《数字信号处理》课程教学大纲.docx

数字信号处理课程教学大纲一、课程基本信息课程中文名称数字信号处理课程英文名称Digital Signal Processing课程编号16352106课程模块口思想政治理论课口通识教育课口专业基础课 /专业课课程性质口必修口限选/专业任选口任选总学时32讲授学时22实验（专题辅导） 学时10总学分2开课单位电子与信息 工程学院开课系（室）自动化系授课对象自动化、电气工程及其自动化专业适用专业自动化、电气工程及其自动化专业先修课程工程数学、M语言程序设计、信号与系统二、课程简介和教学目标1 .课程简介本课程是自动化专业学科专业任选课，本课程通过理论教学、实验教学使学生掌握数字 信号处理的基本理论和方法。课程以离散信号与系统的时频分析、离散变换及其快速算法为 基础，重点阐述数字滤波器的基本理论、结构和设计方法。在各章节中导入应用实例和综合 实例，详细介绍数字信号处理软、硬件实现的应用领域。使学生掌握数字信号处理基本分析 方法和分析工具,培养能够从数学概念、物理概念及工程概念去分析问题和解决问题的能力。2 .教学目标教学目标1：在知识方面，通过本课程的学习，要求学生掌握离散时间信号和系统的 基础理论、离散傅里叶变换（DFT）理论及其FFT快速算法、IIR和FIR数字滤波器的设 计结构分析、以及数字信号处理中的有限字长效应。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方法，掌握数字滤波器的原理并学会FIR和IIR数字滤波器的 几种基本的设计方法，掌握MATLAB软件包中的信号处理工具箱的使用方法。为学生 进一步学习有关信息、通信等相关课程打下良好的理论基础，使其具有初步的算法分析 和运用MATLAB编程的能力，具备相关应用领域的设计和开发能力。教学目标2：在能力方面，该课程使学生具备将算法通过具体的编程语言加以实现的实 践能力；具备进行相关产品的设计和开发能力，能将数字信号处理知识用于解决实际应用领 域问题，具备终身学习能力。教学目标3：在素质方面，引导学生能够能够对数字信号处理问题的关键技术和难点 进行准确描述，具备有效沟通并能够合理决策的综合素质；能够在工程实践中理解并遵守 职业道德和规范，履行责任；能够具有良好的独立工作能力、团队合作能力。3.教学目标与毕业要求指标点的支撑关系三、理论教学教学目标支撑毕业要求对应指标点教学目标1毕业要求1、2、3、4、5教学目标2毕业要求11 > 12教学目标3毕业要求6、7、8、9、10表1理论教学安排序号章节(学时)学习内容(含重点、难点)教学方法、手段支撑教学目标其他1第1章绪论(2学时)1.1 数字信号处理的发展 历史1.2 数字信号处理系统的 基本组成1.3 数字信号处理的简要 特点1.4 数字信号处理的应用 领域L5数字信号处理与 MALAB的关系教师讲授、 课堂讨论 和学生自 学相结合， 设计应用 的方面以 导入实例 方式进行 讲解。采用 多媒体教 学为主，重 点难点辅 以板书。(!)掌握数 字信号处理的 概念和系统组 成；(2)熟悉数 字信号处理的 特点;(3) 了解数 字信号的发展 历史及应用领 域。1 .课外阅读资 料或作业阅读3-5篇关 于数字信号处 理应用的文 献。2 .作业要求 撰写一篇关于 数字信号处理 的小论文，本 章选择题5道， 判断题5道2第2章离 散时间信号 和离散时间 系统(3学时)2.1 离散时间信号2.2 离散时间信号的运算2.3 离散时间系统2.4 离散时间系统分析一 差分方程教师讲授、 课堂讨论 和学生自 学相结合， 设计应用(1)掌握离散 时间信号的数 学表示、运算； 掌握离散时间 系统的线性、1.课外阅读资 料或作业参考文献：姚 海燕、卢春华、 秦长海，矩阵序号章节(学时)学习内容(含重点、难点)教学方法、手段支撑教学目标其他2. 5综合实例的方面以 导入实例 方式进行 讲解。