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文本内容:
《信号与系统》教学大纲
一、课程基本信息信号与系统课程名称Signals andSystems课程编码OSI223811040开课院部海洋与空间信息学院课程团队通信系统组学分
4.0课内学时68讲授56实验6上机6实践0课外学时68适用专业通信工程授课语言中文先修课程电路分析、图等数学(2-1)、高等数学(2-2)、复变函数与积分变换《信号与系统》课程是通信工程专业必修的专业基础课,课程主要讨论确定性信号的时域分析和变换域分析,线性时不变系统的描述与特性,以及信号通过线性时不变系统的时域分析与变换域分析方法,核心内容是三大变换(傅里叶变换、拉普拉斯变换与Z变换)通过本课程的学习,使学生掌握信号与线性时不变系统的时域、变换域分析的基本原理和基本方法,熟悉这些理论与方法在通信工程领域中的应用;掌握有关系统的频响、因果性、稳定性等工程应用中的一些重要结论,建立信号与系统的频域分析以及系统函数的概念,为后续的数字信号处理、通信原理等专业课的学习奠定理论基础课程简介(必Signals and systems isa compulsoryprofessional basiccourse forcommunication engineeringmajor.It mainlydiscusses time domain andtransform domain修)analysis ofdeterministic signals,description andcharacteristics oflinear time-invariant systems,and thetimedomain analysis andtransform domainanalysis methodof thesignal throughthe linear time invariantsystem,the corecontent isthree majortransformations Fouriertransform,Laplace transformand Ztransform.Through thestudy ofthis course,students canmaster thebasic principlesand methodsof timedomain andtransform domainanalysis of signals andlineartime-invariant systems,and befamiliar withthe applicationof thesetheories andmethods inthe fieldof communicationengineering;master someimportant conclusionsin engineeringapplications suchas frequencyresponse,causality andstability ofthe system,establish frequencydomainanalysisofsignalsandsystemsand theconcept ofsystem functions,it laysa theoreticalfoundation forthe follow-up studyof professionalcourses suchas digitalsignal processingand communicationprinciples.负责人
二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点析基本正确,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-仿真过程不完整,结果分析不止确,不能从技术角度优选解决方案获得有效结论大作业A-利用Matlab设计解决问题的实验方案合理,PPT汇报和答辩的效果好;B-利用Matlab设计解决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设计设计解决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设计解决设计解决问题的实验万案不合理,PPT汇报和答辩的效果差16M4期末考试20%(见期末考试评分标准)评分等级说明
六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1《信号与线性系统分析》(第五版),吴大正,高等教育出版社,2019,
6829787040513110.(*主教材)2图书1《信号与系统》(第三版),郑君里,高等教育出版社,2011,ISBN:
9787040315196.3图书1《信号与系统Signals amp;Systems》(第二版),A.V.Oppenheim,西安交通大学出版社,2013,ISBN:
9787121194276.4图书1信号与系统,陈后金,清华大学出版社,2017,ISBN:
9787512131859.
