《信号与系统》课程标准

1《信号与系统》课程标准一、课程性质《信号与系统》是电子信息工程专业本科生的专业基础主干课程，是该专业的必修课程。在专业培养方案中安排在第二学年第二学期实施。该课程与本科生的许多专业课（例如通信原理、数字信号处理、通信电路、图象处理、微波技术等）有很强的联系，是研究各类电子系统共性的一门技术基础课程。它具有科学方法论的鲜明特点，研究的问题带有普遍性，对工程实践具有重要的指导意义。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。二、课程理念《信号与系统》课程具有自身的体系，是理论与实践结合性很强的课程，是电子信息工程专业的主干课程之一。通过本课程学习，是使学生获得研究信号分析和系统分析的基本概念和基本分析方法，课程理念应有以下几个方面：1、课程地位理念：信号与系统是一门理论性很强的课程，要求学生在牢固掌握信号与系统理论、基本概念的基础上，具备对简单系统进行定性分析、定量估算和动态仿真的能力，为专业课学习和参加控制工程实践打下必要的基础。根据国内外信号与系统发展的趋势，充分体现计算机技术与网络信息技术的应用，利用应用软件对系统进行分析、计算、设计和仿真，加深学生对理论的理解。2、课程学情理念：随着信息技术的不断发展和信息技术应用领域的不断扩展，信号与系统已经从电子信息工程类专业的专业基础课程扩展成电子信息、自动控制、电子技术、电气工程、计算机技术、生物医学工程等众多电类专业的专业基础课程。本课程的内容着重介绍信号与系统的时域、变换域分析的基本原理和基本方法，理解傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的数学概念、物理概念与工程概念，利用信号与系统的基本理论与方法分析和解决实际问题的基本方法，将实践教学与理论教学相结合，培养学生的实际动手能力。3、课程内容理念：信号与系统课程是电子通信、计算机应用与控制工程、信号与信息处理等学科专业本科生所开设的一门关键性的技术基础课。技术基础课是一类理论性与技术性都比较强的课程，它既不同于基础理论、又有别于专业课，它是反映事物本质的物理概念、数学概念与工程概念三结合的产物。本课程主要讨论确定性信号经线性时不变系统传输与处理的基本要求和分析方法，核心内容是三个变换（傅里叶变换、拉普拉斯变换与Z变换。)。加上状态空间分析。通过本课程的学习，使学生牢固掌握信号与系统的时域、变换域分析的基本原理和基本方法，理解傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的数学概念、物理概念与工程概念，掌握利用信号与系统的基本理论与方法分析和解决实际问题的基本方法，为进一步学习后续课程打下坚实的基础。4、课程要求理念：本课程要求学生通过课堂讲授、课堂讨论以及课内实验等，具体掌握和应用信号与系统，达到学生能力培养的目标，并能树立科学与技术互动的观念，理解各种技术能解决的生产实践问题以及面临的挑战，尤其是其中一些具有争议性的技术问题。根据国内外信号与系统发展的趋势，充分体现计算机技术与网络信息技术的应用，利用应用软件对系统进行分析、计算、设计和仿真，加深学生对理论的理解。将课外科技创新实践活动与课程实践教学环节相结合，组织、指导有兴趣的学生参加电子设计、机器人、数模竞赛等活动，通过此类活动提高学生对课程的学习积极性，加深对课程内容的理解，掌握运用所学知识分析解决问题的能力，培养学生的创新实践能力。5、课程考核理念：依据本课程的目标要求，本课程考核方法采用传统的闭卷考试，试题自拟或引进（外出命题），试卷考核：解决问题能力；解决问题思路；解决问题办法；解决问题技巧。6、课程育人理念：在本课程的教学过程中，要坚持学生为主体、教师为主导、以人为本的教学理念，将研究性学习运用于教学中，课堂讲授、课堂讨论、课外扩展学习相结合，鼓励创新，鼓励学生自行设计具体的实验方案，充分体现素质教育、个性化教育等现代教育思想和观念，构建以学习者为中心，以2学生实践性的自主活动为基础的动态、开放的教学过程。