《数字信号处理》课程教学大纲 课程名称:数字信号处理 课程代码:TELE2138 英文名称:Digital Signal Processing 课程性质:专业必修课程 学分/学时:3/54(讲课48,实验6) 开课学期:第5学期 适用专业:通信工程,信息工程,电子信息工程 先修课程:高等数学、线性代数、复变函数、信号与系统 后续课程:通信原理、多媒体处理技术、自动控制原理等 开课单位:电子信息学院 课程负责人:俞一彪 大纲执笔人:胡剑凌 大纲审核人:俞一彪 一、 课程性质和教学目标 课程性质:《数字信号处理》是通信工程、电子信息工程、信息工程等电子与电气信息类专 业最为重要的专业基础课之一。它从理论上建立了完整的对离散信号和离散系统的分析方法 和系统模型,从时域和变换域等多个角度为信号与系统的分析与求解提供了系统而有效的解 决方案,同时给出了多种滤波器的设计和计算方法。数字信号处理是理论性和工程性都很强 的学科,该课程注重“数字信号处理”的理论与工程应用的紧密结合,使学生深入理解信 号处理的内涵和实质。 教学目标:本课程以离散时间信号与系统作为对象,研究对信号进行各种处理和利用的技术。 通过对离散时间傅立叶级数、离散时间傅立叶变换和z变换的学习,掌握离散时间系统时域、 频域的描述方法,包括差分方程描述、框图与流图描述、系统极零点的描述、系统函数、单 位脉冲响应和系统频率响应,并掌握各种描述方法之间的相互转换和求解:理解拉氏变换、 傅氏变换与z变换的关系。通过对信号在时域采样和频域采样理论的学习,掌握连续时间信 号与离散时间信号、周期信号与非周期信号之间的内在联系,及对连续时间信号进行离散时 间处理的基本思想和方法:掌握使用离散傅里叶变换进行数字信号处理的基本技术,掌握离 散傅里叶变换的快速算法。掌握数字滤波器的常用结构形式及滤波器设计的基本理论,理解 数字滤波器参数的物理概念。本课程的具体教学目标如下: 1.掌握数字信号处理的理论和知识体系所需的基本数理知识,并能将信号处理理论用于描 述和分析实际系统的解决方案;【1-4】 2.具备数字信号处理的基础知识,能使用数学、自然科学、工程基础和专业知识分析实际 工程中的结构、信号等相关具体问题:【23】 3.具备对常用信号、线性系统的特性、功能及应用进行分析和理解的基础能力,能够理解 滤波器、调制解调系统以及信号的时频特性和基本构成原理,能够对实际工程问题和应 用对象进行方案分析:【23】 具备对数字信号处理的分析能力,能运用基本原理、数理工具和工程方法,完成电子通 信领域相关的复杂工程问题与系统单元、过程的描述与设计:【31】
《数字信号处理》课程教学大纲 课程名称:数字信号处理 课程代码:TELE2138 英文名称:Digital Signal Processing 课程性质:专业必修课程 学分/学时:3/54(讲课 48,实验 6) 开课学期:第 5 学期 适用专业:通信工程,信息工程,电子信息工程 先修课程:高等数学、线性代数、复变函数、信号与系统 后续课程:通信原理、多媒体处理技术、自动控制原理等 开课单位:电子信息学院 课程负责人:俞一彪 大纲执笔人:胡剑凌 大纲审核人:俞一彪 一、 课程性质和教学目标 课程性质:《数字信号处理》是通信工程、电子信息工程、信息工程等电子与电气信息类专 业最为重要的专业基础课之一。它从理论上建立了完整的对离散信号和离散系统的分析方法 和系统模型,从时域和变换域等多个角度为信号与系统的分析与求解提供了系统而有效的解 决方案,同时给出了多种滤波器的设计和计算方法。数字信号处理是理论性和工程性都很强 的学科, 该课程注重“数字信号处理”的理论与工程应用的紧密结合 , 使学生深入理解信 号处理的内涵和实质。 教学目标:本课程以离散时间信号与系统作为对象,研究对信号进行各种处理和利用的技术。 通过对离散时间傅立叶级数、离散时间傅立叶变换和 z 变换的学习,掌握离散时间系统时域、 频域的描述方法,包括差分方程描述、框图与流图描述、系统极零点的描述、系统函数、单 位脉冲响应和系统频率响应,并掌握各种描述方法之间的相互转换和求解;理解拉氏变换、 傅氏变换与 z 变换的关系。通过对信号在时域采样和频域采样理论的学习,掌握连续时间信 号与离散时间信号、周期信号与非周期信号之间的内在联系,及对连续时间信号进行离散时 间处理的基本思想和方法;掌握使用离散傅里叶变换进行数字信号处理的基本技术,掌握离 散傅里叶变换的快速算法。掌握数字滤波器的常用结构形式及滤波器设计的基本理论,理解 数字滤波器参数的物理概念。本课程的具体教学目标如下: 1. 掌握数字信号处理的理论和知识体系所需的基本数理知识,并能将信号处理理论用于描 述和分析实际系统的解决方案;【1-4】 2. 具备数字信号处理的基础知识,能使用数学、自然科学、工程基础和专业知识分析实际 工程中的结构、信号等相关具体问题;【2-3】 3. 具备对常用信号、线性系统的特性、功能及应用进行分析和理解的基础能力,能够理解 滤波器、调制解调系统以及信号的时频特性和基本构成原理,能够对实际工程问题和应 用对象进行方案分析;【2-3】 4. 具备对数字信号处理的分析能力,能运用基本原理、数理工具和工程方法,完成电子通 信领域相关的复杂工程问题与系统单元、过程的描述与设计;【3-1】
