《数字信号处理》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号 1070002063 课程中文名称 数字信号处理 课程英文名称 Digital signal processing 课程类别 专业上与老业方向里 适用专业 测控技术与仪器 开课学期 第六学期 总学时 48学时，其中课内讲授40学时、实验8学时 总学分 3 开课模式 必修 先修课程 高等数学、线性代数A、概率论与数理统计A、信号与系统B 本课程是测控技术与仪器专业的专业基础课。课程主要包括：数字信号处理的基 本概念、基本分析方法和处理技术：离散时间信号和系统的基础理论、离散傅立 课程简介 叶变换DFT及其快速算法FFT:IR和FIR数字滤波器的设计等。通过本课程的学 习使学生掌握利用DT理论进行信号谱分析，以及数字滤波器的设计原理和实现 方法，为学生进一步学习有关信总、通信等方面的课程打下良好的理论基础 建议教材 程佩青著，《数字信号处理教程（第四版）》，清华大学出版社，2013年 [刘舒帆等著，《数字信号处理实验MATLAB版)》，西安电子科技大学出版 社，2013年： [2☒]程佩青李振松编著，数字信号处理教程习分析与解答（第四版），清华大 参考资料 出版社，2014年： 3(美)普罗克斯，《数字信号处理一原理、算法与应用（第四版）》，电子工业 出版社，2014年 [4(美)米特拉， 《数字信号处理实验指导书MATLAB版)》，电子工业出版社 2013年： 二、课程教学目标 1,系统地掌握数字信号处理的基本原理和基本方法，能建立时域、复数域和频域的数学模型，完成常 系数时不变系统的系统建模和数字信号处理器设计等任务。 2.学会运用数字信号处理的三个主要工具：傅里叶变换T)、Z变换与数字滤波器，完成复杂系统数 字信号的时频转换和特征提取，为信号分析提供基本的特征，能够运用变换的性质，提高变换的效益。 3.经历数字信号处理的全过程，具有一定的试验经验、初步算法分析和运用MATLAB编程的能力，初 步学会数字信号处理的程序设计操作，初步具有解决复杂数字信号处理问题的基本能力。 4.具有对大量数字信总预处理和试验数据的特征分析能力，设计可行的数字信号处理方案。初步具备 定量分析的思维习惯和初步具备基于定量分析的定性分析能力
《数字信号处理》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号 1070002063 课程中文名称 数字信号处理 课程英文名称 Digital signal processing 课程类别 专业与专业方向课 适用专业 测控技术与仪器 开课学期 第六学期 总 学 时 48学时，其中课内讲授40学时、实验8学时 总 学 分 3 开课模式 必修 先修课程 高等数学I、线性代数A、概率论与数理统计A、信号与系统B 课程简介 本课程是测控技术与仪器专业的专业基础课。课程主要包括：数字信号处理的基 本概念、基本分析方法和处理技术；离散时间信号和系统的基础理论、离散傅立 叶变换DFT及其快速算法FFT；IIR和FIR数字滤波器的设计等。通过本课程的学 习使学生掌握利用DFT理论进行信号谱分析，以及数字滤波器的设计原理和实现 方法，为学生进一步学习有关信息、通信等方面的课程打下良好的理论基础。 建议教材 程佩青著，《数字信号处理教程(第四版)》，清华大学出版社，2013年 参考资料 [1] 刘舒帆等著，《数字信号处理实验(MATLAB版)》，西安电子科技大学出版 社，2013年； [2] 程佩青 李振松编著，数字信号处理教程习题分析与解答(第四版)，清华大学 出版社，2014年； [3] (美)普罗克斯，《数字信号处理——原理、算法与应用(第四版)》，电子工业 出版社，2014年 [4] (美)米特拉，《数字信号处理实验指导书(MATLAB 版)》，电子工业出版社， 2013 年； 二、课程教学目标 1. 系统地掌握数字信号处理的基本原理和基本方法，能建立时域、复数域和频域的数学模型，完成常 系数时不变系统的系统建模和数字信号处理器设计等任务。 