《信号与系统》国家精品课程-陈后金

信号与系统国家精品课程建设陈后金[e-mail]主讲人简介陈后金博士，二级教授，博士生导师，电子信息学院院长。国家级教学名师国务院特殊津贴专家国家级教学团队负责人国家级精品课程负责人国家级双语课程负责人国家级网络课程负责人国家级实验教学中心负责人国家级精品教材负责人全国优秀教师教育部教学指导委员会委员教育部新世纪优秀人才美国德州大学客座教授全国电路和信号系统研究会副理事长精品课程建设内涵先进的课程教学理念明确的课程教学目标优化的课程教学体系发展的课程教学内容优秀的课程教学团队丰富的课程教学资源有效的课程教学方法良好的课程教学平台物化的课程教学成果精品课程建设内涵更新教育教学观念课程教学体系课程教学团队课程教学平台名课、名教材、名师培养优秀创新人才课程历史沿革课程教学目标课程教学体系课程教学方法课程教材建设课程教学资源课程教学团队课程教学成果主要内容“信号与系统”课程源于20世纪60年代“电工基础”和“无线电基础”等课程。国外于20世纪60年代出现《信号与系统》相关教材，为电气电子类专业学生等开设相关课程。我国在20世纪80年代初出现《信号与系统》相关教材，并为电气电子类专业学生开设相关课程。课程历史沿革2003年北京交通大学“信号与系统”课程被评为首批国家级精品课程（陈后金主持）。2004年东南大学“信号与系统”课程被评为第二批国家级精品课程（孟桥主持）。2004年西安电子科技大学“信号与系统”课程被评为第二批国家级精品课程（郭宝龙主持）。2006年武汉理工大学“信号与系统”课程被评为第四批国家级精品课程（刘泉主持）。课程历史沿革“信号与系统”国家级精品课程建设1980年原南京工学院管致中教授编著出版“信号与线性系统”教材。1981年清华大学郑君里教授编著出版“信号与系统”教材。1981年西安电子科大吴大正教授编著出版“信号与线性系统分析”教材。1982年北方交通大学朱钟霖教授编著出版“信号与线性系统分析”教材。……课程历史沿革“信号与系统”课程教材建设北京交通大学陈后金教授编著出版“信号与系统”教材（高等教育“十一五”国家级规划教材、北京市高等教育精品教材）清华大学郑君里教授编著出版“信号与系统”第3版教材。（高等教育“十一五”国家级规划教材）西安电子科技大学郭宝龙教授编著出版“信号与系统”教材。（高等教育“十一五”国家级规划教材）东南大学孟桥教授编著出版“信号与线性系统”教材。（高等教育“十一五”国家级规划教材）武汉理工大学刘泉教授编著出版“信号与线性系统”教材。（高等教育“十一五”国家级规划教材）……课程历史沿革“信号与系统”课程教材建设在信号处理实验平台建设方面，90年代后期，美国德州仪器(TI)公司先后与我国100多所高校联合建立DSP系统实验室，用于本科生和研究生DSP实践教学。近年来，由于各级电气信息类实验教学示范中心建设的推动，大批高校纷纷扩建信号处理实验室，为本科生开设信号处理方面软件分析与硬件实现实验。目前信号处理技术已成为学生就业和开展科研工作的基本技能。课程历史沿革课程历史沿革课程教学目标课程教学体系课程教学方法课程教材建设课程教学资源课程教学团队主要内容课程教学目标厚理博术知行相成更新教育教学理念，明确课程教学目标50年过去了，随着信息技术和计算机技术的发展，小规模电路逐步转化为大规模集成系统，复杂系统的分析计算也变得简便易行。难道我们的“信号与系统”课程就这样不断地重复着从前，真得没有什么可以或需要改变吗？课程教学目标厚理博术:厚理博术的内涵是既要具有深厚的理论，又要掌握系统的方法；既突出理论和概念，又强化方法和技术。信号处理系列课程涉及许多重要的理论和技术，其为学生未来的专业学习和科学研究奠定了必要的理论基础，对学生的知识和能力培养具有积极影响。课程教学目标知行相成：知行相成的内涵是既要加强知识学习，又要践行所学知识，提高实践能力和创新能力，形成理论与实践的相辅相成，相互促进。