七、实验项目信息序号项目名称实验室名称门牌号组人数学时实验类别要求实验类型上机实验1信号与系统分析实验箱基本模块1信号与系统实验室基础实验楼B62132专业基础必做验证性False的使用2实验2信号的分解与合成信号与系统实验室基础实验楼B621302专业基础必做验证性False3实验3抽样定理与信号恢复信号与系统实验室基础实验楼B62132专业基础必做验证性False上机1信号的MATLAB表示与基本运4多媒体机房12专业基础必做设计性True算上机2信号的卷积、相关运算及应用5多媒体机房12专业基础必做设计性True上机3傅里叶变换的数值计算及信号的6多媒体机房12专业基础必做综合性True频域分析任务自选目标1能应用信号与系统的基本概念、信号与系统时域和变换域描述方法,结合必要的数学知识,对信1Ml是
1.1息获取、传输、处理和利用等过程中有关信号分析与系统分析的问题进行表述目标2能利用信号与系统的基本分析方法,结合高等数学、电路分析等课程的知识建立系统的数学模型2M2或结构模拟;能运用信号通过连续和离散线性时不变系统的时域、频域、s域和z域分析方法,求解连续和是
1.2离散系统的响应目标3能针对信号的时域与变换域对应关系,系统的线性、时不变性、因果性和稳定性的判定,系统对3M3输入信号的作用,系统无失真传输等具体通信工程问题进行分析、推理;能运用系统频响和系统函数进行是
1.3系统功能分析或系统设计目标4能针对通信工程领域有关谱分析、抽样、幅度调制、滤波等信号分析与处理问题,利用信号与系4M4统的时域和变换域分析方法进行分析,并能通过Matlab软件仿真及硬件实验对解决方案进行验证、比较、是
1.4得出结论
三、课程内容支撑课课内课外序号章节号标题课程内容/重难点教学方式课外坏节程目标学时学时本章重点难点信号的基本运算,单位冲激函数的概念和性质,线1第一章信号与系统/6/6/性时不变系统的概念和特点信号与系统的基本概念;信号分析与系统分析的基本概念思政案2L
11.1绪论例从烽火狼烟到华为5G,探讨中国古人的智慧与现代人的担当,Ml1讲授1网站讨论弘扬爱国主义情怀
31.
21.
2.信号信号的表示、信号的分类Ml,M31讲授1作业
1.3信号的基本运信号本身的运算包括反转和平移,尺度变换,信号微积分;信号之
41.3Ml,M31讲授1作业算间的运算加法和乘法
1.4阶跃函数和冲
51.4阶跃函数和冲激函数的概念;冲激函数的性质Ml,M31讲授1作业激函数系统的描述方法:数学模型法,框图描述法;根据描述系统的框图,Ml,M2,M
361.
51.5系统的描述1讲授1作业列写其微分或差分方程的步骤思政案例动态系统的定义与“
9.18”历史的铭记线性时不变系统的概念;系统的线性、时不变性、因果性和稳定L6系统的特性和分作业、复
71.6性;LTI系统分析方法概述网站讨论多径信道的时变特性Ml,M31讲授1析方法习、讨论本章重点难点连续系统的初始状态和初始条件在概念上的区别和连续系统的时域分8第二章确定;利用系统冲激响应求零状态响应;卷积积分;卷积和相关的/6/4/析关系及相关的物理意义LTI系统的微分方程经典求解方法;系统的初始状态和初始条件的
2.15连续系统的响概念;连续系统的零输入响应、零状态响应及全响应的概念思政
92.1M2,M32讲授1预习、讨论应案例借用响应和激励的关系,引导学生多方摄取有益的知识,避免在自己的内心深处产生不良的“响应
2.
2.冲激响应和阶跃Ml,M2,M
3102.2连续系统冲激响应和阶跃响应的概念、关系、计算1讲授1作业响应卷积积分的概念,图解法卷积积分的计算步骤°网站讨论卷积的作业、讨论
112.
32.3卷积积分M2,M
31.5讲授1物理意义卷积积分主要性质,特别是关于冲激函数卷积积分的性质;应用卷
122.
42.4卷积积分的性质积积分法求解系统的零状态响应;能量信号相关的定义、信号相关M2,M
31.5讲授1作业、复习与卷积的关系本章重点难点离散系统的差分方程描述;离散信号的卷积和运离散系统的时域分13第三章算;单位序列响应的概念及离散系统零状态响应的时域解法/54析
3.1LTI离散系统的LTI离散系统的差分方程经典求解方法;离散系统的零输入响应与
143.1M2,M31讲授1预习响应零状态响应的概念
3.2单位序列和单位单位序列和单位阶跃序列的概念;单位序列响应和阶跃响应的概念
153.2Ml,M32讲授1作业序列响应的概念及计算方法卷积和(即离散卷积)的概念,卷积和的计算,卷积和的性质以及
163.
