《信号与系统(2)》课程教学大纲

《信号与系统2》教学大纲一、课程基本信息课程名称信号与系统SignalandSystem课程编码OSI323711035开课院部海洋与空间信息学院课程团队（未设置）学分3.5课内学时60讲授52实验8上机0实践0课外学时70适用专业电子信息工程授课语言中文先修课程高等数学（2-1）、线性代数、高等数学（2-2）、电路分析、大学物理（2-1）、大学物理（2-2）、复变函数与积分变换、模拟电子技术、数字电子技术课程简介（必修）《信号与系统》是电子信息工程专业的专业核心课程之一。该课程主要研究确定信号的特性、线性时不变系统的特性、信号通过线性时不变系统的时域和变换域分析方法以及信号与系统分析方法在电子信息工程领域的应用。该课程是学习《通信原理》、《数字信号处理》、《数字图像处理》等后续课程的理论基础。此外，本课程要求学生掌握与信号与系统相关的常用专业英语词汇，熟练使用Matlab、Simulink、Multisim等工具软件用于信号与系统分析，通过查阅中外文文献完成大作业并利用PPT的形式对大作业的完成情况进行汇报和答辩。通过该课程的学习，使学生掌握信号与系统分析的基本理论及基本方法，具备对工程实际系统建立数学模型并进行求解的能力，达到与同行进行有效沟通、交流并阐述自己观点的素质培养目标。Signalsandsystemsisoneofthecorecourseofstudentsmajoredinelectronicinformationengineering.Itstudiesonthecharacteristicofthedeterministicsignalsandlineartimeinvariant(LTI)systems,thetimedomainandthetransformdomainanalysismethodsfortheresponseofLTIsystems,andtheapplicationofanalysismethodsofsignalsandsystemsinthefieldofelectronicinformationengineering.Thiscourseisthetheoreticalbasisforcoursessuchascommunicationtheory,digitalsignalprocessinganddigitalimageprocessing.Besides,studentsaredemandedtograspcommonlyusedEnglishvocabulariesrelatedwithsignalsandsystems,toapplycommonlyusedtoolsoftwaresuchasMatlab,SimulinkandMultisimtoanalyzesignalsandsystems,toaccomplishtheircomprehensiveassignmentsbyconsultingChineseandEnglishliterature,andtopresenttheirprojectsusingPPTandgiveadefenseabouttheirwork.Throughthestudyofthiscourse,studentscanmasterthebasictheoryandanalysismethodsofsignalsandsystems,andhavetheabilitytobuildandsolvemathematicalmodelsforpracticalengineeringsystems,andachievethegoalofeffectivecommunication,andpresentingandexchangingtheirownviewswithcolleagues.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：能够运用数学、自然科学和工程基础知识对电子信息工程中“信号表示”和“系统描述”选择和建立适当的数学模型并理解模型的特性和物理意义。是1.22M2目标2：熟练掌握电子信息工程问题中连续和离散线性时不变系统的时域、变换域和状态变量分析法的求解方法，分析、解释和计算信号（激励）、系统和输出（响应）及其相互之间约束关系。是1.23M3目标3：能够将信号与系统的基本理论应用于音频信号处理、数据传输系统和工业自动控制系统等复杂工程问题表达和求解。是2.24M4目标4：熟练操作信号发生器、示波器、频谱仪、万用表等仪器；熟练应用Matlab、Simulink、Multisim等工具软件对连续和离散系统建模和求解响应，能够根据用户要求设计出系统的结构组成。是5.15M5目标5：能够针对音频信号处理、数据传输系统和工业自动控制系统等方面的复杂工程问题，以口头、文稿、图表等形式，向老师和同学陈述自己的观点、展示自己的建模与求解方法并回应质疑。是10.1三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第1章第1章信号与系统本章重点难点：信号的基本运算，系统的描述及系统特性，冲激函数的定义和性质。