信号处理系列课程涵盖理论课程和实践课程，两者之间存在内在联系。理论为开展实践提供了科学依据；实践可以加强学生对理论和概念的深刻理解、方法和技术的综合运用。掌握信号与系统的基本理论时域与变换域分析理论，抽样定理等掌握信号与系统的基本方法信号表示与分析方法，系统描述与分析方法等掌握信号与系统的基本技术软件仿真分析技术，DSP系统开发应用技术提高应用理论和技术解决问题的实践能力学科领域应用，工程实际应用，综合交叉应用课程教学目标课程历史沿革课程教学目标课程教学体系课程教学方法课程教材建设课程教学资源课程教学团队课程教学成果主要内容信号处理系列课程涉及“信号与系统”、“数字信号处理”、“信号分析与处理实验”、“DSP技术课程设计”等相关课程，这些课程是电气信息类专业的主干基础课程。课程组依托国家电工电子教学基地和实验中心，整体优化课程体系，更新教学内容，建设立体化教材和教学资源。“信号与系统”课程2003年被评为首批国家精品课程、2007年被评为首批国家双语教学示范课程，2010年被评为国家网络精品课程。课程教学体系课程教学体系根据“厚理博术、知行相成”的课程教学目标，面向大类学科规划课群，按照课群构建课程体系。由“电子电路、电磁场、信号处理”三大课群构成，体现“三个并重”的特点：电子电路、电磁场、信号处理并重理论教学、实验教学、自主教育并重基础理论、分析方法、综合技术并重课程教学体系课程教学体系突出实验教学与理论教学之间的密切关系，构建了以实验目标为导向、实验内容为载体、创新能力为核心的实验教学体系。该体系层次清晰、目标明确。实验内容与科研和工程应用紧密结合，并注重其趣味性、工程性和探究性。突出系统级实践训练和新技术实验，设置了4门课程设计。课程教学体系实验体系层次清晰课程教学体系基础性实验掌握基本实验技能、基本实验数据分析能力，培养学生基本工程素质。综合设计性实验提高电路级的综合设计能力，以及系统级的开发应用能力自主探究性实验培养学生发现问题的能力,自主性探究和解决问题的能力。实验教学目标明确课程教学体系信号与系统（原理与概念）数字信号处理（技术与方法）DSP系统课程设计（应用与综合）根据信号处理课群进行整体优化，实现原理、技术和应用的有机结合信号分析处理实验(仿真分析）改变了传统的电路分析、信号与系统的课程体系，建立了信号与系统、数字信号处理的新课程体系。在“信号与系统”中，突出基本原理与概念；在“数字信号处理”中，突出数字化方法与技术；在“信号处理实验”和“DSP课程设计”中，突出原理和方法的实际应用。信号处理系列课程体系的特点:课程教学体系实现了以信号分析为基础、系统分析为桥梁、数字技术为手段。在信号分析中，突出信号的表示；在系统分析中，突出系统的描述。融入现代仿真软件和科学计算，增加面向工程实际的例题和习题。信号处理系列课程体系的特点:课程教学体系积极引入教研和科研成果，优化课程体系，更新教学内容。将数字信号处理课程中的某些基础内容（如DTFT，DFS等）向信号与系统课程中下移，在数字信号处理课程中增加现代信号处理的内容（如多速率信号处理、小波分析等），实验内容面向工程实际。信号处理课程体系的特点:课程教学体系课程教学体系时域分析变换域分析三大变换信号分析系统分析解析课程知识架构，明确课程教学内涵系统响应？三大变换？信号表示系统描述系统H输入信号x(t)输入信号x[k]输出信号y(t)输出信号y[k]x+HyAnalysis分析y+HxControl控制x+yHDesign设计课程教学体系信号分析系统分析连续分析离散分析时域分析变换域分析y(t)=x(t)*h(t)y[k]=x[k]*h[k]Fourier变换Laplace变换、Z变换课程教学体系时域抽样定理频域抽样定理DFT分析课程教学体系卷积相关谱分析滤波器设计时域逼近频域逼近Z域描述分析方法数字技术课程教学体系A/DDMATimerCPUD/ADMAMEM系统资源开发应