在教学过程中除了充分发挥教师的主导作用外，应强调学生的主体地位。“以人为本”是指教师根据学生的需要来设计教学活动，要求教师根据学生个体的专业背景和接受能力，通过采用各种灵活的教学方式引导学生了解课程特点，重点与难点，不同知识点的联系与区别，分析问题和解决问题的切入点，使学生在较短的时间内掌握该课程的学习方法，达到对基本知识和技能的掌握。三、课程目标（一）总目标通过本课程的学习，掌握信号、线性非时变系统的分析方法，并通过实例分析向学生介绍工程应用中的重要方法。通过本课程的系统训练，培养学生的综合分析素养，使学生具有一定的解决实际工程问题的能力，以及分析和处理实际工作中遇到的相关技术问题的能力。（二）分目标序号内容单元知识目标能力目标文化素质目标1连续时间系统的分析1、基础性：掌握信号与系统的基本概念，信号与系统的描述方法，基本信号的特性，系统的一般性质；掌握信号分解的基本思想及信号在时域、频域和变换域进行分解的基本理论及描述方法；掌握在时域将信号分解成单位冲激或单位脉冲信号的线性组合的思想与方法2、提高性：利用拉氏变换分析系统学会在时域利用卷积和与卷积积分解决LTI系统分析的问题；解典型系统的时域特性和频率特性,会用恰当的方法解决LTI系统分析的问题；通过学习信号与系统分析方法在滤波及通信领域的某些应用，具备应用信号与系统分析的理论和方法解决工程实际问题的初步能力；2离散时间系统的分析1、基础性：掌握离散时间信号的基本运算；掌握根据实际问题建立查分方程的方；掌握差分方程的迭代解法和时域经典解法。理解z变换的定义、收敛域（ROC）的概念；掌握z变换的性质，z变换及逆z变换的计算方法。2、提高性：离散系统的z域分析法根据系统的查分方程画出系统的方框图。掌握零输入响应和零状态响应的求解方法以及卷积和的计算。深刻理解z)H(与离散系统因果性、稳定性的关系，离散系统的频率响应)(jweH。能绘制系统的幅频响应、相频响应曲线。通过对信号在时域抽样和频域抽样，掌握连续时间信号与离散时间信号，周期信号与非周期信号之间的内在联系。3状态变量法1、基础性：深刻理解系统的状态、状态变量、状态空间、状态方程、掌握状态过渡矩阵的求解方法以及系统可控性和客通过学习典型信号处理的原理和方法，关注它们的不断发展、逐步完善的历史演变3输出方城的定义与意义。能根据系统的电路图或者输入输出方程或者模拟图（框图或者信号流图）或转移函数建立系统的状态方程和输出方程。2、提高性：多输入—多输出系统的分析观性的判断方法；重点掌握系统状态方程和输出方程的变化域解法。和各自的优缺点，强化理论与实践结合的重要性，培养积极思考、不断进取和不断创新的探索精神，不断追求最恰当、有效的信号处理方法，以造福于人类。四、课程内容本课程理论课程主要介绍信号与系统的基本概念、原理和分析方法。具体内容包括：信号的种类和系统的模型、微分方程的建立和求解、零状态和零输入响应、冲激响应和阶跃响应、卷积和卷积性质、傅里叶级数和傅里叶变换及傅里叶变换的性质、拉普拉斯变换、离散时间信号和离散时间系统的数学模型、差分方程的建立和求解、单位样值响应、Z变换和Z变换的基本性质、利用Z变换解差分方程、系统函数、状态方程的建立和求解。第一单元连续时间系统分析（40学时）1、基础性内容（２6学时）（1）信号与系统的基本概念；（2）信号的运算与分类；（3）微分方程的建立与求解；（4）冲激响应与阶跃响应；（5）卷积的定义，性质；（6）傅里叶变换的定义；（7）常用函数的拉普拉斯变换。2、提高性内容（１６学时）（1）零输入响应与零状态响应的求解；（2）傅里叶变换的性质与运算；（3）拉普拉斯变换的基本性质；（4）微分方程的s域求解。