33.3卷积和M2,M32讲授2作业简单复合系统单位序列响应的求解方法本章重点难点信号傅立叶展开所代表的物理含义、信号频谱的概连续系统的频域分17第四章念;奇异函数的傅立叶变换;傅立叶变换的性质;系统频率响应的概/16/16/析念;时域取样定理;能量谱与功率谱的概念
4.1信号分解为正交正交函数集的概念;信号空间中的两个完备函数集三角函数集、指
184.1Ml1讲授1预习函数数函数集;信号分解为正交函数周期信号的三角形式和指数形式傅立叶级数展开;函数的波形特点与
194.
24.2傅里叶级数傅里叶系数的关系思政案例傅里叶生平网站讨论周期信号傅M1,M42讲授2作业里叶级数展开的具体应用
4.3周期信号的频谱周期信号的频谱和信号带宽的概念;周期信号频谱的特点;周期信号
204.3Ml2讲授2作业功率的计算从周期信号的频谱到非周期信号的傅立叶变换;非周期信号的傅里叶
4.4非周期信号的傅
214.4变换及逆变换;非周期信号的频谱思政案例以心电信号的频谱分Ml,M3,M42讲授2作业立叶变换和频谱析的处理为例,让学生珍视健康,并产生共鸣线性、奇偶性、对称性、尺度变换、时移特性、频移特性、卷积定理、
4.5傅立叶变换的性
224.5时域微分和积分、频域微分和积分性质;信号时频域对应关系思政Ml,M3,M42讲授2作业质案例引导学生多方面多视角的解决问题
4.6能量谱与功率谱帕斯瓦尔能量等式、能量信号的能量谱与自相关函数的关系;功率信
234.6Ml,M31讲授1作业号的功率谱与自相关函数的关系
4.7周期信号的傅立信号的傅立叶变换的概念;周期信号的傅里叶系数与傅里叶变换
244.7周期Ml,M32讲授2作业叶变换的关系系统频率响应的概念,系统幅频特性和相频特性的物理意义;系统
4.8LTI系统的频域无失真传输的条件、群时延的概念;理想低通滤波器的冲激响应和
254.8Ml,M3,M42讲授2作业、讨论分析阶跃响应、理想低通滤波器的物理不可实现性网站讨论系统频域分析在信道估计技术、均衡技术中的应用信号的取样的概念、模型、取样后信号的频谱与原模拟信号频谱之间的关系、频谱混叠现象;时域取样定理;取样信号恢复信号的实作业、网站
264.
94.9取样定理M3,M42讲授2质网站讨论抽样定理的实际应用与压缩感知思政案例信息讨论技术的时代发展与时域抽样模型的修正考核学生对信号和系统的表示、信号的卷积积分和卷积和的计算、信课外学时考阶段性Ml,M2,27期中考试号的时域及变换域分析、系统特性的分析与判定等课堂讲授内容的理1讲授3试、总M3,M4结测试1解和应用的能力本章重点难点拉普拉斯变换的性质;用部分分式法求拉普拉斯反变连续系统的S域分换;微分方程的S域求解方法;系统函数的概念及其应用;电路的S28第五章/6/4/析域模型在教学中应强调本章与第二章时域分析法的区别与优势从傅里叶变换到拉普拉斯变换、拉普拉斯变换的定义、拉普拉斯变换
295.
15.1拉普拉斯变换Ml1讲授1预习的收敛域
5.2拉普拉斯变换的线性、尺度变换、时移特性、复频移特性、时域微分特性、时域积分
305.2Ml2讲授1作业性质特性、卷积定理;常用信号的拉普拉斯变换
5.3拉普拉斯逆变换
315.3部分分式展开法Ml1讲授1作业应用拉普拉斯变换求解系统的零输入响应,零状态响应与全响应并
325.
