《数字信号处理》课程教学大纲

《数字信号处理》教学大纲课程英文名DigitalSignalProcessing课程代码03M0125学分2总学时32理论学时32实验/实践学时0课程类别学科基础课课程性质限选先修课程信号与系统、数学物理方法适用专业通信工程开课学院信息工程学院课程地位与课程目标（一）课程地位本课程是电子信息工程专业、通信工程专业和电子信息科学与技术专业的专业基础课中的一门限选课。本课程以数学物理方法中的积分变换和信号与系统中的频域分析的基本原理为基础，主要内容为研究利用计算机对信号进行分析、变换以及各种形式的处理方法。通过本课程的学习使学生基本掌握数字信号处理的基本原理、基本分析方法和处理技术，包括离散时间系统的Z域分析、离散傅里叶变换、快速傅里叶变换、数字滤波器设计方法等内容，为以后应用数字信号处理技术打下基础。（二）课程目标该课程应达到的预期学习结果（ILO，IntendedLearningOutcomes）如下所示：1、ILO-1.离散时间信号与系统：明晰离散时间信号和系统的定义；区分不同系统的类型；说明序列的周期性；绘制基本序列的时域图形；根据已知序列计算卷积和；明晰信号的时域采样和恢复。了解数字滤波器结构的表示方法，掌握无限长单位冲激响应滤波器的基本结构和特点，掌握有限长单位冲激响应滤波器的基本结构和特点。2、ILO-2.Z变换和离散时间傅里叶变换DTFT：说明Z变换收敛域的意义；明晰Z变换和离散时间傅里叶变换的概念和基本性质；理解离散LSI系统的频域表征，绘制一般离散系统的频域响应曲线，能区分不同滤波类型；利用Z变换求解差分方程；计算Z反变换。3、ILO-3.离散傅里叶变换DFT：明晰离散傅里叶级数和离散傅里叶变换的定义，了解DFT与DFS、DTFT及Z变换的关系，掌握利用傅里叶变换计算线性卷积的方法；应用离散傅里叶变换计算线性卷积和线性相关；了解频域抽样定理。体会频宽与时宽的矛盾统一辩证关系。4、ILO-4.FFT：明晰FFT算法原理，区分DIT-FFT和DIF-FFT的异同；利用DFT（采用FFT算法）计算线性卷积。5、ILO-5.IIR滤波器设计:明晰IIR滤波器性能指标含义，根据设计方案要求，选择合适的设计方法，通过手工计算并验证滤波特性。对理论和仿真实验结果展开对比分析，理解理论指导实践的含义。6、ILO-6.FIR滤波器设计:明晰FIR滤波器性能指标含义，根据设计方案要求，选择合适的技术，通过手工计算和计算机仿真分析影响信号处理系统有效性的可能因素，体会工匠精神。7、ILO-7.DFT分析信号频谱：理解DFT的算法原理，利用DFT算法，选择合适的参数对信号进行频谱分析，懂得影响频率分辨力的因素，体会量变和质变的辩证关系。课程目标达成的途径与方法主要以课堂教学为主，结合期末测试、课后作业、软件仿真作业等途径和方法来达成。具体每个课程目标的达成途径与方法见下表所示。课程目标达成途径ILO-1~ILO-5，ILO-7课堂教学、课后作业、期末测试ILO-6课后软件仿真指导、仿真作业课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求指标点1-4毕业要求指标点3-1毕业要求指标点4-1ILO-1H(0.25)ILO-2H(0.25)ILO-3H(0.15)ILO-4M(0.10)ILO-5M(0.10)ILO-6L(0.05)ILO-7M(0.10)注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低，保证H>M>L，具体对应的数值，根据各自课程来定）。四、课程主要内容与基本要求1、离散时间信号与系统的分析基础了解离散时间信号的表达形式、熟练掌握离散信号的基本运算方法；了解线性移不变系统的基本性质、熟练掌握离散时间系统性质的判断方法；掌握离散周期序列的Fourier(傅里叶)级数、非周期序列的离散时间傅里叶变换及性质；掌握离散系统的系统函数、频率响应及离散信号的滤波；熟练掌握Z变换和Z反变换的方法、Z变换的基本性质；了解信号的抽样及离散时间信号和系统分析的MATLAB实现。通过这一章的学习，能够建立通信领域复杂工程问题的数学或物理模型；能够求解通信工程问题的模型或者完成实验，并对解决方法进行评价。