电子科技大学：《测试信号分析与信息处理 Testing Signal Analysis and Information Processing》课程教学资源（教学大纲）.pdf_大学文库

研究生课程《测试信号分析与信息处理》教学大纲课程编号：0408027003 课程名称：测试信号分析与信息处理学时数：40 学分：2 开课时间：秋季开课学院：机械与电气工程学院授课对象：硕士研究生先修课程：工程数学、工程控制基础、测量与传感器技术一、课程简介《测试信号分析与信息处理》课程是为机械与电气工程学院硕士研究生开设的一门专业选修课，本课程立足机械工程领域，以智能制造为背景，结合学校“电子信息+”的学科特色，重点建设与智能制造装备的测试与分析的理论与实践教学环节。课程内容以测试信号分析与信息处理为主线，注重测试理论、方法与应用的有机结合，将测试硬件与软件相结合，突出了数学方法、物理内涵与工程实现的高度统一。课程教学的基本要求是掌握信号的数学特征、信号的数学分析、信号的离散化处理与分析、测试系统的组成与分析、信号调理电路、信号转换电路、频谱估计、现代信号分析方法，测试信号与系统的建模与分析等内容。在教学过程中将测试系统分析、信号分析与信息处理等方面与电子信息技术有机融合，旨在时域、频域及复频域内掌握测试信号分析与信息处理的理论基础、途径和方法，力求体现测试领域知识体系的科学性和完整性。通过对本课程的学习，帮助学生较全面地了解测试系统的基本原理和分析方法，为今后从事测试相关领域的工作打下良好的基础。二、课程思政在讲授课程专业知识的同时，注重思想政治教育，围绕“工业革命”及“中国制造2025”，结合测试与信息处理技术的发展，在《测试信号分析与信息处理》课程的育人目标上，培养爱国、吃苦、勇于创新、积极向上的专业精神。课程团队以习近平总书记提出的“政治思想要强、家国情怀要深、教学思维要新、专业视野要广、人格品行要正”为中心，履行好教书育人的岗位初心，不断对课堂教学内容进行整合优化，将高尚的师德师风和思想政治教育贯穿整个教学过程。在课堂教学中将注重主流价值观引领，紧扣“课程思政”主题，深度挖掘课程核心知识点与思想政治的内部关联，设计了三个典型的课程思政教学案例：“工业革命概貌”、“工业 4.0”现状”和“智能制造行业现状”，并基于这三个课程思政教学案例制作了三个教学微视频：“测试技术在强国战略的应用：基本介绍”、“测试技术在强国战略的应用：阶段进展” “测试技术在强国战略的应用：问题思考”，以期达到最佳的思政教学效果，从而能提升本课程的教学质量并实现立德树人的育人目标。三、教学目的本课程面向硕士研究生，旨在建立工程测试的系统分析与处理的知识体系，掌握在时域、频域及复频域内进行测试信号分析与信息处理的途径与方法，使学生具备分析和解决工程测试实际问题的理论基础和专业能力

研究生课程《测试信号分析与信息处理》教学大纲课程编号：0408027003 课程名称：测试信号分析与信息处理学时数：40 学分：2 开课时间：秋季开课学院：机械与电气工程学院授课对象：硕士研究生先修课程：工程数学、工程控制基础、测量与传感器技术一、课程简介《测试信号分析与信息处理》课程是为机械与电气工程学院硕士研究生开设的一门专业选修课，本课程立足机械工程领域，以智能制造为背景，结合学校“电子信息+”的学科特色，重点建设与智能制造装备的测试与分析的理论与实践教学环节。课程内容以测试信号分析与信息处理为主线，注重测试理论、方法与应用的有机结合，将测试硬件与软件相结合，突出了数学方法、物理内涵与工程实现的高度统一。课程教学的基本要求是掌握信号的数学特征、信号的数学分析、信号的离散化处理与分析、测试系统的组成与分析、信号调理电路、信号转换电路、频谱估计、现代信号分析方法，测试信号与系统的建模与分析等内容。