2. 学会运用数字信号处理的三个主要工具：傅里叶变换(FFT)、Z变换与数字滤波器，完成复杂系统数 字信号的时频转换和特征提取，为信号分析提供基本的特征，能够运用变换的性质，提高变换的效益。 3. 经历数字信号处理的全过程，具有一定的试验经验、初步算法分析和运用MATLAB编程的能力，初 步学会数字信号处理的程序设计操作，初步具有解决复杂数字信号处理问题的基本能力。 4. 具有对大量数字信息预处理和试验数据的特征分析能力，设计可行的数字信号处理方案。初步具备 定量分析的思维习惯和初步具备基于定量分析的定性分析能力
三、课程教学目标与毕业要求的对应关系 指标点 毕业要求 课程教学目标 内容 1.工程知识：能够将数学 13掌握控技术与仪器专业技术知识，能 教学目标1 自然科学、工程基础和专业知 够综合运用专业知识和技术，解决测控领域 教学目标2 识用于解决复杂工程问题。 的复杂工程问题。 2.间颗分折，能铭应用数学 自然科学和工程科学的基本 2.2能够应用数学知识和自然科学、工程利 教学目标2 原理，识别、表达并通过文献 学的基本理论，对复杂工程问题进行准确描 教学目标3 研究分析测控领域的复杂丁 述，建立数学模型并求解分析。 程问题并获得有效结论。 3.设计开发解决方案：能够 设计针对测控领域复套工程 问题的解决方案，设计满足特 32能够综合运用专业理论和技术手段设计 教学目标3 定需求的测控系统，并能够在 针对测控领域复杂工程问题的解决方案，进 行工程技术可行性分析，并在设计中体现创 教学目标4 设计坏带中体视所意识，老 新意识。 虑社会、锥康、安全、法律 文化及环境等因素。 4研究：能够基于专业理论知 4.1能够运用测控技术与仪器专业理论，采 识，采用科学方法对测控领域 用科学方法对测控领域复杂工程问题进行L 的复杂工程问题进行研究，能模拟仿真和实验方案设计。 教学目标2 报据问原设计沈：吟，并对实 42能够运用测控技术与仪器专业知识和计 教学目标4 验结果进行综合分析，通过信 算机技术，对实验过程和实验数据进行分析 0.6 息综合得到有效结论。 和解释。 四、理论教学内容与要求 知识 计划支撑教 模央 知识点 教学要求 学时 学目标 1,离)离散时间信号 掌握常用的典型序列及序列运算 散时 理解系统结构图和信号流图的意义：掌握结构 (2)离散时间系统 图的定义、系续结构图建立的步骤：誉振结构 间信 教学目 号与 图的等效变换：了解信号流图的定义 数学目 系统 (3)用MATLAB表示和实现 熟悉运用MATLAB表示和实现离散时间信号 (4学 标3 离散时间信号与系统 与系统 时 掌握z变换及其收敛域 2.Z (1)Z变换及收敛域 2 教学目 变换 (2)Z反变换 掌握z反变换 标2 (4学 [(3)Z变换的性 理解z变换的各种性质 教学目
三、课程教学目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程教学目标 内容 H/L 1. 工程知识：能够将数学、 自然科学、工程基础和专业知 识用于解决复杂工程问题。 1.3 掌握测控技术与仪器专业技术知识，能 够综合运用专业知识和技术，解决测控领域 的复杂工程问题。 L 教学目标 1 教学目标 2 2. 问题分析：能够应用数学、 自然科学和工程科学的基本 原理，识别、表达并通过文献 研究分析测控领域的复杂工 程问题并获得有效结论。 2.2 能够应用数学知识和自然科学、工程科 学的基本理论，对复杂工程问题进行准确描 述，建立数学模型并求解分析。 L 教学目标 2 教学目标 3 3. 设计/开发解决方案：能够 设计针对测控领域复杂工程 问题的解决方案，设计满足特 定需求的测控系统，并能够在 设计环节中体现创新意识，考 虑社会、健康、安全、法律、 文化及环境等因素。 3.2 能够综合运用专业理论和技术手段设计 针对测控领域复杂工程问题的解决方案，进 行工程技术可行性分析，并在设计中体现创 新意识。 L 教学目标 3 教学目标 4 4 研究：能够基于专业理论知 识，采用科学方法对测控领域 的复杂工程问题进行研究，能 够根据问题设计实验，并对实 验结果进行综合分析，通过信 息综合得到有效结论。 