2、离散傅里叶变换了解傅里叶变换的4种形式；掌握离散傅里叶变换的定义和性质；理解离散傅里叶变换与z变换的关系，了解利用傅里叶变换计算线性卷积的方法；掌握离散傅里叶变换在信号分析中的基本方法和主要问题；了解利用MATLAB实现信号DFT的计算。通过这部分的学习，掌握描述通信工程领域复杂工程问题的工程基础知识并理解相关基础知识在通信工程领域实施中的基本运用。3、傅里叶变换快速算法了解信号处理过程中直接计算傅里叶变换所产生的计算量问题，掌握时间抽取和频率抽取的基2快速傅里叶变换原理和算法流程，了解傅里叶反变换的快速算法。4、IIR数字滤波器的设计了解模拟滤波器的性能和一般设计方法，熟练掌握模拟滤波器到数字滤波器的冲激响应不变法，理解模拟滤波器到数字滤波器的转换过程中S平面到Z平面的映射关系，掌握模拟滤波器到数字滤波器的双线性变换法。了解用MATLAB实现IIR滤波器设计。通过这部分的学习，能够完成IIR滤波器设计方案并分析阐明设计的合理性。5、FIR数字滤波器的设计了解线性相位数字滤波器的基本概念和特点，掌握有限长单位冲激响应数字滤波器的窗函数设计法，理解不同形状的窗函数对滤波器性能的影响。掌握有限长单位冲激响应数字滤波器的频率抽样设计法，了解FIR滤波器的优化设计，理解无限长单位冲激响应数字滤波器和有限长单位冲激响应数字滤波器各自的特点和区别。了解用MATLAB实现FIR滤波器设计。通过这部分的学习，能够完成FIR滤波器设计方案并分析阐明设计的合理性。6、数字系统的结构了解数字滤波器结构的表示方法，掌握无限长单位冲激响应滤波器的基本结构和特点，掌握有限长单位冲激响应滤波器的基本结构和特点。了解信号数字化过程中的量化影响，理解数字滤波器的系数量化效应和数字滤波器运算过程中的有限字长效应。了解数字滤波器结构的MATLAB实现。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第1章离散时间信号与系统的分析基础41.完成离散时间与系统性质判断和采样定理方面的作业2.做好Z变换的预习ILO-1第2章Z变换41.完成Z变换方面的作业2.做好DTFT变换的预习ILO-2第3章离散傅里叶变换61.完成离散傅里叶变换方面的作业2.做好FFT算法的预习ILO-3，ILO-7第4章傅里叶变换快速算法41.完成FFT算法方面的作业2.做好Z变换的预习ILO-4第5章数字系统的结构41.完成IIR和FIR两类系统的结构表示作业2.做好滤波器设计的预习ILO-1第6章IIR数字滤波器的设计51.完成IIR滤波器设计的理论作业和仿真作业2.做好FIR滤波器设计的预习ILO-5第7章FIR数字滤波器的设计51.完成FIR滤波器设计的理论作业和仿真作业2.做好课程的总复习ILO-6六、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例考核与课程目标对应关系过程考核含到课率、课堂讨论发言、平时作业等点名记录回答问题记录课堂测试成绩20%ILO-1~ILO-5ILO-7实验考核软件仿真作业仿真作业批改成绩10%ILO-6期末考核闭卷卷面成绩70%ILO-1~ILO-5ILO-7考核类别考查成绩登记方式百分制七、课程目标达成度评价方法课程目标权重成绩评定ILO-1过程考核0.3相应作业平均分A10期末测试0.7相应期末考试平均分B10ILO-1达成度=0.3*A10+0.7*B10ILO-2过程考核0.3相应作业平均分A20期末测试0.7相应期末考试平均分B20ILO-2达成度=0.3*A20+0.7*B20ILO-3过程考核0.3相应作业平均分A30期末测试0.7相应期末考试平均分B30目标达成度3=0.3*A30+0.7*B30ILO-4过程考核0.3相应作业平均分A40期末测试0.7相应期末考试平均分B40目标达成度4=0.3*A40+0.7*B40ILO-5过程考核0.3相应作业平均分A50期末测试0.7相应期末考试平均分B50目标达成度5=1*A50ILO-6仿真作业1.0仿真作业平均分A60目标达成度6=1*A60ILO-7过程考核0.3