采用 多媒体教 学为主，重 点难点辅 以板书。时不变、因果 及稳定性；(2)理解离散 时间系统的分 析方法；(3) 了解综合 实例的应用。在离散时间信 号频谱分析中 的应用，信息 技术，2009.10 2.作业要求 适当选做与讲 解关于序列卷 积运算、离散 时间系统线 性、时不变性、 因果性和稳定 性判断的练习 题5,选择题503第3章z变 换及离散系 统的频域分 析(4学时)3. 1 z变换3. 2 z反变换3.3 z变换的性质和定理3.4 z变换与拉普拉斯变换和傅里叶变换的关系3.5 序列的傅里叶变换及 性质3.6 离散系统的频域分析3. 7综合实例教师讲授、 课堂讨论 和学生自 学相结合， 设计应用 的方面以 导入实例 方式进行 讲解。采用 多媒体教 学为主，重 点难点辅 以板书。(1)理解Z 变换的定义及 收敛域；留数 法求z反变 换；(2)掌握离散 系统的频域分 析(3) 了解综合 实例的应用。1.课外阅读资 料或作业 陈绍荣，何健， 朱行涛，刘郁 林，单位圆周 上具有重极点 的Z变换与傅 里叶变换相互 计算的方法， 通信技术， 2018.9 黄永平，于含， 李辉，基于 Matlab的线性 调频Z变换算 法仿真，实验 技术与管理， 2016.042.作业要求 适当选做与讲序号章节（学时）学习内容（含重点、难点）教学方法、手段支撑教学目标其他解关于序列z 变换与反变换 计算、系统因 果稳定判断等 相关内容判断 题5,选择题5。4. 1傅里叶变换的几种形教师讲授、(1 )掌握DFT1.课外阅读资式课堂讨论变换的性质及料或作业4.2周期序列的离散傅里和学生自循环卷积计谭子尤，张雅叶级数学相结合，算：掌握FFT彬，离散傅里叶4. 3离散傅里叶变换设计应用变换的流程图变换快速算法4. 4离散傅里叶变换的性的方面以原理及其计算的研究与4第4章离散 傅里叶变换 与快速变换 算法（4学时）质4.5 利用DF 丁对连续信号进行谱分析4.6 快速傅里叶变换4.7 FFT的应用导入实例 方式进行 讲解。采用 多媒体教 学为主，重量评价；（2）理解傅里 叶变换的四种 形式及其相互 关系；MATLAB算法 实现，中国科技 信息,2006.11 2.作业要求 适当选做与讲4.8综合实例点难点辅(3) 了解 FFT解关于序列以板书。算法的应用；DFT变换、循环（4） 了解综合卷积、FFT变换实例的应用。流程图、FFT变 换计算量等相 关内容判断题 5,选择题5。5. 1模拟滤波器的逼近教师讲授、（1）掌握模拟1.课外阅读资5.2巴特沃斯滤波器课堂讨论滤波器的幅度料或作业第5章模拟 滤波器的设 计（2学时）5.35.4切比雪夫滤波器 椭圆滤波器和学生自 学相结合，平方函数特 性；掌握巴特王浩，赵睿，徐静怡，周可55. 5综合实例设计应用沃斯和切比雪欣，赵一宁，的方面以夫滤波器的幅MATLAB在模导入实例度平方函数及拟滤波器设计方式进行其特点；分析中的应用讲解。采用（2）理解椭圆电子世序号章节（学时）学习内容（含重点、难点）教学方法、手段支撑教学目标其他多媒体教 学为主，重 点难点辅 以板书。滤波器的幅度 平方函数及其 特点；（3） 了解综合 实例的应用。界,2018.4 陈小桥，张雪 滨，吴晓潭， 黄恩民，实验 教学中的模拟 滤波器参数设 计，实验室研 究与探索， 2011.092.作业要求 适当选做与讲 解关于巴特沃 斯滤波器和切 比雪夫滤波器 幅度平方函数 相关内容选择 5题，判断5题。6第6章IIR 滤波器的设 计（3学时）6.1 根据模拟滤波器设计IIR数字滤波器6.2 IIR数字滤波器的最优化 设计法6.3 设计IIR数字滤波器的 频率变换法6.4 综合实例教师讲授、 课堂讨论 和学生自 学相结合， 设计应用 的方面以 导入实例 方式进行 讲解。采用 多媒体教 学为主，重 点难点辅 以板书。