5.具备基于Matlab平台进行信号处理算法分析和设计的能力。【4-3】 二、 课程目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程目标 1、工程知识 1-4理解系统的概念及其在通信领域的体现, 教学目标1 能将专业知识用于描述和分析通信复杂工程 问题的解决方案 23能运用基本原理分析复杂工程问题,以获 2、问题分析 教学目标2和3 得有效结论 3、设计/开发解决方 31能利用专业知识,根据给定的设计指标, 案 教学目标4 设计通信领域的单元或过程 4、研究 4-3能根据实验方案构建实验系统,进行实验教学目标5 三、课程教学内容及学时分配(重点内容:★:难点内容:△) 1、介绍(4学时)(支撑课程目标1) 1)课程介绍 2)信号与系统的概念 3)数字信号处理系统构成 4)数字信号处理的优点和应用 5)频率的概念 6)采样定理 7)ADC和DAC ◇目标及要求: 1)清楚本课程的主要教学目标和教学内容,考核方式★ 2)了解:什么是数字信号处理,与传统的模拟技术相比存在哪些特点。数字信号 处理的应用领域。它的发展概况和发展趋势。 3)加深理解信号与频率之间的关系★△: 4)掌握采样定理,能针对指定信号设置合适的采样频率★△ ◇ 作业内容: 强化采样定理的应用。 令讨论内容: 采样对信号的影响,不同信号如何选择合适的采样频率。 令自学拓展: 带通信号的采样,采样信号的量化。 2、离散时间信号与系统(9学时)(支撑课程目标1、2) 1)离散时间信号的表示 2)离散时间信号的计算,线性卷积 3)离散时间系统的线性、时不变性、因果性和稳定性 4)IR和FHR系统
5. 具备基于 Matlab 平台进行信号处理算法分析和设计的能力。【4-3】 二、 课程目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程目标 1、工程知识 1-4 理解系统的概念及其在通信领域的体现, 能将专业知识用于描述和分析通信复杂工程 问题的解决方案 教学目标 1 2、问题分析 2-3 能运用基本原理分析复杂工程问题,以获 得有效结论 教学目标 2 和 3 3、设计/开发解决方 案 3-1 能利用专业知识,根据给定的设计指标, 设计通信领域的单元或过程 教学目标 4 4、研究 4-3 能根据实验方案构建实验系统,进行实验 教学目标 5 三、 课程教学内容及学时分配(重点内容:;难点内容:) 1、 介绍(4 学时)(支撑课程目标 1) 1) 课程介绍 2) 信号与系统的概念 3) 数字信号处理系统构成 4) 数字信号处理的优点和应用 5) 频率的概念 6) 采样定理 7) ADC 和 DAC 目标及要求: 1) 清楚本课程的主要教学目标和教学内容,考核方式 2) 了解:什么是数字信号处理,与传统的模拟技术相比存在哪些特点。数字信号 处理的应用领域。它的发展概况和发展趋势。 3) 加深理解信号与频率之间的关系; 4) 掌握采样定理,能针对指定信号设置合适的采样频率 作业内容: 强化采样定理的应用。 讨论内容: 采样对信号的影响,不同信号如何选择合适的采样频率。 自学拓展: 带通信号的采样,采样信号的量化。 2、 离散时间信号与系统(9 学时)(支撑课程目标 1、2) 1) 离散时间信号的表示 2) 离散时间信号的计算,线性卷积 3) 离散时间系统的线性、时不变性、因果性和稳定性 4) IIR 和 FIR 系统
5)Z变换 6)系统函数和差分方程 7)系统结构 目标及要求: 1)掌握常用典型序列:单位脉冲序列、单位阶跃序列、矩形序列、实指数序列、 复指数序列及其基本运算,会计算周期性序列的周期、实序列的奇偶部分:★ 2)能计算线性卷积: 3)能对离散时间系统的线性、时不变性、因果性和稳定性进行分析:★△ 4)掌握z变换及其性质,z变换的收敛域,能进行z变换计算和基于部 分分式法的z反变换计算;★ 5)能用z变换对系统进行建模,对信号和系统进行频域分析:★△ 6)掌握系统的不同时、频域描述方法,能用系统函数、差分方程和系统结构等方 式对系统进行描述和分析。★△ 令作业内容: 信号的描述,信号的基本运算,线性卷积计算,系统的线性、时不变性、因果性和 稳定性的判断,z变换及其逆变换,基于z变换的信号与系统分析,系统函数、差 分方程和系统结构的相互转换。 令讨论内容: 线性移不变系统的因果性和稳定性分析。 ◇自学拓展: 能量信号与功率信号的特点。 3、傅立叶变换和谱分析(8学时)(支撑课程目标2、3、4) 1)离散信号的傅立叶变换-离散时间傅立叶变换(DTFT) 2)DTFT的性质 3)LS系统的频率响应 4)零极点的影响 5)离散信号谱与连续信号谱之间的关系 6)频谱分析与应用 ◇目标及要求: 1)理解序列的傅立叶变换的正反变换的定义,能正确使用定义式求解一些简单序 列的傅立叶变换:★ 2)掌握序列的傅立叶变换的性质:周期性、线性性、时移和频移性、共轭对称性、 时域卷积定理、频域卷积定理、帕斯瓦尔定理:能够证明其中的时移性、频移 性、共轭对称性、时域卷积定理,特别注意共轭对称性的分析:★ 3)掌握常用序列的DTFT,能够使用常用序列的DTFT和DTFT的性质来求解一些 序列的DTFT: 4)掌握LS1系统的频率响应,能根据系统的零极点对系统特性进行分析: 5)掌握时域离散信号的傅里叶变换与模拟信号傅里叶变换的关系,拉氏 变换与z变换的关系,DTFT与z变换的关系;★△ 6)能用DTFT对信号进行谱分析★△ 令作业内容: 序列的DTFT计算,DTFT性质的应用,系统零极点的分析,连续信号谱和离散信号 谱的关系,利用DTFT进行信号谱分析