在教学过程中将测试系统分析、信号分析与信息处理等方面与电子信息技术有机融合，旨在时域、频域及复频域内掌握测试信号分析与信息处理的理论基础、途径和方法，力求体现测试领域知识体系的科学性和完整性。通过对本课程的学习，帮助学生较全面地了解测试系统的基本原理和分析方法，为今后从事测试相关领域的工作打下良好的基础。二、课程思政在讲授课程专业知识的同时，注重思想政治教育，围绕“工业革命”及“中国制造 2025”，结合测试与信息处理技术的发展，在《测试信号分析与信息处理》课程的育人目标上，培养爱国、吃苦、勇于创新、积极向上的专业精神。课程团队以习近平总书记提出的“政治思想要强、家国情怀要深、教学思维要新、专业视野要广、人格品行要正”为中心，履行好教书育人的岗位初心，不断对课堂教学内容进行整合优化，将高尚的师德师风和思想政治教育贯穿整个教学过程。在课堂教学中将注重主流价值观引领，紧扣“课程思政”主题，深度挖掘课程核心知识点与思想政治的内部关联，设计了三个典型的课程思政教学案例：“工业革命概貌”、“工业 4.0”现状”和“智能制造行业现状”，并基于这三个课程思政教学案例制作了三个教学微视频：“测试技术在强国战略的应用：基本介绍”、“测试技术在强国战略的应用：阶段进展”、 “测试技术在强国战略的应用：问题思考”，以期达到最佳的思政教学效果，从而能提升本课程的教学质量并实现立德树人的育人目标。三、教学目的本课程面向硕士研究生，旨在建立工程测试的系统分析与处理的知识体系，掌握在时域、频域及复频域内进行测试信号分析与信息处理的途径与方法，使学生具备分析和解决工程测试实际问题的理论基础和专业能力

四、教学内容与要求本课程共40学时，分为以下八章：第一章信号的数学特征（3学时) 教学内容：信号的分类，信号的特征值，信号的算法规则。教学要求：理解几种信号的定义和图形描述：掌握信号的几种数学特征值：掌握信号在时域和频域的11种运算方法。教学重点：信号的各种特征值。教学难点：信号在时域和频域的算法规则。作业：习题1.1、1.5、1.11 第二章信号的数学分析(6学时) 教学内容：周期信号的时域分析，周期信号的频域分析，非周期信号的时域分析，非周期信号的频域与复频域分析，随机信号的统计分析。教学要求：掌握周期信号的傅里叶级数变换、频谱特性：理解非周期信号的冲激函数、阶跃函数与奇偶性：掌握非周期信号的傅里叶积分变换、拉氏变换及频谱特性：掌握随机过程、各态历经信号的数学特征、时域/频域/幅值域的统计与相关分析方法。教学重点：周期信号的时域分析和频域分析。教学难点：随机信号的统计分析。作业：习题2.4、2.8、2.20 第三章信号的离散化处理与分析(6学时) 教学内容：连续信号的离散化，离散信号的傅里叶变换，离散信号的Z变换，离散信号的傅里叶变换与Z变换的关系，快速傅里叶变换算法。教学要求：理解信号的时域采样和频域采样定理，了解采样与信号频谱的关系和影响：掌握离散傅里叶级数DFS和离散傅里叶变换DFT的算法与性质：掌握离散信号的Z 变换与Z域分析：了解几种快速傅里叶变换算法（时间抽取基2FFT算法、频率抽取基2FFT算法、分裂基算法、频域细化的CZT(线性调频Z变换)算法)。教学重点：离散信号的傅里叶变换和Z变换。教学难点：信号的时域采样和频域采样的关系：离散傅里叶级数DFS和离散傅里叶变换 DFT的算法与性质。作业：习题3.1、3.2、3.9 第四章测试系统的组成与分析(9学时) 教学内容：测试系统的组成，测试系统的基本特性，测试系统的特性描述，测试系统的频率响应，测试系统的机电模拟分析。教学要求：了解传统与现代测试系统的组成及功能：理解测试系统的静态特性和动态特性的概念，理解线性定常系统的定义和重要性质，理解不失真的定义、不失真测试条件和测试系统的动态误差：掌握三大特性描述函数-测试系统的传递函数H(S)、单位脉冲响应函数h(①)和频率响应函数HGo)及其关系：掌握测试系统的动力学建模方法、暂态响应和稳态响应的求解与分析：了解机电相似性，阐述机械网络的画法原则，机电模拟分析的应用。教学重点：测试系统的基本特性与特性描述。教学难点：测试系统的频率响应和机电模拟分析方法