（I）掌握脉 冲响应不变法 和双线性变换 法（2）设计IIR 的原理、步骤、 平面映射关 系；（3）掌握IIR 滤波器频率变 换方法；（4） 了解综合 实例的应用。L课外阅读资 料或作业 张登奇，彭鑫， 陈海兰，双线 性变换法在IIR 滤波器设计中 的应用，湖南 理工学院学报 （自然科学版）,2016.09 张登奇，彭鑫， 脉冲响应不变 法在IIR滤波器 设计中的应用， 湖南理工学院 学报（自然科学序号章节（学时）学习内容（含重点、难点）教学方法、手段支撑教学目标其他版）,2015.122.作业要求 适当选做与讲 解关于运用脉 冲响应不变法 和双线性变换 法设计IIR滤波 器相关内容习 选择5题，判 断5题。7第7章FIR 滤波器的设 计（4学时）7.1 FIR滤波器的线性相位特性7.2 幅度特性7.3 零点特性7.4 窗函数法设计FIR数字滤波器7.5 频率采样法7.6 IIR和FIR滤波器的性能7.7 综合实例教师讲授、 课堂讨论 和学生自 学相结合， 设计应用 的方面以 导入实例 方式进行 讲解。采用 多媒体教 学为主，重 点难点辅 以板书。（1）掌 握 FIR滤波器的 相位及幅度特 性：（2）掌握窗 函数法设计 FIR滤波器的 基本思想及不 同窗函数设计 滤波器的特 性；（3）理解频 率采样法设计 FIR滤波器的 基本原理；了 解两种滤波器 的性能：1.课外阅读资 料或作业王再见，闵福 蓉，丁绪星， 基于窗函数设 计FIR滤波器 的教学案例探 讨，山西电子 技术，2018.04 王艳芬，张晓 光，王刚，文U 卫东，张林， 关于FIR滤波 器窗函数设计 法的若干问题 讨论，电气电 子教学学报，序号章节（学时）学习内容（含重点、难点）教学方法、手段支撑教学目标其他（4） 了解综 合实例的应 用。2017.042.作业要求 适当选做与讲 解关于运用窗 函数法设计FIR 滤波器相关内 容选择5题， 判断5题。四、实验教学表2实验教学安排序号实验项目名称（学时）实验内容实验类型支撑教学目标其他1Matlab基本操作实验；（2学时）应能利用 Matlab进行信 号处理常用的运 算、部分函数语 法格式应用、显 示计算结果并作 图验证型教学目标1、22基本信号波型Matlab 仿真实验（2学时）利用Matlab程 序编写常用典型 离散时间信号 （单位脉冲序列、 单位阶跃序列、 实指数序列、复 指数序列）。完成 连续信号经过采 样后频谱分析 图，依据实验结 果进行分析和总 结。验证型教学目标1、23DFT和FFT算法实现（2利用Matlab程验证型教学目标1、2五、考核与成绩评定方法序号实验项目名称（学时）实验内容实验类型支撑教学目标其他学时）序编写DFT和 FFT运算程序； 编写线性卷计、 循环卷计、周期 卷积程序；画出 相应的运算结果 图形，依据实验 结果进行分析和 总结4IIR数字滤波器的设计（2学时）利用Matlab编 写脉冲响应不变 法和双线性变换 法设计巴特沃兹 滤波器（包括高 通和低通型滤波 器）程序；画出双 线性变换及脉冲 响应不变法设计 的滤波器的频域 特性图，依据实 验结果进行分析 和总结验证型教学目标1、25FIR数字滤波器的设计 （独立设计实验）（2学时）利用Matlab编 写窗函数法和频 率采样法设计线 性相位FIR滤波 器程序；画出设 计的滤波器的频 域特性图，依据 实验结果进行分 析和总结验证型教学目标1、2表3课程考核及评价细则成绩组成考核/评价环节分值考核/评价细则支撑教学目标40%平时成绩40实验、作业与课堂考勤评定教学目标1、2、360%期末成绩60考查考试教学目标1、2六、速议教材及相关教学资源1王震宇，张培珍.数字信号处理M.北京大学出版社出版,2010.2程佩青.数字信号处理教程（第二版）M.清华大学出版社出版.20013 丁玉美.数字信号处理M.西安电子科技大学出版社.20014楼顺天，李博函.基于Matlab的系统分析与设计-信号处理M.西安电子科大出 版社，2001