4.1 能够运用测控技术与仪器专业理论，采 用科学方法对测控领域复杂工程问题进行 模拟仿真和实验方案设计。 L 教学目标 2 4.2 能够运用测控技术与仪器专业知识和计 教学目标 4 算机技术，对实验过程和实验数据进行分析 和解释。 0.6 四、理论教学内容与要求 知识 模块 知识点 教学要求 计划 学时 支撑教 学目标 1.离 散时 间信 号与 系统 (4 学 时) (1)离散时间信号 掌握常用的典型序列及序列运算 4 教学目 标1 教学目 标3 (2)离散时间系统 理解系统结构图和信号流图的意义；掌握结构 图的定义、系统结构图建立的步骤；掌握结构 图的等效变换；了解信号流图的定义。 (3)用MATLAB表示和实现 离散时间信号与系统 熟悉运用 MATLAB 表示和实现离散时间信号 与系统 2. Z 变换 (4 学 (1)Z变换及收敛域 掌握z变换及其收敛域 2 教学目 标2 教学目 (2)Z反变换 掌握 z 反变换 1 (3)Z变换的性质 理解 z 变换的各种性质 1
时) (4)用MATLAB讲行离散系 掌握用MATLAB进行离散系统的Z域分析方法 标3 统的Z域分析 3.离 ()离散傅里叶变换及其性 了解离散傅里叶级数：握周期卷积：理解 散傅 牧傅里叶变换的物理意义及特性：掌握离散傅 教学 里叶 里叶变换、循环卷积 标2 变换 2 MATLAB在DFT中的 掌握傅里叶变换的基本算法，运用MTALAB实 教学目 2学 应用 现基于FFT的频域分析。了解二维DT的应用 时 4快 理解快速傅里叶变换的特点 (1)时间抽选DT门基2FT 速傅 了解时间抽选(DT, 算法 誉握时间抽选DT)基2FT算法 立叶 牧学目 变换 2 (2)频率抽选DIF)基2FFT 理解频率抽选(DIF)片 标2 算法 掌握频率抽选DF)基2FT算法。 时) (1)数字滤波器的结构特点 掌握数字系统的信号流图表示法， 5数 与表示方法 掌握数字滤波器的主要结构及其优缺点。 字信 (2)无限长单位冲击响应 2 了解R滤波器的基本结构， 号处(R)滤波器的基本结构 教学目 理系 (3)有限长单位冲击响应 了解FR滤波器的基本结构 标2 统的 FR)波波器的结构 2 教学目 实现(4)级联形式及其实现 了解级联形式：掌握级联形式的实现 标3 (6学（⑤）并联形式及其实现 了解并联形式：掌握并联形式的实现 时)(6)数字滤波器的MATLAB 实现 誉据数字浅波器的MATLAB实现 ()由模拟滤波器设计R数 了解滤波器设计中常用的几个指标，滤波器设 字滤波器 计的常用方法。 教学目 6.R (2)R数字滤波器的频率变 了解℉数字滤波器的频率变换法设计的常用 换法设计 方法。 标2 滤波 器设 (3)R数字滤波器的直接设 教学目 掌握R数字滤波器的冲击响应不变法。 2 标3 1计法 计8 (4)R数字滤波器的最代 教学目 学时)化设计法 掌握R数字滤波器的双线性变换设计法 标4 (⑤)应用MATLAB设计IIR数 字滤波器 熟练运用MTLAB设计IR数字滤波器 2 (①)FIR滤波器直接形式 掌握FIR滤波器直接形式：了解FIR滤波器特性 教学目 的 标2 教学目 形式 (2)FIR滤波器级联形式 了解FIR滤波器级联形式 标3
时) (4)用MATLAB进行离散系 统的Z域分析 掌握用MATLAB进行离散系统的Z域分析方法 标3 3.离 散傅 里叶 变换 (2 学 时) (1)离散傅里叶变换及其性 质 了解离散傅里叶级数；掌握周期卷积；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 1 教学目 标2 教学目 标3 (2)MATLAB 在 DFT 中的 应用 掌握傅里叶变换的基本算法，运用MTALAB实 现基于FFT的频域分析。了解二维DFT的应用。 1 4.快 速傅 立叶 变换 (2 学 时) (1)时间抽选(DIT)基2FFT 算法 理解快速傅里叶变换的特点 了解时间抽选(DIT)， 掌握时间抽选(DIT)基2FFT算法。 