////21.11.1绪言系统与信号的概念，信号与系统的关系，信号分析，信号处理，信号综合，系统分析，系统综合。课程思政环节：（1）由烽火台和击鼓鸣金看中国古代劳动人民的智慧；（2）由系统的组成浅谈新时代的螺丝钉精神。M1,M41讲授1课后作业31.21.2信号连续与离散、周期与非周期、实信号与复信号、能量信号与功率信号4种信号分类方法，常见信号的数学表示式。M1,M40.5讲授0.5课后作业41.31.3信号的基本运算信号的加法、乘法、反转、平移及尺度变换。M1,M41.5讲授1.5课后作业51.41.4阶跃函数和冲激函数阶跃函数和冲激函数的定义及二者关系，冲激函数的性质，利用阶跃函数简化分段函数的表达，分段连续函数的求导。M1,M42讲授2课后作业61.51.5系统的描述系统的常见描述形式，系统的分类，输入输出方程的建立，系统的框图表示，将框图转化为输入输出方程。M1,M41讲授1课后作业71.61.6系统的特性和分析方法系统线性、时不变性、因果性及稳定性的定义及判别方法，LTI（LinearTime-Invariant，线性时不变）系统特性的应用。M1,M42讲授2课后作业8第2章第2章连续系统的时域分析本章重点难点：微分方程的经典解，卷积积分的计算，卷积积分的性质，冲激函数匹配法。////92.12.1LTI连续系统的响应微分方程的经典解，0-、0+值与冲激函数匹配法，零输入响应，零状态响应，全响应。M2,M41讲授1课后作业102.22.2冲激响应及阶跃响应冲激响应的定义及求解，阶跃响应的定义及求解，冲激响应与阶跃响应间的关系，冲激响应与阶跃响应的系统属性。M2,M41讲授1课后作业112.32.3卷积积分卷积积分的定义，零状态响应的卷积积分求解法，卷积积分的图示求解法和解析法。M2,M42讲授2课后作业122.42.4卷积积分的性质卷积积分的代数运算性质、与冲激函数的卷积、移位性质、微积分性质。M2,M41讲授1课后作业13第3章第3章离散系统的时域分析本章重点难点：卷积和的定义及其性质，差分方程的经典解。////143.13.1LTI离散系统的响应差分和差分方程的定义，差分方程的迭代法、经典解法、零输入响应、零状态响应、全响应。M2,M41讲授1课后作业153.23.2单位序列和单位序列响应单位序列响应和阶跃响应的定义、求解过程及二者关系。M2,M41讲授1课后作业163.33.3卷积和卷积和的定义，零状态响应的卷积和求解法，卷积和的列表法和解析法，卷积和的性质。M2,M41讲授1课后作业17阶段性测验1阶段性测验1测试学生对第1章“绪论”、第2章“连续系统的时域分析”、第3章“离散系统的时域分析”的掌握程度。M1,M21考试1复习18第4章第4章傅里叶变换和系统的频域分析本章重点难点：周期信号的傅里叶级数，非周期信号的傅里叶变换，傅里叶变换的性质，LTI系统的频域分析，取样定理，傅里叶变换性质的灵活应用。////194.14.1信号分解为正交函数正交函数集的定义，信号的正交分解公式。M2,M41讲授1课后作业204.24.2傅里叶级数三角及指数形式的傅里叶级数分解公式，傅里叶级数的物理含义，奇、偶、奇谐等函数傅里叶级数的特点。M2,M42讲授2课后作业214.34.3周期信号的频谱周期信号单边谱、双边谱、幅度谱、相位谱的概念，周期性矩形脉冲串频谱的特点。M2,M42讲授2课后作业224.44.4非周期信号的频谱傅里叶变换的定义，部分常见信号傅里叶变换的计算。M2,M42讲授2课后作业234.54.5傅里叶变换的性质傅里叶变换的线性、奇偶性、对称性、尺度变换性质、时移性质、频移性质、卷积定理、时域微积分性质、频域微积分性质。M2,M43讲授3课后作业244.64.6周期信号的傅里叶变换两种计算周期信号傅立叶变换的方法。M2,M41讲授1课后作业254.74.7LTI系统的频域分析频率响应的定义，连续系统的频域分析方法。M2,M43讲授3课后作业26大作业大作业简易音频去噪软件的开发。学生利用课外时间进行软件开发后撰写大作业报告、制作PPT，利用课外时间组织PPT汇报和答辩。M3,M4,M50.5讲授10.5软件开发/撰写大作业报告/制作PPT/答辩274.84.8取样定理信号的取样，时域取样定理。M2,M40.5讲授0.5课后作业28实验一实验一：信号与系统分析实验箱基本模块的使用熟悉实验箱的电源模块、信号源模块、毫伏表模块、频率计模块、信号分解与合成模块、主机接口与二次开发区。M2,M42实验2撰写实验报告29实验二实验二：信号的分解与合成分析周期性矩形脉冲信号中谐波分量的构成，理解波形分解与合成原理。选做部分：（1）编制由于分析周期性矩形脉冲信号频谱的MatlabGUI程序；（2）利用Python等编程语言处理实验数据。M2,M43实验3撰写实验报告30实验三实验三：取样定理的验证研究连续信号的离散化，观察抽样脉冲参数对输出波形的影响，用实验的方法验证抽样定理。选做部分：（1）编制用于分析信号取样与恢复过程中频谱变化的MatlabGUI程序；（2）用python等编程语言处理实验数据；（3）分析取样定理中有哪些理想化条件，以及当工程应用中这些条件无法满足时奈奎斯特频率是否足够。