5) Z 变换 6) 系统函数和差分方程 7) 系统结构 目标及要求: 1) 掌握常用典型序列:单位脉冲序列、单位阶跃序列、矩形序列、实指数序列、 复指数序列及其基本运算,会计算周期性序列的周期、实序列的奇偶部分; 2) 能计算线性卷积; 3) 能对离散时间系统的线性、时不变性、因果性和稳定性进行分析; 4) 掌握 z 变换及其性质,z 变换的收敛域,能进行 z 变换计算和基于部 分分式法的 z 反变换计算; 5) 能用 z 变换对系统进行建模,对信号和系统进行频域分析; 6) 掌握系统的不同时、频域描述方法,能用系统函数、差分方程和系统结构等方 式对系统进行描述和分析。 作业内容: 信号的描述,信号的基本运算,线性卷积计算,系统的线性、时不变性、因果性和 稳定性的判断,z 变换及其逆变换,基于 z 变换的信号与系统分析,系统函数、差 分方程和系统结构的相互转换。 讨论内容: 线性移不变系统的因果性和稳定性分析。 自学拓展: 能量信号与功率信号的特点。 3、 傅立叶变换和谱分析(8 学时)(支撑课程目标 2、3、4) 1) 离散信号的傅立叶变换-离散时间傅立叶变换(DTFT) 2) DTFT 的性质 3) LSI 系统的频率响应 4) 零极点的影响 5) 离散信号谱与连续信号谱之间的关系 6) 频谱分析与应用 目标及要求: 1) 理解序列的傅立叶变换的正反变换的定义,能正确使用定义式求解一些简单序 列的傅立叶变换; 2) 掌握序列的傅立叶变换的性质:周期性、线性性、时移和频移性、共轭对称性、 时域卷积定理、频域卷积定理、帕斯瓦尔定理;能够证明其中的时移性、频移 性、共轭对称性、时域卷积定理,特别注意共轭对称性的分析; 3) 掌握常用序列的 DTFT,能够使用常用序列的 DTFT 和 DTFT 的性质来求解一些 序列的 DTFT; 4) 掌握 LSI 系统的频率响应,能根据系统的零极点对系统特性进行分析; 5) 掌握时域离散信号的傅里叶变换与模拟信号傅里叶变换的关系,拉氏 变换与 z 变换的关系,DTFT 与 z 变换的关系; 6) 能用 DTFT 对信号进行谱分析 作业内容: 序列的 DTFT 计算,DTFT 性质的应用,系统零极点的分析,连续信号谱和离散信号 谱的关系,利用 DTFT 进行信号谱分析
令讨论内容: 短时DTFT的性质与应用。 令自学拓展: 小波变换。 4、离散傅里叶变换(DT)和快速算法(8学时)(支撑课程目标3、4) 1)离散傅立叶级数(DS) 2)离散傅立叶变换(DFT) 3)频率和时间分辨率 4)快速傅立叶变换(FFT) 5)DFT的应用 ◇目标及要求: 1)了解离散傅里叶级数及其基本性质,掌握周期卷积 2)理解离散傅里叶变换的物理意义及特性,掌握离散傅里叶变换、循环卷积:★△ 3)理解DFT与DTFT、ZT、DFS的关系: 4)能利用DT做连续信号的频谱分析,并理解分析过程中可能出现的混叠、泄漏、 栅栏效应、分辨率等问题及解决方法:★△ 5)掌握FFT算法,能使用基2FFT算法快速计算DFT;★ 令作业内容: DS的计算,DFT的计算,频谱分析,周期卷积、循环卷积和线性卷积,FT计算 ◇讨论内容: 使用DFT实现快速线性卷积。 ◇自学拓展: Chirp--Z变换,Goertzel变换 5、无限脉冲响应(II)滤波器(8学时)(支撑课程目标1、3、4) 1)数字滤波器的性能指标 2)IR滤波器的结构 3)巴特沃兹滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器的特性 4)脉冲响应不变法IR滤波器设计 5)双线性变换法IR滤波器设计 6)IR滤波器设计的频率变换方法 7)系数量化效应 8)IR滤波器的应用 令目标及要求: 1)掌握滤波器的主要性能指标,能在模拟滤波器和数字滤波器间进行转换: 2)掌握数字滤波器基本结构特点和表示方法:★ 3)掌握常用的模拟滤波器的特性及设计方法:★ 4)能采用脉冲响应不变法将模拟滤波器的系统函数转换为数字滤波器的系统函数, 并理解其性能和优缺点:★ 5)能采用双线性变换法将模拟滤波器的系统函数转换为数字滤波器的系统函数并 实现滤波器设计,理解其性能和优缺点:★△ 了解从低通原型求得相应的带通,高通滤波器的设计方法。△ 作业内容:
讨论内容: 短时 DTFT 的性质与应用。 自学拓展: 小波变换。 4、 离散傅里叶变换(DFT)和快速算法(8 学时)(支撑课程目标 3、4) 1) 离散傅立叶级数(DFS) 2) 离散傅立叶变换(DFT) 3) 频率和时间分辨率 4) 快速傅立叶变换(FFT) 5) DFT 的应用 目标及要求: 1) 了解离散傅里叶级数及其基本性质,掌握周期卷积; 2) 理解离散傅里叶变换的物理意义及特性,掌握离散傅里叶变换、循环卷积; 3) 理解 DFT 与 DTFT、ZT、DFS 的关系; 4) 能利用 DFT 做连续信号的频谱分析,并理解分析过程中可能出现的混叠、泄漏、 栅栏效应、分辨率等问题及解决方法; 5) 掌握 FFT 算法,能使用基 2FFT 算法快速计算 DFT; 作业内容: DFS 的计算,DFT 的计算,频谱分析,周期卷积、循环卷积和线性卷积,FFT 计算 讨论内容: 使用 DFT 实现快速线性卷积。 自学拓展: Chirp-Z 变换,Goertzel 变换 5、 无限脉冲响应(IIR)滤波器(8 学时)(支撑课程目标 1、3、4) 1) 数字滤波器的性能指标 2) IIR 滤波器的结构 3) 巴特沃兹滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器的特性 4) 脉冲响应不变法 IIR 滤波器设计 5) 双线性变换法 IIR 滤波器设计 6) IIR 滤波器设计的频率变换方法 7) 系数量化效应 8) IIR 滤波器的应用 目标及要求: 1) 掌握滤波器的主要性能指标,能在模拟滤波器和数字滤波器间进行转换; 2) 掌握数字滤波器基本结构特点和表示方法; 3) 掌握常用的模拟滤波器的特性及设计方法; 4) 能采用脉冲响应不变法将模拟滤波器的系统函数转换为数字滤波器的系统函数, 并理解其性能和优缺点; 5) 能采用双线性变换法将模拟滤波器的系统函数转换为数字滤波器的系统函数并 实现滤波器设计,理解其性能和优缺点; 6) 了解从低通原型求得相应的带通,高通滤波器的设计方法。 作业内容:
滤波器性能指标的计算,滤波器结构及相互转换,模拟滤波器参数分析,滤波器的 设计。 女讨论内容: 川R滤波器的相位特性。 ◇自学拓展: 非低通IR滤波器的实现。 6、有限脉冲响应(F1R)滤波器(9学时)(支撑课程目标1、3、4) 1)FHR滤波器的性质 2)窗函数设计法 3)利用凯泽窗设计FHR滤波器 4)频率采样设计法 5)等波纹逼近优化设计方法 6)系数量化效应 )1R滤波器的应用 ◇目标及要求: 1)掌握FIR滤波器线性相位的条件,并能对FIR的线性相位条件进行判断:★ 2)掌握HR滤波器的零点性质及结构性零点,掌握四种线性相位FHR滤波器及它们 各适合设计哪些选频滤波器:★ 3)能使用窗函数法设计HR滤波器,理解不同窗函数对滤波器性能的影响:★△ 4)掌握频率采样法设计1R滤波器,了解采样点数和过渡带采样点对滤波器性能 的影响:△ 5)了解FIR滤波器的最优化设计准则:△ 6)理解IIR及FIR滤波器的优缺点。 令作业内容: 线性相位的判断,窗函数的计算,FIR滤波器的设计。 ☆讨论内容: 利用滤波器进行谐波信号增强。 ◇自学拓展: 频率采样法过渡带采样点的确定,等波纹逼近优化设计方法的实现。 7、希尔伯特变换和多采样率信号处理(2学时)(支撑课程目标1) 1)连续信号的希尔伯特变换和离散信号的希尔伯特变换 2)内插和抽取 令目标及要求: 1)了解希尔伯特变换及其在信号处理和通信中的应用: 2)了解信号的采样率变换方法及其在上、下变频中的应用: 女 作业内容: 无 讨论内容: 无 令自学拓展: 离散希尔伯特变换的实现
滤波器性能指标的计算,滤波器结构及相互转换,模拟滤波器参数分析,滤波器的 设计。 讨论内容: IIR 滤波器的相位特性。 自学拓展: 非低通 IIR 滤波器的实现。 6、 有限脉冲响应(FIR)滤波器(9 学时)(支撑课程目标 1、3、4) 1) FIR 滤波器的性质 2) 窗函数设计法 3) 利用凯泽窗设计 FIR 滤波器 4) 频率采样设计法 5) 等波纹逼近优化设计方法 6) 系数量化效应 7) FIR 滤波器的应用 目标及要求: 1) 掌握 FIR 滤波器线性相位的条件,并能对 FIR 的线性相位条件进行判断; 2) 掌握 FIR 滤波器的零点性质及结构性零点,掌握四种线性相位 FIR 滤波器及它们 各适合设计哪些选频滤波器; 3) 能使用窗函数法设计 FIR 滤波器,理解不同窗函数对滤波器性能的影响; 4) 掌握频率采样法设计 FIR 滤波器,了解采样点数和过渡带采样点对滤波器性能 的影响; 5) 了解 FIR 滤波器的最优化设计准则; 6) 理解 IIR 及 FIR 滤波器的优缺点。 作业内容: 线性相位的判断,窗函数的计算,FIR 滤波器的设计。 讨论内容: 利用滤波器进行谐波信号增强。 自学拓展: 频率采样法过渡带采样点的确定,等波纹逼近优化设计方法的实现。 7、 希尔伯特变换和多采样率信号处理(2 学时)(支撑课程目标 1) 1) 连续信号的希尔伯特变换和离散信号的希尔伯特变换 2) 内插和抽取 目标及要求: 1) 了解希尔伯特变换及其在信号处理和通信中的应用; 2) 了解信号的采样率变换方法及其在上、下变频中的应用; 作业内容: 无 讨论内容: 无 自学拓展: 离散希尔伯特变换的实现