四、教学内容与要求本课程共 40 学时，分为以下八章：第一章信号的数学特征（3 学时）教学内容：信号的分类，信号的特征值，信号的算法规则。教学要求：理解几种信号的定义和图形描述；掌握信号的几种数学特征值；掌握信号在时域和频域的 11 种运算方法。教学重点：信号的各种特征值。教学难点：信号在时域和频域的算法规则。作业：习题 1.1、1.5、1.11 第二章信号的数学分析（6 学时）教学内容：周期信号的时域分析，周期信号的频域分析，非周期信号的时域分析，非周期信号的频域与复频域分析，随机信号的统计分析。教学要求：掌握周期信号的傅里叶级数变换、频谱特性；理解非周期信号的冲激函数、阶跃函数与奇偶性；掌握非周期信号的傅里叶积分变换、拉氏变换及频谱特性；掌握随机过程、各态历经信号的数学特征、时域/频域/幅值域的统计与相关分析方法。教学重点：周期信号的时域分析和频域分析。教学难点：随机信号的统计分析。作业：习题 2.4、2.8、2.20 第三章信号的离散化处理与分析（6 学时）教学内容：连续信号的离散化，离散信号的傅里叶变换，离散信号的 Z 变换，离散信号的傅里叶变换与 Z 变换的关系，快速傅里叶变换算法。教学要求：理解信号的时域采样和频域采样定理，了解采样与信号频谱的关系和影响；掌握离散傅里叶级数 DFS 和离散傅里叶变换 DFT 的算法与性质；掌握离散信号的 Z 变换与 Z 域分析；了解几种快速傅里叶变换算法（时间抽取基 2FFT 算法、频率抽取基 2FFT 算法、分裂基算法、频域细化的 CZT（线性调频 Z 变换）算法）。教学重点：离散信号的傅里叶变换和 Z 变换。教学难点：信号的时域采样和频域采样的关系；离散傅里叶级数 DFS 和离散傅里叶变换 DFT 的算法与性质。作业：习题 3.1、3.2、3.9 第四章测试系统的组成与分析（9 学时）教学内容：测试系统的组成，测试系统的基本特性，测试系统的特性描述，测试系统的频率响应，测试系统的机电模拟分析。教学要求：了解传统与现代测试系统的组成及功能；理解测试系统的静态特性和动态特性的概念，理解线性定常系统的定义和重要性质，理解不失真的定义、不失真测试条件和测试系统的动态误差；掌握三大特性描述函数--测试系统的传递函数 H(S)、单位脉冲响应函数 h(t)和频率响应函数 H(j)及其关系；掌握测试系统的动力学建模方法、暂态响应和稳态响应的求解与分析；了解机电相似性，阐述机械网络的画法原则，机电模拟分析的应用。教学重点：测试系统的基本特性与特性描述。教学难点：测试系统的频率响应和机电模拟分析方法

作业：习题4.1、4.4、4.10 第五章信号调理电路(4学时) 教学内容：信号调理电路的组成，信号的放大、滤波、调制及解调，信号的线性化电路。教学要求：理解信号调理电路的组成及功能：掌握典型模拟滤波和数字滤波的算法和特性：理解幅度和频率调制及解调的原理、调制波的频谱：理解常用线性化电路的分类与原理。教学重点：信号的滤波、调制及解调。教学难点：信号的线性化电路。作业：习题5.1、5.3 第六章信号转换电路(2学时) 教学内容：信号转换电路的组成，多路模拟开关，采样保持器，模/数转换器：信号转换电路的组成及功能。