用“DSP系统课程设计”知识架构课程教学体系连续系统离散系统时域描述：频域描述：S域描述：微分方程(组)：h(t)y(t)=x(t)*h(t)连续信号离散信号时域表示：信号表示为冲激信号的线性组合频域表示：信号表示为正弦信号的线性组合（CFS，CTFT）S域表示：信号表示为复指数的线性组合（单边、双边）时域表示：信号表示为脉冲序列的线性组合频域表示：信号表示为正弦序列的线性组合（DFS，DTFT）Z域表示：信号表示为复指数的线性组合（单边、双边）信号与系统系统频响特性：H(jw)Y(jw)=X(jw)H(jw)系统函数：H(s)Y(s)=X(s)H(s)y[k]=x[k]*h[k]Y(ejW)=X(ejW)H(ejW)系统分析信号分析应用(1)(2)(3)在在通生信物中神调经制系解统调中的的应应用用信号的抽样定理时域描述：频域描述：Z域描述：差分方程(组)：h[k]系统频响特性：H(ejW)系统函数：H(z)Y(z)=X(z)H(z)抽样IIR滤波器设计（脉冲不变法、双线性变换法）FIR滤波器设计（窗口法、频率取样法、优化法）数字滤波器设计数字滤波器结构（直接型、级联型、并联型、格型）信号多速率变换(抽取、内插滤波器组）数字信号分析离散傅里叶变换及其快速算法(DFT、FFT)随机信号谱估计(经典、近代)信号时频分析(STFT、DWT）数字滤波器软硬件实现及有限字长效应数字信号处理离散信号与系统的分析(时域、频域、Z域)应用(1)(2)(3)(4)轨道电路电磁特性频谱分析小波在信号去噪和压缩信号抽样速率转换离散系统处理连续信号课程教学体系DSP系统课程设计基本实验综合实验信号发生实验：板上资源A/D使用方法CCS使用仿真板使用集成开发环境CCS操作流程CCS软件工具的使用：断点、测试点、观察窗、文件操作等DSP芯片组成：CPU、RAM、定时器、DMA等仿真板组成：DSP、A/D、D/A、FLASH、RAM、JTAG等计算机与仿真板的通信DSP系统实验DSP开发方法DSP/C语言编程方法CCS基本调试实验：CCS操作方法定时器实验：片上资源定时器及D/A使用方法MCBSP实验：片上资源串行口使用方法、板上资源使用等CODEC实验：语音处理方法、编解码方法、DMA资源使用等信号实时谱分析实验：片上资源综合使用信号实时滤波分析实验：片上资源综合使用铁路机车FSK信号分析与识别实验：FSK信号产生与分析识别及其工程应用应用(1)(2)(3)DDDSSSPPP在信实语号现音采D处集T理与M中处F的理产应生用与检测男生与女生语音转换实验：男生与女生信号谱特征分析与转换等课程教学体系回声估计与消除课程教学体系课程教学体系电气信息学科发展迅速，需要积极吸收教研与科研成果，更新课程教学内容，反映当前理论和技术的发展趋势。体现了理论更加深厚、方法更加系统、技术更加先进。知识没有“有用”与“无用”之分但有“有用”与“更加有用”之别课程教学体系☼在信号处理系列课程中弱化了经典的时域分析方法，突出了LTI系统响应的作用机理；☼淡化了三大变换的计算技巧，突出了数学概念、物理概念和工程概念。☼以全新的视角诠释了信号抽样定理的本质内容，揭示了抽样定理的内涵。☼首次在信号与系统教材中介绍了利用信号处理的理论来分析生物神经系统的特性，通过科研实例拓展了信号处理的应用，开阔了学生的视野。课程教学重点与难点的一些思考为何介绍基本信号与基本运算？如何诠释信号的卷积与卷积和？可否略去经典方法时域求解系统响应?为何要引入信号与系统的频域分析？整体介绍四种信号的频谱有何利弊?如何介绍三大变换及其性质?抽样定理如何引入与论证？为何引入系统的复频域分析？如何有效开展信号与系统实验？如何结合学科专业渗透案例教学？课程教学体系信号处理实验的一些思考仿真实验主要侧重分析和解决问题的原理及方法DSP技术实验侧重仿真分析基础上的硬件实现以实验内容为载体，掌握DSP系统资源的开发利用淡化DSP芯片的底层