8、 实验(6学时)(支撑课程目标4和5) 序 实验项目名称 目的要求 学时 实验类 每组 必开、 号 分配 型 人数 选开 1 基于DT的信号分 能对给出的信号利用傅里 3 设计型 1 必开 析与检测 叶变换技术进行信号特征 分析及相关检测,并根据 信号特点和实验要求选择 合理的参数 2 基于滤波的信号处 在对给出信号进行分析的 3 设计型 y 必开 理技术 基础上,根据信号特点和 实验要求确定合理的滤波 器参数并完成滤波器设 计,进而使用所设计的滤 波器完成信号处理 四、教学方法 授课方式:a.理论课(讲授核心内容、总结、按顺序提示今后内容、答疑、公布习题和 课外拓展学习等):b.讨论课(根据布置内容安排学生进行讨论):c.课后练习(按照理论内 容进行):d.实验环节(根据理论课教学内容,要求学生学会相应的Matlab命令和函数,编 写相应的处理程序完成实验任务):e.办公室时间(每周安排固定的办公室时间,学生无需预 约,可来教师办公室就课程内、外内容进行讨论):答疑(全部理论课程和实验课程完成后 安排1~2次集中答疑,答疑时间不包括在课程学时内,答疑内容包括讲授内容、习题、实 验等):g期中和期末闭卷考试。 课程要求:ā理论课:在理论课讲授环节中,应注意概念讲清讲透,并贯彻理论联系实 际的原则,注意学生逻辑思维能力、工程观点和分析与解决问题能力的培养。根据本课程的 特点,必须严格要求学生独立完成一定数量的习题;b.实验环节:要求学生学会使用MATLAB 等常用计算机软件,会应用这些软件进行信号分析和信号处理系统设计与仿真,培养学生独 立进行设计和分析问题的能力,正确地读取和记录实验数据、绘制图表,培养学生良好的实 验习惯,树立实事求是和严肃认真的科学作风,根据实验数据和实验结果撰写实验报告,具 有对实验结果进行分析和解释的能力,注意启发学生的创新思维,培养创新能力,安排综合 性、设计性实验,能用软件工具求解数字信号处理课程的习题。 五、考核及成绩评定方式 1、考核与成绩评定方式 考核方式:闭卷笔试,平时成绩(课堂表现及作业),实验 成绩评定方式:期末成绩50%,期中成绩20%,平时成绩10%,实验成绩20%
8、 实验(6 学时)(支撑课程目标 4 和 5) 序 号 实验项目名称 目的要求 学 时 分配 实验类 型 每 组 人数 必开、 选开 1 基于 DFT 的信号分 析与检测 能对给出的信号利用傅里 叶变换技术进行信号特征 分析及相关检测,并根据 信号特点和实验要求选择 合理的参数 3 设计型 1 必开 2 基于滤波的信号处 理技术 在对给出信号进行分析的 基础上,根据信号特点和 实验要求确定合理的滤波 器参数并完成滤波器设 计,进而使用所设计的滤 波器完成信号处理 3 设计型 1 必开 四、 教学方法 授课方式:a.理论课(讲授核心内容、总结、按顺序提示今后内容、答疑、公布习题和 课外拓展学习等);b. 讨论课(根据布置内容安排学生进行讨论);c.课后练习(按照理论内 容进行);d.实验环节(根据理论课教学内容,要求学生学会相应的 Matlab 命令和函数,编 写相应的处理程序完成实验任务);e.办公室时间(每周安排固定的办公室时间,学生无需预 约,可来教师办公室就课程内、外内容进行讨论);f.答疑(全部理论课程和实验课程完成后 安排 1~2 次集中答疑,答疑时间不包括在课程学时内,答疑内容包括讲授内容、习题、实 验等);g.期中和期末闭卷考试。 课程要求:a.理论课:在理论课讲授环节中,应注意概念讲清讲透,并贯彻理论联系实 际的原则,注意学生逻辑思维能力、工程观点和分析与解决问题能力的培养。根据本课程的 特点,必须严格要求学生独立完成一定数量的习题;b.实验环节:要求学生学会使用 MATLAB 等常用计算机软件,会应用这些软件进行信号分析和信号处理系统设计与仿真,培养学生独 立进行设计和分析问题的能力,正确地读取和记录实验数据、绘制图表,培养学生良好的实 验习惯,树立实事求是和严肃认真的科学作风,根据实验数据和实验结果撰写实验报告,具 有对实验结果进行分析和解释的能力,注意启发学生的创新思维,培养创新能力,安排综合 性、设计性实验,能用软件工具求解数字信号处理课程的习题。 五、 考核及成绩评定方式 1、考核与成绩评定方式 考核方式:闭卷笔试,平时成绩(课堂表现及作业),实验 成绩评定方式:期末成绩 50%,期中成绩 20%,平时成绩 10%,实验成绩 20%
课程目标达成情况及考试成绩评定占比(%) 课程教学 支撑毕业要求 考试和评价方式成绩占比(%) 成绩比 目标 平时成绩 实验成绩 期中考试 期末考试 例(%) 教学目标1 支撑毕业要求 2.5 6 15 23.5 1-4 教学目标2 支撑毕业要求 2.5 6 10 18.5 2-3 教学目标3 支撑毕业要求 2.5 4 15 21.5 2-3 教学目标4 支撑毕业要求 2.5 10 10 26.5 3-1 教学目标5 支撑毕业要求 10 10 4-3 合计 10 20 20 50 100 2、考核与评价标准 实验成绩评价标准: 评价标准 成绩比 基本要求 优秀 良好 合格 不合格 例 (%) 能合理选择参 数实现信号处 能选择参数实 具备用 理,能分析不同 现信号处理, 能理解不同 不理解不 DFT进行 参数选择对信 参数对信号 号谱的影响:对 能对信号谱进 信号谱分 谱的影响:实 同参数对 行分析:实验 信号谱的 析的基本 获得的结果能 验报告撰写 报告撰写规 影响:没 能力,能 进行有效分析: 尚规范,内容 范,内容比较 有交实验 分析不同 实验报告撰写 完整:自己努 基本完整:自 规范,内容完 己努力完成, 报告:或 25 参数选择 力完成,没有 者基本上 实 对信号谱 整,条理清晰: 没有抄袭。核 抄袭。有核心 是抄袭: 验 的影响 自己努力完成, 心问题的心 问题的心得体 或者内容 (支撑毕 没有抄袭:有核 心问题的心得 会,但自己的 得体会较少, 太空泛, 业要求3 个人见解和想 无创意和个 1) 体会、有创意, 人想法。 太简单。 法较少。 有自己的个人 见解和想法。 能运用 能独立使用 能 使 用 能使用Matlab Matlab编 Matlab完成FFT Matlab进行 不会使用 完成FT编程, 程实现 编程,结果正 编程,能得到 Matlab实 FFT 算 结果正确:能 现FFT:无 25 确:能正确合理 以帧为单位对 FFT结果:具 按帧进行 法,构建 建立以帧为单 信号进行连续 有一定的以 帧为单位进 信号处理 按帧进行 位进行信号处