M2,M43实验3撰写实验报告31第5章第5章连续系统的S域分析本章重点难点：拉普拉斯变换及其性质，系统的S域分析。利用拉普拉斯变换的性质进行拉普拉斯逆变换。////325.15.1拉普拉斯变换双边拉普拉斯变换的定义及收敛域，单边拉普拉斯变换，常用信号的拉普拉斯变换。课程思政环节：傅里叶、拉普拉斯和奈奎斯特等著名科学家的科学探索精神。M2,M41讲授1课后作业335.25.2拉普拉斯变换的性质拉普拉斯变换的线性、尺度变换性质、时移性质、复频移性质、时域微积分性质、卷积定理、S域微积分性质、初值和终值定理。M2,M42讲授2课后作业345.35.3拉普拉斯逆变换部分分式展开法，利用拉普拉斯变换的性质进行逆变换。M2,M42讲授2课后作业355.45.4复频域（S域）分析微分方程的S域求解法，系统函数，S域框图，电路的S域模型。M2,M42讲授2课后作业36阶段性测验2阶段性测验2测试学生对第4章“傅里叶变换和系统的频域分析”、第5章“连续系统的s域分析”的掌握程度。M21考试1复习37第6章第6章离散系统的Z域分析本章重点难点：Z变换及其性质、系统的Z域分析。离散系统的频率响应。////386.16.1Z变换z变换的定义及收敛域，常用信号的z变换。M2,M41讲授1课后作业396.26.2Z变换的性质Z变换的线性、时移性质、序列乘k性质、卷积定理、z域微分性质、z域积分性质、k域反转性质、部分和性质、初值和终值定理。M2,M41讲授1课后作业406.36.3逆Z变换部分分式展开法。M2,M41讲授1课后作业416.46.4Z域分析差分方程的z域求解，系统函数，z域框图，z域与s域的关系，离散系统的频率响应。M2,M42讲授2课后作业42第7章第7章系统函数本章重点难点：系统函数及系统特性、信号流图及梅森公式、系统因果性和稳定性的判定。////437.17.1系统函数与系统特性系统函数的零点与极点，系统函数与时域响应，系统函数与频率响应。M2,M41讲授1课后作业447.27.2系统的因果性与稳定性利用系统函数判断系统的稳定性，利用系统函数判断系统的因果性。M2,M41讲授1课后作业457.37.3信号流图系统的信号流图描述，联系信号流图与系统函数之间关系的梅森公式。课程思政环节：由方框图和信号流图浅谈规矩意识的重要性。M2,M42讲授2课后作业467.47.4系统的结构直接形式的系统结构，级联和并联形式的系统结构。M2,M41讲授1课后作业47第8章第8章系统的状态变量分析本章重点难点：状态变量及状态方程的定义、状态方程的建立。////488.18.1状态变量及状态方程状态变量的定义及状态方程的一般形式。M20.5讲授0.5课后作业，查阅往年大学生创新项目的信息498.28.2连续系统状态方程的建立连续系统状态方程的常用建立方法。M21讲授1课后作业，查阅往年大学生创新项目的信息508.38.3离散系统状态方程的建立离散系统状态方程的常用建立方法。M20.5讲授0.5课后作业，思考一个创新项目题目和主要研究内容四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1、每周布置5~6道纸质作业题目，1~2道电子版作业题目。其中的电子版作业要求学生利用Matlab、Simulink、Multisim等工具软件完成。2、成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3、纸质作业考核学生对信号与系统基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。题型包括作图题、简答题、计算题等。4、电子版作业考核学生利用Matlab、Simulink、Multisim等工具软件进行系统分析和设计的能力。10%2阶段性测验1、第1-3章结束后，安排1次随堂的阶段性测验，测验时长为50分钟。2、第4-5章结束后，安排1次随堂的阶段性测验，测验时长为50分钟。3、每次测验的成绩采用百分制。题型包括客观题、作图题、简答题、计算题等。20%3实验1、本课程含8个学时实验，分三次完成。2、成绩采用百分制，根据预习报告撰写质量、实验完成情况、实验报告撰写质量评分。3、考核学生对信号分解与合成、时域采样定理的应用能力。10%4大作业1、本课程要求利用Matlab开发一套简易的音频去噪软件。2、根据软件开发情况、大作业报告的撰写情况、PPT汇报和答辩的情况评分。10%5期末考试1、闭卷考试，成绩采用百分制。2、考核学生对信号与系统基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。