1 教学目 标2 (2)频率抽选(DIF)基2FFT 算法 理解频率抽选(DIF)； 掌握频率抽选(DIF)基2FFT算法。 1 5.数 字信 号处 理系 统的 实现 (6 学 时) (1)数字滤波器的结构特点 与表示方法 掌握数字系统的信号流图表示法， 掌握数字滤波器的主要结构及其优缺点。 2 教学目 标2 教学目 标3 (2)无限长单位冲击响应 (IIR)滤波器的基本结构 了解 IIR 滤波器的基本结构。 (3)有限长单位冲击响应 (FIR)滤波器的结构 了解FIR滤波器的基本结构 2 (4)级联形式及其实现 了解级联形式；掌握级联形式的实现 (5)并联形式及其实现 了解并联形式；掌握并联形式的实现 (6)数字滤波器的 MATLAB 实现 掌握数字滤波器的 MATLAB 实现 2 6.IIR 滤波 器设 计(8 学时) (1)由模拟滤波器设计IIR数 字滤波器 了解滤波器设计中常用的几个指标，滤波器设 计的常用方法。 2 教学目 标2 教学目 标3 教学目 标4 (2)IIR数字滤波器的频率变 换法设计 了解 IIR 数字滤波器的频率变换法设计的常用 方法。 (3)IIR数字滤波器的直接设 计法 掌握IIR数字滤波器的冲击响应不变法。 2 (4) IIR数字滤波器的最优 化设计法 掌握IIR数字滤波器的双线性变换设计法 2 (5)应用MATLAB设计IIR数 字滤波器 熟练运用MTLAB设计IR数字滤波器 2 7.FIR 滤 波 器 的 结 构 形 式 (1)FIR滤波器直接形式 掌握FIR滤波器直接形式；了解FIR滤波器特性 2 教学目 标2 教学目 标3 (2)FIR滤波器级联形式 了解FIR滤波器级联形式 2
6学 (3)FIR滤波器线性相位形 时 了解FIR滤波器线性相位形式 教学目 式 (4)FIR滤波器频率采样形 理解频率采样设计法。掌握FIR滤波器频率采样 2 式及其实现 形式的实跟 (1)线性相位FIR滤波器的 掌握线性相位FIR滤波器的性质，并能熟悉运用 2 8。F性质 教学目 R滤(2)窗函数设计技术及其实 掌握窗函数设计法的步骤及各种窗口的性能， 并能实现窗函数设计 2 标3 的设(3)频率抽样设计及其实现 教学目 鲨操频率采样设计法，并能实现频率抽样设引 2 计8方法 标4 学时)(4④应用MATLAB设计FIR数 滤波器 熟练运用MATLAB设计FIR数字滤波器 2 五、实验教学内容与要求 实验项目 实验原理 教学要求 实验设备及材 实验 计划 支撑 必做 类型 教学 学时 选做 目标 用MATLAB表 数字信 示离散序 熟悉利用数字信号处 教学 的时意将其可视化时 理方法，实现离散信号 MATLAB软件 验证 实验平台； 目标 必做 域采样与频域 的时域运算与变换。 型 1 采样 系统稳定性可 系统响 通过案例说明系统稳 教学 以诵过系统的 输入输出关系 定的重要性 同实验 验证 目标 选作 稳定性 型 进行验证 2 .数字低 采用基于模拟 掌握用脉冲响应不变 法设计巴特沃斯数字 教学 信号波波器的 验证 低通滤波器：经历滤波 设计与 字滤波器的 同实验1 2 目标 必做 器设计和试验验证全 次件实现 设计万法 3 过程。 按照窗函数设 窗函或 掌握应用MATLAB进行 计思想所要求 教学 滤波器设计的基本主 的理相滤波 法，实现基于 窗函数设 同实验 设计 2 目标 必做 与软件 顷率响 ,设计 买现 计FIR滤波器 4 ·个IR滤波器 掌握应用MATLAB进行 将时域 号变 评域分析的基本方法 设计 教学 信号进行 实现对滤波器频域特 同实验 2 目标 必做 频普分析 频谱分析 性的分析和对信号的 3 品与特征提取。 线性相位滤波 掌握应用MATLAB进行 同实验】 设计 2 教学 选作