课程目标达成情况及考试成绩评定占比(%) 课程教学 目标 支撑毕业要求 考试和评价方式成绩占比(%) 成绩比 平时成绩 实验成绩 期中考试 期末考试 例(%) 教学目标 1 支撑毕业要求 1-4 2.5 6 15 23.5 教学目标 2 支撑毕业要求 2-3 2.5 6 10 18.5 教学目标 3 支撑毕业要求 2-3 2.5 4 15 21.5 教学目标 4 支撑毕业要求 3-1 2.5 10 4 10 26.5 教学目标 5 支撑毕业要求 4-3 10 10 合计 10 20 20 50 100 2、考核与评价标准 实验成绩评价标准: 基本要求 评价标准 成绩比 例 (%) 优秀 良好 合格 不合格 实 验 1 具备用 DFT 进行 信号谱分 析的基本 能力,能 分析不同 参数选择 对信号谱 的影响 (支撑毕 业要求 3- 1) 能合理选择参 数实现信号处 理,能分析不同 参数选择对信 号谱的影响;对 获得的结果能 进行有效分析; 实验报告撰写 规范,内容完 整,条理清晰; 自己努力完成, 没有抄袭;有核 心问题的心得 体会、有创意, 有自己的个人 见解和想法。 能选择参数实 现信号处理, 能对信号谱进 行分析;实验 报 告 撰写规 范,内容比较 完整;自己努 力完成,没有 抄袭。有核心 问题的心得体 会,但自己的 个人见解和想 法较少。 能 理 解 不同 参数对 信号 谱的影响;实 验 报 告 撰写 尚规范,内容 基本完整;自 己努力完成, 没有抄袭。核 心 问 题 的心 得体会较少, 无 创 意 和个 人想法。 不理解不 同参数对 信号谱的 影响;没 有交实验 报告;或 者基本上 是抄袭; 或者内容 太空泛, 太简单。 25 能运用 Matlab 编 程实现 FFT 算 法,构建 按帧进行 能 独 立 使 用 Matlab 完成 FFT 编程,结果正 确;能正确合理 建立以帧为单 位进行信号处 能使用 Matlab 完成 FFT 编程, 结果正确;能 以帧为单位对 信号进行连续 能 使 用 Matlab 进行 编程,能得到 FFT 结果;具 有 一 定 的以 帧为单位进 不会使用 Matlab 实 现 FFT;无 按帧进行 信号处理 25
信号处理 理的实验系统 处理 行信号处理 的概念: 的实验系 的概念 统(支撑 毕业要求 4-3) 针对给定信号 针对给定信号 能使用参数 能合理选择参 能选择参数完 具备信号 数完成滤波器 成滤波器过 完成滤波过 程:对处理结 分析和滤 设计和信号滤 程:能对处理 果的分析能 没有交实 波器设计 波:能对处理结 结果进行一定 力较弱:实验 果进行有效分 分析:实验报 验报告: 的基本能 报告撰写尚 或者基本 力:能对 析:实验报告撰 告撰写规范, 写规范,内容完 内容比较完 规范,内容基 上是抄 滤波器性 本完整:自己 袭:或者 25 能和滤波 整,条理清晰: 整:自己努力 努力完成,没 内容太空 结果进行 自己努力完成, 完成,没有抄 有抄袭。核心 泛,太简 分析(支 没有抄袭:有核 袭。有核心问 问题的心得 单。 撑毕业要 心问题的心得 题的心得体 实 体会、有创意, 体会较少,无 会,但自己的 验 求3-1) 创意和个人 有自己的个人 个人见解和想 2 想法。 见解和想法。 法较少。 能运用 Matlab编 能使 程实现信 能独立使用 用 不会使用 能使用Matlab Matlab进行 号滤波过 Matlab完成滤 Matlab实 完成滤波算 编程,能得到 程,构建 波算法,结果正 现信号滤 法,结果正确: 滤波结果:具 按帧进行 确;能正确合理 能以帧为单位 有一定的以 波:无按 25 信号处理 建立以帧为单 对信号进行连 帧为单位进 帧进行信 的实验系 位进行信号处 号处理的 续处理 行信号处理 统(支撑 理的实验系统 概念 的概念: 毕业要求 4-3) 注:该表格中比例为各个实验占实验总成绩的比例。 期中考试考核评价标准 达成情况评价标准 成绩比 基本要求 例 优秀≥0.9 良好≥0.7 合格≥0.6 不合格<0.6 (%) 掌握数字 概念清晰, 概念较清 信号处理 能准确地 晰,能描述 基本掌握 概念不清 系统的基 描述数字 数字信号 概念,知道 楚,并对相 教学目标 本框架结 信号处理 处理系统, 有相关的 关的数学表 30 1 构,掌握采 系统,能对 对采样定 数学表述 达完全不了 样定理,能 采样定理 理能作出 形式。 解。 描述离散 进行正确 描述,只能