45.4系统的S域分析引出系统函数HS;拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系Ml,M2,M32讲授1作业、复习本章重点难点Z变换的性质;用部分分式法求解逆z变换;差分离散系统的Z域分方程的Z域求解方法;系统函数的概念及其应用在教学中应强调33第八早/6/6/析本章与离散系统时域分析方法的区别与优势,还应该强调本章与第五章内容上的诸多相似之处拉普拉斯变换与Z变换的关系;离散信号的Z变换的定义及收敛
346.
16.1z变换Ml1讲授1预习域线性、移位、z域尺度变换、卷积定理、z域微分、k域反转、部分
356.
26.2z变换的性质Ml2讲授2作业和;常用函数的z变换
366.
36.3逆Z变换部分分式展开法Ml1讲授1作业用Z变换求解离散系统的零输入响应、零状态应与全响应;系统函作业、复习
376.
46.4Z域分析Ml,M22讲授2数的概念本章重点难点系统函数的极点分布与系统因果性、稳定性之间的38第七章系统函数/6/4/关系;系统的信号流图和常见的几种系统实现结构
7.1系统函数与系统M2,M3,
397.1系统函数的零、极点的分布与时域特性及频率特性的关系2讲授1预习特性M
47.2系统的因果性与
407.2系统的因果性与稳定性的判断M31讲授1作业稳定性
417.
37.3信号流图信号流图;梅森公式、系统函数的计算2讲授1作业Ml,M2,M3作业、复习
427.
47.4系统的结构系统的模拟直接,级联和并联实现M2,M31讲授1阶段性测试学生对连续系统的s域分析、离散系统的z域分析、系统因果Ml,M2,M3讲授、讨论复习、总结43阶段性测试
21.51测试2性与稳定性的判断、系统函数、信号流图的掌握程度系统的状态变量分本章重点难点系统状态变量、状态方程的定义,状态方程和输出44第八章Ml2讨论2自学析方程的建立过程,状态方程的求解方法等信号与系统分析实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、撰写实验报45实验一验箱基本模块的使信号分解与合成模块、主机接口与二次开发区;信号源的使用;示Ml2实验1告波器的使用;信号的测量用矩形脉冲信号的分解;矩形脉冲信号的合成;谐波幅度和相位对波撰写实验报46实验二信号的分解与合成M42实验1形合成的影响告信号的抽样及抽样撰写实验报47实验三观察抽样信号波形;验证抽样定理与信号恢复M42实验1定理告软件设计、信号的Matlab表示48上机一常用信号的MATLAB表示;信号的基本运算M42上机1报告撰写与运算卷积积分与卷积和的计算及应用;卷积积分与相关的运算关系;相软件设计、信号的卷积、相关49上机二关的运算;相关结果最大值对应时延的物理意义及应用M42讲授、讨论2报告撰写运算及应用非周期连续信号傅里叶变换的数值计算;信号的频谱分析;信号的调傅里叶变换的数值制,多路信号的频分复用,体验信号傅里叶变换数值计算的运算速软件设计、50上机三计算及信号的频域分M42上机2度,观察时域的离散化、时域的截短所引起的信号频谱的变化报告撰写析基于Matlab完成要求功能的系统建模、
1.回声信号的产生回声信号产生的数学模型;回声信号的产结构模拟与软件开方案设计/生;回声信号消除的系统设计;回声信号的消除
2.DTMF双音多发软件开发/频信号产生的数字振荡器设计具体应用单位序列响应,系统函数MI,M2,51大作业
1.回声信号的产生.5讲授1M3,M4撰写报告/零极点分布,信号流图等系统分析方法完成不同频率正弦序列数字与消除
2.DTMF双音制作PPT/答振荡器的设计;DTMF双音多频信号的检测信号的傅里叶分析;多频信号产生的数字辩具有不同选频特性的理想滤波器的设计振荡器设计与检测
四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比
1.具体包才舌每章的课后纸质作业和电子版作业,其中电子版作业包括与课程内容有关的Mallab仿真题目或结合应用的网站讨论话题
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1平时作业
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10%题、简答题、计算题等
4.电子版作业主要考查学生结合课程理论对讨论话题的认知情况,以及利用Matlab工具软件进行系统分析和设计的能力
1.第1・4章结束后,安排1次期中测验,测验时长为120分钟
2.第5-7章结束后,安排1次随堂的阶段性测验,测验时长为5分钟2阶段性测试
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%
4.考核学生对信号和系统的表示、信号的卷积积分和卷积和的计算、信号的时域及变换域分析、系统特性的分析与判定等课堂讲授内容的理解和应用的能力3实验
1.本课程6个学时硬件实验,共3次实验10%