(6 学 时) (3)FIR滤波器线性相位形 式 了解FIR滤波器线性相位形式 教学目 标4 (4)FIR滤波器频率采样形 式及其实现 理解频率采样设计法。掌握FIR滤波器频率采样 形式的实现 2 8 ． F IR 滤 波 器 的 设 计 (8 学时) (1)线性相位FIR滤波器的 性质 掌握线性相位FIR滤波器的性质，并能熟悉运用 2 教学目 标3 教学目 标4 (2)窗函数设计技术及其实 现方法 掌握窗函数设计法的步骤及各种窗口的性能， 并能实现窗函数设计 2 (3)频率抽样设计及其实现 方法 掌握频率采样设计法，并能实现频率抽样设计 2 (4)应用MATLAB设计FIR数 字滤波器 熟练运用MATLAB设计FIR数字滤波器 2 五、实验教学内容与要求 实验项目 实验原理 教学要求 实验设备及材 料 实验 类型 计划 学时 支撑 教学 目标 必做/ 选做 1. 数字信 号的时域 运算与变 换 用MATLAB表 示离散序列并 将其可视化时 域采样与频域 采样 熟悉利用数字信号处 理方法，实现离散信号 的时域运算与变换。 MATLAB 软 件 实验平台; 验证 型 2 教学 目标 1 必做 2. 系 统 响 应及系统 稳定性 系统稳定性可 以通过系统的 输入输出关系 进行验证 通过案例说明系统稳 定的重要性 同实验 1 验证 型 1 教学 目标 2 选作 3. 数 字 低 通巴特沃 斯滤波器 的设计与 软件实现 采用基于模拟 信号滤波器的 数字滤波器的 设计方法 掌握用脉冲响应不变 法设计巴特沃斯数字 低通滤波器；经历滤波 器设计和试验验证全 过程。 同实验1 验证 型 2 教学 目标 3 必做 4. 窗函数 设 计 FIR 滤波器设 计与软件 实现 按照窗函数设 计思想所要求 的理想滤波器 频率响应，设计 一个FIR滤波器 掌握应用 MATLAB 进行 滤波器设计的基本方 法，实现基于窗函数设 计 FIR 滤波器。 同实验 1 设计 型 2 教学 目标 4 必做 5. 用 FFT 对信号作 频谱分析 将时域信号变 换成品与信号， 并对信号进行 频谱分析 掌握应用 MATLAB 进行 评域分析的基本方法， 实现对滤波器频域特 性的分析和对信号的 品与特征提取。 同实验 1 设计 型 2 教学 目标 3 必做 6. IIR 数 字滤波器 线性相位滤波 掌握应用 MATLAB 进行 同实验 1 设计 2 教学 选作
设计及软器具有很好的线性相位滤波器设计， 牛实现 型 目标 特性，通过试验 完成基于FIR滤波器 4 感受这种特性的数字信号处理过程。 应用实 掌提利用FT实现数 通过对高频信 字图像去噪的基本力 同实验1 设计 教学 对图像的去 法，能够针对不同的噪 母 2 目标 选组 信号处理 中的应用 声进行有效处理。 4 六、考核要求及考核方式 1.考核要求 (1)课程考核应能够切实考核是否达成各项课程目标： (2)考核内容至少覆盖本课程知识点的60%： (3)同一学期试卷中(A、B)试题重复率不超过20%，近三个学年内的试卷试题 重复率不超过20%： (4)考核难度：基本难度题目约60%，中等难度题目约30%，高等难度题目约10%。 2.考核方式 考核环节 权重(% 备注 期末考试 80 闭卷考试 实验操作 20 根据提交的实验报告和平时测验确定成绩 执笔者：李忠海 审核人：徐涛 修订日期： 2016年6月20日
设计及软 件实现 器具有很好的 特性，通过试验 感受这种特性 线性相位滤波器设计， 完成基于 FIR 滤波器 的数字信号处理过程。 型 目标 4 7. 应用实 验 —— 数 字信号处 理在图像 信号处理 中的应用 通过对高频信 息的过滤，实现 对图像的去噪 掌握利用 FFT 实现数 字图像去噪的基本方 法，能够针对不同的噪 声进行有效处理。 同实验 1 设计 型 2 教学 目标 4 选作 六、考核要求及考核方式 1. 考核要求 （1）课程考核应能够切实考核是否达成各项课程目标； （2）考核内容至少覆盖本课程知识点的60%； （3）同一学期试卷中（A、B）试题重复率不超过20%，近三个学年内的试卷试题 重复率不超过20%； （4）考核难度：基本难度题目约60%，中等难度题目约30%，高等难度题目约10%。 2.考核方式 考核环节 权重(%) 备注 期末考试 80 闭卷考试 实验操作 20 根据提交的实验报告和平时测验确定成绩 执笔者： 李忠海 审核人： 徐涛 修订日期： 2016年 6月20日