教学要求：理解信号转换电路的组成与分类、多路模拟开关的原理和应用：掌握采样保持器、模/数转换器的分类、原理及应用。教学重点：信号转换电路的组成与分类。教学难点：采样保持器、模/数转换器的分类、原理及应用。作业：习题6.1、6.5 第七章频谱估计（7学时) 教学内容：经典频谱估计的基本方法及改进，经典频谱估计算法性能比较，基于参数模型的频谱估计，最大熵估计，现代频谱估计算法性能比较。教学要求：理解经典频谱估计的基本方法及相应的改进：掌握AR、MA和ARMA模型的频谱估计方法：理解介绍最大熵估计的算法：了解现代频谱估计算法的特点。教学重点：经典频谱估计的基本方法与算法性能比较。教学难点：最大熵估计的算法。作业：习题7.2、7.8 第八章现代信号分析方法(3学时) 教学内容：二维傅里叶变换，离散余弦变换，小波分析，信号的时频表示，同态滤波及复倒谱。教学要求：理解二维连续、离散信号傅里叶变换的定义，一维和二维离散余弦变换的定义与应用：理解小波分析的基本方法：了解信号时频表示的基本出发点和其应用：了解同态滤波和复倒谱的基本概念和其应用。教学重点：二维傅里叶变换、离散余弦变换。教学难点：小波分析的基本方法。作业：习题8.2、83、8.8 五、教学方式 1.课堂教学为主，电子课件结合板书。 2.以课件为主线，辅以工程实际和科研课题的解析。 3.适当开展课内外的研讨活动。 4.科研育人实践教学：课下开展“基于漏磁检测理论的钢丝绳无损检测方法”的硬件平台实验教学

作业：习题 4.1、4.4、4.10 第五章信号调理电路（4 学时）教学内容：信号调理电路的组成，信号的放大、滤波、调制及解调，信号的线性化电路。教学要求：理解信号调理电路的组成及功能；掌握典型模拟滤波和数字滤波的算法和特性；理解幅度和频率调制及解调的原理、调制波的频谱；理解常用线性化电路的分类与原理。教学重点：信号的滤波、调制及解调。教学难点：信号的线性化电路。作业：习题 5.1、5.3 第六章信号转换电路（2 学时）教学内容：信号转换电路的组成，多路模拟开关，采样保持器，模/数转换器；信号转换电路的组成及功能。教学要求：理解信号转换电路的组成与分类、多路模拟开关的原理和应用；掌握采样保持器、模/数转换器的分类、原理及应用。教学重点：信号转换电路的组成与分类。教学难点：采样保持器、模/数转换器的分类、原理及应用。作业：习题 6.1、6.5 第七章频谱估计（7 学时）教学内容：经典频谱估计的基本方法及改进，经典频谱估计算法性能比较，基于参数模型的频谱估计，最大熵估计，现代频谱估计算法性能比较。教学要求：理解经典频谱估计的基本方法及相应的改进；掌握 AR、MA 和 ARMA 模型的频谱估计方法；理解介绍最大熵估计的算法；了解现代频谱估计算法的特点。教学重点：经典频谱估计的基本方法与算法性能比较。教学难点：最大熵估计的算法。作业：习题 7.2、7.8 第八章现代信号分析方法（3 学时）教学内容：二维傅里叶变换，离散余弦变换，小波分析，信号的时频表示，同态滤波及复倒谱。教学要求：理解二维连续、离散信号傅里叶变换的定义，一维和二维离散余弦变换的定义与应用；理解小波分析的基本方法；了解信号时频表示的基本出发点和其应用；了解同态滤波和复倒谱的基本概念和其应用。教学重点：二维傅里叶变换、离散余弦变换。教学难点：小波分析的基本方法。作业：习题 8.2、8.3、8.8 五、教学方式 1. 课堂教学为主，电子课件结合板书。 2. 以课件为主线，辅以工程实际和科研课题的解析。 3. 适当开展课内外的研讨活动。 4. 科研育人实践教学：课下开展“基于漏磁检测理论的钢丝绳无损检测方法”的硬件平台实验教学