函数零极点分析系统的性质和频率特性（34） 6.8 掌握系统函数与系统框图之间的对应关系414复习4七、教学方法教学方式主要采用分课堂理论教学、课外Matlab实验项目两部分。其中，课堂理论教学主要采用启发式教学方法进行，以培养学生的分析、计算和归纳总结能力；课外Matlab实验项目由学生分成小组进行，以利用Matlab工具完成老师指定的课程实验内容，从而一方面加深对课程内容、应用场景的了解；另一方面通过小组协作来培养、锻炼学生的实践能力、团队意识和协作交流意识。八、对学生的学习要求1学习本课程的方法、策略及教育资源的利用。本课程的内容跨度较大，有连续时间信号和离散时间信号的时域分析、连续时间系统和离散时间系统的时域分析、连续时间信号与系统的频域分析、连续时间信号与系统的复频域分析、离散时间信号与系统的Z域分析等内容；物理概念较多、理论性较强、计算和求解较复杂。在学习过程中，首先要理解所学内容，其次要多练多想，最后要进行归纳总结，使所学知识条理化和系统化，达到将书“从厚读到薄”和“从薄读到厚”的理想境界。要做好笔记，老师所讲的内容和例题与教材往往不一致，是老师自己的经验总结，因此，要养成将老师所将内容与教材、参考书比较学习的习惯，以深刻理解和掌握教学内容，避免形成“上课听得懂，下课不会做”的现象。2学生必须阅读与选读的课外教学材料考虑到课程用书信号与系统(第二版)所覆盖内容已非常完善，加上本课程的学时有限，故不指定学生必须额外阅读的课外教学材料；但建议学生选读 信号与系统Matlab 综合实验一书，以锻炼利用Matlab工具完成本课程一些基础知识的验证、计算等任务。更为重要的是，熟悉Matlab工具对数学模型的描述方法、编程求解技巧，从而为后续课程打下良好的基础。3学生完成本课程每周须耗费的时间为掌握本课程的主要内容，按约1:1的比例配比课外学时（预习、复习和完成老师布置的作业），学生课外每周必须耗费的最少时间为3小时，学生完成本课程每周须耗费的最少时间为7小时。4学生的上课、实验、讨论、答疑、提交作业（论文）单元测试、期末考试的等方面的要求课前预习，坚持上课，认真听讲，做好笔记，积极参与教学互动，主动与老师探讨问题；课后认真复习，独立完成作业。勤于动脑动笔，认真演算习题，培养自己的分析和计算能力。5学生参与教学评价要求依照按学校规定，课程结束前1-2周内，按照学校统一安排，通过网上评教系统，回答调查问卷，实事求是地对本课程及任课教师的教学效果做出客观公正的评价，这是学生的应尽的责任和义务，对促进教师改进教学工作具有重要的意义，每个学生都必须参加。九、成绩评定方法及标准考核内容评价标准及要求权重课堂情况1. 评价标准： 按时上课，不得无故缺席，上课勤做笔记，积极回答问题4%完成作业1. 评价标准：能正确解答问