现代数字信号处理-使用MATLAB分析与实现（新形态版）教学大纲

《现代信号处理》课程教学质量标准课程编号M2404131课程名称中文名:现代信号处理英文名:ModernSignalProcessing课程性质本硕贯通，选修学分2学时32开课单位信控学院适用专业电子信息工程专业先修课程数字信号处理一、课程目标教学总目标：该课程主要涉及自适应滤波器、维纳滤波器、多采样率信号处理、逆系统与反卷积、功率谱估计、时频分析及压缩感知等内容。通过该课程的学习旨在培养学生提出问题、分析问题和解决问题的科学思维和能力；帮助学生了解现代信号处理的最新技术发展趋势，并能够熟练运用所学知识分析和解决信号处理领域中的实际问题；以工程案例培养学生民族自豪感，引导学生建立正确的人生观和价值观。教学分目标：1.2（）]2.3（问题分析）]34.1（5.2（教学目标5：能够在团队中独立承担任务，合作开展工作，完成工程实践任务。[支撑本专业毕业要求9.2（个人与团队）]二、课程内容、教学方法及学时分配1.主要教学内容序号章节学时教学内容重点难点教学方法课程思政教学点备注1第1章经典数字信号处理基础41.离散时间信号和系统的时域分析离散时间信号和系统的频域分析离散傅里叶变换4.快速傅里叶变换FFTIIR数字滤波器设计FIR数字滤波器设计7.数字滤波器网络结构重点：时域采样定理DFT/FFT频谱分析，IIR/FIRFFT问题驱动式；教学法、类比教学法、。Matlab 仿真、视频展示。引入北斗卫星、“中国天眼”FAST2第2章随机信号基础2随机信号及其数学描述平稳随机信号离散平稳随机信号线性系统对随机信号的响应非平稳随机信号与时频分析问题驱动式教学法、类比教学法、Matlab通过介绍随机信号在（如心电图、脑电图）等关键领域的基础性作用，引导学生理解掌握随机信号分析对于解决复杂工程问题的重要性。、2第3章功率谱估计61.图法、相关函数法以及改建方法；AR模型的参数谱估计方AR模型的尤勒-沃-杜宾快速递Burg递推算法；MA模型、ARMA模型的谱估计方法；4.基于谐波模型的频率谱估Pisarenko谐波分解法和MUSIC分解法。重点：古典谱估计方AR问题驱动式教学法、类比教学法、Matlab仿真、视频展示。针对AR模型的参数谱估计方法，通过数据的自相关法、伯格算法、协方差法、改进协方差法中不同数据开窗方法对频率分辨率的影响，在科学研究和工程实践中，引导学生善于观察勤于思考，培养学生严谨认真的科学态度。3第4章最优滤波和自适应滤波器41.维纳滤波概述FIR维纳滤波器IR维纳滤波器4.卡尔曼滤波器概述5.卡尔曼滤波的递推算法重点：维纳滤波器的设计，卡尔曼滤波器的设计以及它们的应用。难点：维纳滤波的原理问题驱动式教学法、类比教学法、Matlab仿真、视频展示。通过对最优滤波的学习与应用，学生可以认识到技术创新对于推动社会进步的重要性。4第5章自适应滤波器41.最小均方误差（LMS)自适应DF的基本原理2.性能函数及其梯度3.LMS递推算法4.自适应数字滤波器的应用重点：自适应滤波器的设计，以及它们的应用。难点：滤波器的原理问题驱动式教学法、类比教学法、Matlab仿真、视频展示。通过对自适应滤波器的学习，了解其在通信、控制、音频、图像处理等领域的广泛应用，展示了科技创新如何改变我们的生活和工作方式。5第6章多采样率信号处理41.信号的抽取2.信号的插值3.4.5.M通道滤波器组，分析与综合6.多抽样率信号处理的应用重点：抽取和插值的时域频域波形；多项两通道滤波器组；多抽样率信号处理的应用。难点：两通道滤波器组问题驱动式教学法、类比教学法、Matlab仿真、视频展示。利用多抽样率信号处理理论，可以提高数据传输效率，改善音频和视频质量等。这强调了理论学习与实际应用相结合的重要性，培养学生的实践能力和解决实际问题的能力。6第7章时频分析41.时频分析的基本概念2.短时傅里叶变换3.小波分析4.小波展开与小波变换5.小波变换与多分辨分析6.7.基于小波的信号处理8.利用MATLAB重点：短时傅里叶变换和小波变换的原理、对比；小波变换的分解与重构算法；小波变换的应用。难点：小波变换与多分辨分析，小波变换分解与重构算法问题驱动式教学法、类比教学法、Matlab仿真、视频展示。基于“小波变换”的轴承故障诊断案例：轴承故障诊断技术可以减少如“风力发电机”因轴承故障导致的资源浪费和环境污染。引发对环保意识和可持续发展的讨论，引导学生关注环境保护和资源利用问题。7第8章压缩感知41.传统采样理论2.压缩感知理论的提出3.信号的稀疏表示4.观测矩阵的设计5.信号重构6.压缩感知应用重点：压缩感知基础知识，信号的稀疏表示，观测矩阵的设计以及信号重构。难点：信号的稀疏表示，观测矩阵的设计问题驱动式教学法、类，比教学法、Matlab仿真、视频展示。压缩感知技术通过创新性的信号处理方式，突破了传统采样定理的限制。学生学习这项技术，可以认识到技术创新对于推动社会进步的重要性，激发创新意识和科研热情。合计32三、师资队伍1四、教材及教材参考1．主体教材MATLAB）20262．教学参考（1）现代信号处理（第二版），胡广书，清华大学出版社，2015（2）现代信号分析和处理，张旭东，清华大学出版社，2018（3）现代信号处理（第三版），张贤达，清华大学出版社，2015（4）信号处理教程，张玲华，人民邮电出版社，2020五、教学组织1.教学构思本课程是电子信息专业的本硕贯通选修课程，主要内容是电子信息系统信号处理的基本原2.教学策略本课程采用理论教学和实践案例相结合，课内讲授与线上自主学习相结合的教学策略。3.教学方法与手段4.课程服务六、课程考核评分标准：百分制线上考核（60%）+线下考核（40%）。1.线上考核（60%），包括线上平时（40%）+线上考试（20%），具体如下：（1）线上平时（40%）线上章节作业20%+线上章节测试20%（2）线上考试20%2.线下探究课题（40%）探究课题研讨表现20%及探究课题报告20%七、说明（1）先修课程要求（2）适用专业范围（3）学分和学时本课程教学质