《信号与系统》课程简介、教学大纲

《信号与系统》课程简介课程代码课程名称课程名称（英文）学时学分先修课程开课学期信号与系统SignalsandSystems543数学分析（或高等数学）工程数学电路理论基础4课程简介：《信号与系统》是电类专业的一门重要的专业基础课程。它的任务是研究信号和线性非时变系统的基本理论和基本分析方法，要求掌握最基本的信号变换理论，并掌握线性非时变系统的分析方法，为学习后续课程，以及从事相关领域的工程技术和科学研究工作奠定坚实的理论基础。通过本课程的学习，学生将理解信号的函数表示与系统分析方法，掌握连续时间系统和离散时间系统的时域分析和频域分析，连续时间系统的S域分析和离散时间系统的Z域分析，以及状态方程与状态变量分析法等相关内容。通过上机实验，使学生掌握利用计算机进行信号与系统分析的基本方法，加深对信号与线性非时变系统的基本理论的理解，训练学生的实验技能和科学实验方法，提高分析和解决实际问题的能力。《信号与系统》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：EI210课程名称：信号与系统/SignalsandSystems学时/学分：54/3先修课程：《高等数学》《工程数学》《基本电路理论》适用专业：电类专业开课院（系）：电子信息与电气工程学院教材：《SignalsandSystems》A.V.Oppenheim,A.S.Willsky,Prentice-HallInc.,1997教学参考书：《信号与系统》胡光锐编上海交通大学出版社，1996《信号与系统》第二版，郑君里编，高教出版社，2000《信号与系统基础——应用Web和MATLAB》第二版，EdwardW.Kaman,BonnnieS.Heck著，科学出版社，2002二、课程性质和任务《信号与系统》是电类专业的一门重要的专业基础课程。它的任务是研究信号和线性非时变系统的基本理论和基本分析方法，要求掌握最基本的信号变换理论，并掌握线性非时变系统的分析方法，为学习后续课程，以及从事相关领域的工程技术和科学研究工作奠定坚实的理论基础。三、教学内容和基本要求（一）信号的函数表示与系统分析方法掌握信号与系统的基本概念。理解信号的分类及其基本运算，掌握信号的函数表示与图形表示，掌握典型的连续信号和奇异信号。理解离散信号的定义、特性及其各种运算与变换，掌握序列的表示方法及常用序列。理解线性时不变和线性非移变系统的数学模型及其分类，理解系统的各种性质，理解系统的因果性和稳定性的含义。掌握线性系统的模拟和方框图表示。（二）线性时不变系统和线性非移变系统的时域分析了解连续系统的输入输出微分方程的建立方法。掌握常系数线性微分方程的时域求解方法，理解特征多项式、特征方程和特征根（固有频率）的意义。理解系统的全响应可以分解为：零输入响应与零状态响应；自由响应与强迫响应；暂态响应与稳态响应。理解单位冲激响应的意义。理解卷积积分的意义、运算规律及其性质，掌握求解方法。了解常系数差分方程的时域求解方法，掌握离散系统各种响应（尤其是单位取样响应）的意义及其全响应的分解方式。理解卷积和的定义、运算规律及其性质，掌握求解方法。（三）连续信号的傅立叶分析了解函数正交的条件和完备正交函数集的概念。理解傅立叶级数的定义，掌握典型周期信号的频谱，理解周期信号频谱的特点。掌握和理解傅立叶变换的定义、性质，能够据此求周期与非周期信号的频谱、频谱宽度，了解信号频谱与频谱宽度的含义。掌握傅立叶反变换的求解方法。理解抽样定理，掌握抽样信号的频谱及其求解。（四）连续时间系统的频域分析理解线性非时变系统频率响应的定义、物理意义，掌握其求解方法及其应用。掌握系统对激励信号的响应的频域求解方法，理解信号通过系统传输后产生的现象。了解信号无失真传输的条件。掌握理想低通滤波器的定义、传输特性（冲激响应与阶跃响应）及其上升时间的意义。