信号处理 的实验系 统(支撑 毕业要求 4-3) 理的实验系统 处理 行 信 号 处理 的概念 的概念; 实 验 2 具备信号 分析和滤 波器设计 的基本能 力;能对 滤波器性 能和滤波 结果进行 分析(支 撑毕业要 求 3-1) 针对给定信号 能合理选择参 数完成滤波器 设计和信号滤 波;能对处理结 果进行有效分 析;实验报告撰 写规范,内容完 整,条理清晰; 自己努力完成, 没有抄袭;有核 心问题的心得 体会、有创意, 有自己的个人 见解和想法。 针对给定信号 能选择参数完 成滤波器过 程;能对处理 结果进行一定 分析;实验报 告撰写规范, 内 容 比 较 完 整;自己努力 完成,没有抄 袭。有核心问 题的心得体 会,但自己的 个人见解和想 法较少。 能 使 用 参数 完 成 滤 波过 程;对处理结 果 的 分 析能 力较弱;实验 报 告 撰 写尚 规范,内容基 本完整;自己 努力完成,没 有抄袭。核心 问 题 的 心得 体会较少,无 创 意 和 个人 想法。 没有交实 验报告; 或者基本 上是抄 袭;或者 内容太空 泛,太简 单。 25 能运用 Matlab 编 程实现信 号滤波过 程,构建 按帧进行 信号处理 的实验系 统(支撑 毕业要求 4-3) 能 独 立 使 用 Matlab 完成滤 波算法,结果正 确;能正确合理 建立以帧为单 位进行信号处 理的实验系统 能使用 Matlab 完 成 滤波算 法,结果正确; 能以帧为单位 对信号进行连 续处理 能 使 用 Matlab 进行 编程,能得到 滤波结果;具 有 一 定 的以 帧为单位进 行 信 号 处理 的概念; 不会使用 Matlab 实 现信号滤 波;无按 帧进行信 号处理的 概念 25 注:该表格中比例为各个实验占实验总成绩的比例。 期中考试考核评价标准 基本要求 达成情况评价标准 成绩比 例 (%) 优秀0.9 良好0.7 合格0.6 不合格<0.6 教学目标 1 掌 握 数 字 信 号 处 理 系 统 的 基 本框架结 构,掌握采 样定理,能 描述离散 概念清晰, 能准确 地 描 述 数 字 信号处理 系统,能对 采样定理 进 行 正 确 概念较 清 晰,能描述 数字信号 处理系统, 对采样定 理能作出 描述,只能 基 本 掌 握 概念,知道 有相关的 数 学 表 述 形式。 概 念 不 清 楚,并对相 关的数学表 达完全不了 解。 30
时间信号 的描述和 掌握部分 与系统 应用,数学 数学表达。 表达完整。 运用的原 了解基本 能运用数 理和方法 能清楚掌 原理和方 字信号处 准确、清 握原理和 法的应用 理基本理 晰,能完成 方法,但在 方向及分 不清楚原理 论对离散 教学目标 对离散时 分析和运 析的手段, 和方法如何 时间信号 间信号和 用上还不 但对特定 应用到分析 30 2 进行分析、 系统的分 熟练,对知 的数字信 离散时间 析,并进行 识点的应 号处理无 与比较中。 系统进行 一定的应 用及比较 法获得准 特性分析 用和比较 不够完善。 确的分析 说明。 结果。 掌握和了 具备信号 与系统分 解信号与 基本清楚 了解信号 不清楚基本 系统的时 析和理解 信号和系 和系统的 的信号与系 频域分析 统的时频 的能力,能 分析方法, 时频域分 统的时频域 教学目标 方法,并能 从时频域 析方法,但 分析方法, 20 3 灵活运用 能对系统 分析信号 对具体问 时频域方 对信号的 无法对具体 和系统及 题的解答 问题进行解 法对信号 作用做部 系统对信 不准确。 答。 和系统进 分解答。 号的作用 行分析。 能运用基 能熟练、准 能应用基 本原理对 确地应用 本原理对 能对离散 不能对离散 基本原理 离散时间 教学目标 离散时间 时间系统 时间系统单 对离散时 系统单元、 系统单元、 间系统单 过程的设 单元、过程 元、过程的 20 4 过程的设 的设计做 设计作出描 计进行正 元、过程的 计作出描 部分描述 述 设计作出 述,但不全 确的描述 描述 面 注:该表格中比例为期中考试卷各教学目标所占成绩比例。 期末考试考核评价标准 达成情况评价标准 成绩比 基本要求 例 优秀>0.9 良好>0.7 合格>0.6 不合格<0.6 (%) 掌握采样 概念清晰, 概念较清 基本掌握 理论和量 能准确地 晰,能从时 概念,知道 概念不清楚, 教学目标 化,具有离 使用时频 频域描述 信号和系 有相关的 并对相关的 30 1 散时间信 域方法对 数学表达完 号和离散 信号和系 统,对采样 数学表述 形式。 全不了解。 时间系统 统进行描 定理能作
时 间 信 号 与系统 的描述 和 应用,数学 表达完整。 掌握部 分 数学表达。 教学目标 2 能运用 数 字 信号处 理基本理 论对离散 时间信号 进行分析、 离 散 时 间 系统进行 特性分析 运用的原 理和方法 准确、清 晰,能完成 对 离散时 间信号和 系 统 的 分 析,并进行 一定的应 用和比较 说明。 能清楚掌 握原理和 方法,但在 分析和运 用上还不 熟练,对知 识点的应 用及比较 不够完善。 了解基本 原理和方 法的应用 方向及分 析的手段, 但对特定 的 数字信 号 处 理 无 法获得准 确的分析 结果。 不清楚原理 和方法如何 应用到分析 与比较中。 30 教学目标 3 具 备 信 号 与 系统分 析和理解 的能力,能 从 时频域 分析信号 和 系 统 及 系统对信 号的作用 掌握和了 解 信 号 与 系统的 时 频 域 分 析 方法,并能 灵活运用 时频域 方 法对信号 和系统 进 行分析。 基本清楚 信号和 系 统 的 时 频 分析方法, 能 对系统 对信号的 作用做 部 分解答。 