2.成绩采用百分制,根据实验完成质量,以及实验报告质量评分
3.考核学生对信号发生与测量观测实验设备的使用能力,以及针对信号分解与合成、时域采样定理理论的应用能力
1.上机1本课程6个学时上机,共3次上机2成绩采用百分制,根据所设计的实验方案及小组答辩、完成情况评分3考核学生针对信号的表示、运算、频谱分析、系统设计、滤波处理等具体问题,能够根据需求确定设计目标,从信号与系上机及大作统分析的角度优选解决方案,进行验证、比较、获得有效结论的能力410%业
2.大作业1本课程要求利用Matlab开发回声信号的产生与消除、DTMF信号产生的数字振荡器设计与检测的两个仿真软件
3.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
4.考查学生根据需求建立仿真数学模型,确定设计目标,从信号与系统分析的角度优选解决方案,进行验证、比较、获得有效结论的能力
1.闭卷考试,成绩采用百分制,卷面成绩总分100分5期末考试
2.主要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,题型主要有填空题、50%计算题、综合题等
五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级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;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;C-独立思考、按时完成,作图1Ml平时作业20%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;D-作业抄袭,未能按时完成,作图不规范,解题思路混乱阶段性测试2Ml30%见阶段性测验评分标准3Ml期末考试40%见期末考试评分标准上机及大作A-利用Matlab对研究对象的表述正确;B-利用Matlab对研究对象的表述比较正确;C-利用Matlab对研究对象的4Ml10%业表述基本正确;D-利用Matlab对研究对象的表述不止确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;B-独立思考、按时完成,5M2平时作业20%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;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;D-作业抄袭,未能按时完成,作图不规范,解题思路混乱阶段性测试6M230%(见阶段性测试评分标准)A-利用Matlab建立研究对象的系统模型及求解结果正确;B-利用Matlab建立研究对象的模型及求解结果比较正上机及大作7M210%确;C-利用Matlab建立研究对象的模型及求解结果基本正确;D-利用Matlab建立研究对象的模型及求解结果不止业确8M2期末考试40%(见期末考试评分标准)A-独立思考、按时完成,解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确;B-独立思考、按时完成,解题思路比9M3平时作业20%较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案比较准确;C-独立思考、按时完成,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;D-作业抄袭,未能按时完成,解题思路混乱阶段性测试10M320%(见阶段性测试评分标准)A-系统功能满足要求,设计、分析及推理过程严谨详细;B-系统功能比较满足要求,设计、分析及推理过程比较严上机及大作11M330%谨;C系统功能基本满足要求,设计、分析及推理过程基本严谨;D-系统功能不能满足要求,设计、分析及推理过业程不严谨12M3期末考试30%(见期末考试评分标准)阶段性测试13M410%(见阶段性测试评分标准)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,能对实验现象及数据进行正确的分析、推理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,能对实验现象及数据进行较为正确的分析、推理C-实验过程中认真完成实验要求,能得到正确的实验14M4实验10%结果,实验报告格式基本正确,步骤叙述基本清楚,实验现象及实验数据分析基本正确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,步骤叙述不清晰,实验现象及实验数据分析不止确上机及大作上机A.仿真过程完整,结果分析正确,能从技术角度优选解决方案获得有效结论;B・仿真过程较为完整,结15M460%业果分析基本正确,能从技术角度优选解决方案获得比较有效的结论;C-仿真过程基本完整,结果分。