3、拓展性内容（１）电路元件的复频域模型和线性时不变系统的复频域分析；（２）系统函数)(sH和系统稳定性的概念（３）有源与无源滤波器的设计第二单元离散时间系统分析（１4学时）1、基础性内容（8学时）（１）离散时间信号的分类与运算；（２）离散时间系统的数学模型及求解；（３）单位样值响应；（４）离散卷积和的定义，性质与运算等（５）Z变换的定义与收敛域；（６）典型序列的z变换；（７）Z变换的基本性质；2、提高性内容（６学时）4（１）逆Z变换；（2）差分方程的Z变换求解。3、拓展性内容数字滤波器的基本原理与构成。第三单元状态变量法（１０学时）1、基础性内容（6学时）（１）信号流图分析；（２）系统状态、状态变量、状态方程、输出方程的定义与意义；（３）状态矢量的线性变换；（４）连续时间系统和离散时间性的状态方程和输出方程的建立与求解2、提高性内容（4学时）（１）S域流图的建立、求解与性能分析；（２）Z域流图的建立、求解与性能分析。3、拓展性内容状态变量分析法在实际中的应用五、课程实施1、课时安排序号内容类型模块名称教学课时实践课时总学时1基础性内容信号与系统的基本概念248+122信号的运算与分类243微分与差分方程的建立与求解624冲激响应与阶跃响应65卷积的定义，性质626傅里叶变换827拉普拉斯变换828Z变换69信号流图210状态方程的定义与建立211提高性内容零状态与零输入响应4420+412傅里叶变换的性质与运算413微分方程的s域求解414差分方程的Z变换求解415S域流图的建立216Z域流图的建立217拓展性内容深度拓展第二课堂宽度拓展人文素质总计6816842、教学建议（1）教学组织与形式为达到信号与系统课程的总目标，建议课程采取理论教学与实验教学相结合的教学形式进行组织教学。理论教学采取课堂讲授、课堂讨论、课外扩展学习相结合的“研究型”教学，并且，在课程的教学过程中进行必要的辅导答疑。5实验教学采取必修实验和选修实验相结合（鼓励学生自行设计具体的实验方案，鼓励创新，锻炼学生综合运用知识解决问题的实践能力和创新能力）、集中和开放式相结合（除传统的集中式教学方式外，探索学生为主体的开放式实验教学模式）、科研和教学相结合（鼓励学生课外参加教学团队成员及相关教师的科研项目）的形式组织教学。（2）教学方法与手段尝试“研究型”教学方法，在讲解主要的基本原理、技术方法基础上，结合关键问题和实际应用举例，进行课堂讨论和讲解，指定文献供学生课后自学，通过布置大作业锻炼学生整理资料、发现问题、解决问题的能力。教学手段上，尽量采用现代信息技术手段，每节课都采用多媒体教学，并辅助以板书、视频等。尽可能全程录像，供网上学习。开设“信号与系统”课程网站，提供PPT教案、教学录像以及其他扩展性学习的教学资料，实现网络教学和资源共享。（3）教学环境与策略1）教学环境理论教学环境，采用多媒体、录像等电子化设备教学，并结合课堂讲授的重点内容，提供课外扩展学习的科研文献资料。提供网络教学环境，建设课程网站，设计相关如“教学扩展”、“网络课堂”、“学科前沿”等栏目，提供文字、视频、PPT、网站、科技进展新闻等补充资料，供课外扩展学习。实践性教学环境，实验教学中心或实验室，提供相应的仪器设备，配有专职的实验教学教师。结合地方产业，到研究所、电子生产公司等参观、学习。2）教学策略教学过程一定要根据学生的具体情况、教学的内容、教学的条件综合考虑进行。每节课的教学策略都应不同，因此，总的建议是充分利用学生已经掌握的前置课程的知识和技能，结合多种方式（讲授、自学、讨论等）组织教学。从理论课程的教学内容来看，主要由连续时间信号与系统的分析、离散时间系统的分析方法、状态变量法3个单元组成。第1单元是起始课，课程的导入方式对激发学生的学习热情具有重要作用。本单元可用题图或其他有关的背景材料导入，通过背景材料引出信号与系统的概念，并通过进一步介绍信号与系统的发展历史，请学生自已总结归纳出信号与系统的应用。按照变换域的不同分为时域分析、复频域分析。有关时域分析，学生在学习之前就已经掌握了时域模型的相关知识（微分方程的建立与求解、信号的分类与运算），教师可采用讲授为主结合讨论的方法进行教学，有了前置课程知识的基础，学生对本部分内容易于理解