掌握调制与解调的基本原理与应用。（五）离散时间系统的频域分析理解离散时间系统频率响应的定义，掌握其计算方法。理解离散时间傅立叶变换的定义及其性质，掌握常用非周期序列的傅立叶变换及其频谱。掌握离散时间系统的频域分析方法。（六）拉普拉斯变换掌握拉氏变换的定义、收敛域及其基本性质。理解拉氏变换的性质（特别是时移、频移、时域微分、频域微分、初值定理和终值定理等性质）的应用条件。掌握利用拉氏变换的定义和性质求拉氏变换的方法。掌握利用部分分式法及留数法求象函数的拉氏反变换的方法。掌握系统的拉普拉斯变换分析方法，能够利用拉氏变换求线性非时变系统的响应。（七）连续时间系统的S域分析理解系统函数的定义、物理意义和零极点概念。理解系统函数的零极点分布与时域特性之间的关系。掌握利用系统函数零极点分布确定频率特性的方法。掌握利用系统函数求各种响应的方法，包括单位冲激响应、自由响应与强迫响应、暂态响应与稳态响应、正弦稳态响应等等。理解系统稳定性的意义，掌握利用收敛域判定系统的稳定性。（八）离散时间系统的Z域分析掌握和理解Z变换的定义、收敛域及其基本性质，理解Z变换各种性质的应用条件，理解Z变换与拉氏变换的关系。掌握常用序列的Z变换，能够利用Z变换的定义和性质求序列的Z变换。了解利用幂级数展开法和留数法求Z反变换的方法，掌握用部分分式法求Z反变换的方法。理解系统函数的定义、物理意义及其零极点的概念，掌握其求解方法。理解系统函数的零极点分布与单位取样响应的关系，能够利用系统函数对系统特性进行分析和求解响应。理解离散因果系统和稳定系统的定义、意义和性质，能够进行系统稳定性的判别。四、实验（上机）内容和基本要求（一）上机的学时数为6个学时。（二）计算机实验：主要实验项目包括：利用卷积求解系统输出；求信号的幅频和相频，并利用幅频和相频求解时域信号；利用频域分析分离加性信号；低通滤波器的设计。通过上机实验，使学生掌握利用计算机（Matlab语言）进行信号与系统分析的基本方法，进一步加深对信号与线性非时变系统的基本理论的理解，训练学生的实验技能和科学实验方法，加强感性认识，提高分析和解决实际问题的能力。五、对学生能力培养的要求（一）课内教学活动中能力培养的安排及要求通过本课程的学习使学生掌握扎实的信号与系统的分析方法，并能够利用计算机进行现象分析和算法的实现。1、在教学过程中，应注意逐步提高学生在教师课堂讲授的启发和指引下，独立钻研教材、参考资料，从而吸取知识的能力、自学的能力。2、为了达到教学基本要求，保证基本教学质量，应当严格要求学生做好一定数量的习题，以培养学生理论联系实际的作风和分析计算的能力。3、通过与实验课程相结合，应进一步培养和提高学生的实验研究能力、计算机应用能力、分析和解决实际问题的能力。（二）课外科技活动和社会实践等教学活动中能力培养的安排及要求本课程的概念、思想和方法在很多科学和技术领域起着重要的作用，学生可参与相关领域的科技活动锻炼自己在信号处理方面的能力。通过课外的科技活动，增强学生对理论课程的学习兴趣，学会利用所掌握的理论知识去分析和解决实际的问题。六、其它说明（一）本课程作为电类专业的技术基础大平台课程，在兼顾各学科不同要求的情况下，以信号与系统理论的基础知识、基本概念和基本方法列为本课程的基本内容。（二）本课程与《基本电路理论》、《数字信号处理》、《自动控制原理》等课程关系密切，故本课程在讲解相关内容时应当掌握好深度和广度：（三）本课程教学应尽量形成具有教材、CAI课件、网络课程等教学形式相结合的立体教案，以达到良好的教学效果。学时分配表教学环节课程内容讲课实习习题课讨论课上机课外实践其他信号的函数表示与系统分析方法4线性时不变系统和线性非移8变系统的时域分析连续信号的傅立叶分析82连续时间系统的频域分析42离散时间系统的频域分析4拉普拉斯变换4连续时间系统的S域分析82离散时间系统的Z域分析8总计486