了 解 信 号 和 系统的 时频域 分 析方法,但 对 具 体 问 题 的 解 答 不准确。 不清楚基本 的信号与系 统的时频域 分析方法, 无法对具体 问题进行解 答。 20 教学目标 4 能 运用基 本原理对 离 散 时 间 系统单元、 过程的 设 计 进 行 正 确的描述 能熟练、准 确地应用 基本原理 对离散时 间系统单 元、过程的 设计作出 描述 能 应用基 本原理对 离散时间 系统单元、 过程的设 计作出描 述,但不全 面 能 对 离 散 时 间 系 统 单元、过程 的设计做 部分描述 不能对离散 时间系统单 元、过程的 设计作出描 述 20 注:该表格中比例为期中考试卷各教学目标所占成绩比例。 期末考试考核评价标准 基本要求 达成情况评价标准 成绩比 例 (%) 优秀>0.9 良好>0.7 合格>0.6 不合格<0.6 教学目标 1 掌握采样 理论和 量 化,具有离 散时间信 号 和 离 散 时间系统 概念清晰, 能准确 地 使用时 频 域方法对 信 号 和 系 统 进 行 描 概念较 清 晰,能从时 频域描述 信 号 和 系 统,对采样 定理能作 基 本 掌 握 概念,知道 有相关的 数 学 表 述 形式。 概念不清楚, 并对相关的 数学表达完 全不了解。 30
的基本概 述,能对采 出描述,只 念,能用时 样定理进 能掌握部 频域方法 行正确的 分数学表 对信号与 描述和应 达。 系统进行 用,数学表 描述 达完整。 运用的原 了解基本 理和方法 能清楚掌 原理和方 能对离散 准确、清 握原理和 法的应用 时间信号 晰,能完成 的性质进 对离散时 方法,但在 方向及分 不清楚原理 分析和运 析的手段, 教学目标 行分析,能 间信号和 和方法如何 用上还不 但对特定 20 2 对离散时 系统的分 应用到分析 熟练,对系 的数字信 间系统的 析,并能对 与比较中。 统输入输 号处理无 输入输出 系统的输 入输出进 出的分析 法获得准 进行分析 行有效分 不够完善。 确的分析 结果。 析。 掌握和了 基本掌握 能对离散 解离散时 离散时间 具有一定 时间系统 进行有效 间系统的 系统的分 的离散时 分析,能使 有效分析 析工具,能 间系统分 不具有离散 工具,能熟 使用DFT 析的基本 教学目标 用DT等 时间信号和 练使用 等变换技 概念,对信 30 3 变换技术 DFT等变 术对信号 号和系统 系统的时频 对信号和 换技术对 和系统进 的时频域 域分析能力。 系统进行 信号和系 行时频域 分析能力 时频域分 析 统进行时 分析,但不 弱。 频域分析。 全面。 具有对系 能使用数 具备数字 字信号理 能根据要 统单元、过 信号处理 求进行系 程进行设 不具有对系 教学目标 论对系统 统单元、过程 系统单元、 统单元、过 计的基本 20 4 过程的设 单元、过程 进行设计的 程的设计, 进行有效 概念,设计 基本能力 计能力 但不完善 结果存在 设计 偏差 注:该表格中比例为期末考试卷各教学目标所占成绩比例。 平时成绩:本课程平时成绩由课堂表现、作业、课程群中参与提问和讨论的参与度构成,课 堂出勤率为学生参加本课程期末考试及获得课程成绩的前提条件
的基本概 念,能用时 频域方法 对信号与 系统进行 描述 述,能对采 样定理 进 行 正确的 描 述 和 应 用,数学表 达完整。 出描述,只 能掌握部 分数学 表 达。 教学目标 2 能 对 离 散 时间信号 的 性 质 进 行分析,能 对离散时 间系统的 输 入 输 出 进行分析 运用的原 理和方法 准确、清 晰,能完成 对 离散时 间信号和 系 统 的 分 析,并能对 系 统 的 输 入输出 进 行有效分 析。 能清楚掌 握原理和 方法,但在 分析和运 用上还不 熟练,对系 统 输入输 出的分析 不够完善。 了解基本 原理和方 法的应用 方向及分 析的手段, 但对特定 的数字信 号 处 理 无 法获得准 确的分析 结果。 不清楚原理 和方法如何 应用到分析 与比较中。 20 教学目标 3 能 对 离 散 时间系统 进行有效 分析,能使 用 DFT 等 变 换 技 术 对信号 和 系 统 进 行 时频域 分 析 掌握和了 解 离 散 时 间系统的 有效分析 工具,能熟 练使用 DFT 等 变 换 技术对 信号和系 统进行时 频域分析。 基 本 掌 握 离散时间 系统的分 析工具,能 使 用 DFT 等 变 换 技 术对信号 和系统进 行 时频域 分析,但不 全面。 具 有 一 定 的离散时 间系统分 析的基本 概念,对信 号和系统 的时频域 分析能力 弱。 不具有离散 时间信号和 系统的时频 域分析能力。 30 教学目标 4 具 备 数 字 信 号 处 理 系统单元、 过程的设 计能力 能 使用数 字信号理 论对系统 单元、过程 进行有效 设计 能根据要 求 进行系 统单元、过 程的设计, 但不完善 具 有 对 系 统单元、过 程 进 行 设 计的基本 概念,设计 结果存在 偏差 不具有对系 统单元、过程 进行设计的 基本能力 20 注:该表格中比例为期末考试卷各教学目标所占成绩比例。 平时成绩:本课程平时成绩由课堂表现、作业、课程群中参与提问和讨论的参与度构成,课 堂出勤率为学生参加本课程期末考试及获得课程成绩的前提条件