题型包括专业英语考察题、作图题、简答题、简单计算题、综合计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时作业20%A-独立思考、按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确，利用Matlab、Simulink、Multisim软件求解题目的结果准确；B-独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案比较准确，利用Matlab、Simulink、Multisim软件求解题目的结果比较准确；C-独立思考、按时完成，作图基本规范，解题思路基本清晰、步骤基本完整、格式基本合理、答案基本准确，利用Matlab、Simulink、Multisim软件求解题目的结果基本准确；D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱，利用Matlab、Simulink、Multisim软件求解题目的结果错误。2M1阶段性测验30%见测验评分标准3M1期末考试50%见期末考试评分标准4M2平时作业15%A-独立思考、按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确，利用Matlab、Simulink、Multisim软件求解题目的结果准确；B-独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案比较准确，利用Matlab、Simulink、Multisim软件求解题目的结果比较准确；C-独立思考、按时完成，作图基本规范，解题思路基本清晰、步骤基本完整、格式基本合理、答案基本准确，利用Matlab、Simulink、Multisim软件求解题目的结果基本准确；D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱，利用Matlab、Simulink、Multisim软件求解题目的结果错误。5M2阶段性测验25%见测验评分标准6M2实验10%A-实验过程中认真完成实验要求，得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤叙述清楚，正确分析实验数据，从技术角度优选解决方案获得有效结论；B-实验过程中认真完成实验要求，得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤叙述比较清楚，正确分析实验数据，从技术角度优选解决方案获得比较有效的结论；C-实验过程中认真完成实验要求，不能得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤叙述清楚，没有正确分析实验数据，但是结合理论分析可以从技术角度优选解决方案获得有效的结论；D-实验过程中不能完成实验要求，不能得到正确的实验结果，不能从技术角度优选解决方案获得有效的结论。7M2期末考试50%见期末考试评分标准8M3大作业100%A-利用Matlab建立研究对象的模型正确，系统功能满足要求,设计解决音频去噪问题的实验方案合理，PPT汇报和答辩的效果好；B-利用Matlab建立研究对象的模型比较正确，系统功能比较满足要求,设计解决音频去噪问题的实验方案比较合理，PPT汇报和答辩的效果较好；C-利用Matlab建立研究对象的模型基本正确，系统功能基本满足要求,设计解决音频去噪问题的实验方案基本合理，PPT汇报和答辩的效果一般；D-利用Matlab建立研究对象的模型不正确，系统功能不能满足要求,设计解决音频去噪问题的实验方案不合理，PPT汇报和答辩的效果差。9M4平时作业70%A-独立思考、按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确，利用Matlab、Simulink、Multisim软件求解题目的结果准确；B-独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案比较准确，利用Matlab、Simulink、Multisim软件求解题目的结果比较准确；C-独立思考、按时完成，作图基本规范，解题思路基本清晰、步骤基本完整、格式基本合理、答案基本准确，利用Matlab、Simulink、Multisim软件求解题目的结果基本准确；D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱，利用Matlab、Simulink、Multisim软件求解题目的结果错误。10M4大作业30%A-利用Matlab建立研究对象的模型正确，系统功能满足要求,设计解决音频去噪问题的实验方案合理，PPT汇报和答辩的效果好；B-利用Matlab建立研究对象的模型比较正确，系统功能比较满足要求,设计解决音频去噪问题的实验方案比较合理，PPT汇报和答辩的效果较好；C-利用Matlab建立研究对象的模型基本正确，系统功能基本满足要求,设计解决音频去噪问题的实验方案基本合理，PPT汇报和答辩的效果一般；D-利用Matlab建立研究对象的模型不正确，系统功能不能满足要求,设计解决音频去噪问题的实验方案不合理，PPT汇报和答辩的效果差。11M5大作业100%A-利用Matlab建立研究对象的模型正确，系统功能满足要求,设计解决音频