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《信号与系统》课程教学大纲（2020级）

一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）

课程性质：本课程是通信工程、信息工程、电子信息工程等电子信息类专业的一门重要专业基础课，是通信工程专业的必修主干课。

教学目标：本课程主要讲授信号与线性系统的分析和处理方法的基本原理。通过理论教学，使学生能建立系统分析的总体概念，掌握信号处理、信号特征分析、线性系统分析等基本概念和基本方法以及若干典型的电路系统分析应用，该课程是从电路分析的知识领域引入信号处理与传输领域的关键性课程，在教学环节中起着承上启下的作用。能培养学生的电路设计与特征分析能力，启发学生的科学思维推理和分析运算的能力、树立严谨的18新利备用网站 态度，培养学生积极探究规律的钻研精神及迎难而上的科学勇气，能联系学到的信号与系统基础理论来分析并解决实际工程问题，为进一步学习数字信号处理、通信原理等后续课程打下理论和技术基础。

具体课程目标如下：

1、掌握信号与线性系统理论和知识体系所需的基本数理知识，并能用于专业知识与实际系统分析的能力学习中。【1.1】

2、具备信号与线性系统分析与理解的基础知识，能使用数学、自然科学、工程基础和专业知识分析实际工程中结构、电路、信号等相关具体问题。【1.3】

3、具备对线性系统与信号的基本设计与分析能力，能够理解典型线性电路系统、滤波器、调制解调系统以及信号的时频特性和基本构成原理，能运用基本原理、数理工具和工程方法，完成电子通信领域相关的复杂工程问题与系统设计中单元与环节的正确表达和方案分析。【2.1】

二、课程目标与毕业要求的对应关系（明确本课程知识与能力重点符合标准哪几条毕业要求指标点）

三、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容）（重点内容：«；难点内容：D）

1、绪论（8学时）（支撑课程目标1，2）

1.1    引言

1.2    信号的概念«

1.3    奇异函数«D

1.4    信号的简单处理

1.5    系统的概念«

1.6    线性非时变系统的分析

²  目标及要求：

1）  通过绪论的学习，使得学生初步了解课程的学习要求，课程的性质和主要内容；了解信息、消息、信号和系统的概念。

2）  掌握信号与线性系统中，几种典型信号、时变与非时变、线性与非线性系统等的基本概念。常用奇异函数的表示、性质与运算。了解信号的几种典型运算、分解；熟悉线性非时变系统的性质与初步分析。

3）启发学生科学思维能力，在数学运算、特征分析等方面开阔眼界，引入基础自然科学的发展史与课程内容的关联。

²  作业内容：

强化典型周期信号的性质与运算；系统的线性与时变性质判定；零输入响应与零状态响应的性质应用与初步分析。

²  讨论内容：

信息、消息与信号的区别分析；线性系统性质的应用分析与举例；奇异函数在分析中的分解与表示方法。

²  形成性评价观测点：

完成典型周期信号性质与运算的作业内容，掌握三角函数、周期运算等高等数学基础，并能运用其对周期信号关键参数进行初步计算；

完成线性与时变性质判定的作业内容，掌握信号与系统中的相关基本概念；

完成零输入与零状态响应的作业内容，理解零状态与零输入响应的基本概念和性质特征，并能用叠加性、齐次性和多元方程等基本数理知识对其应用进行分析；

具备周期信号和基本线性系统的判定与初步分析能力。

²  自学拓展：

查阅资料，了解信号处理方法的发展与应用。

2、连续时间系统的时域分析（10学时）（支撑课程目标1，2，3）

1     

2     

2.1    引言

2.2    系统方程的算子表示方法«

2.3    系统的零输入响应«

2.4    信号的时域分解

2.5    阶跃响应和冲激响应«D

2.6    叠加积分

2.7    卷积及其性质«D

2.8    线性系统响应的时域求解«

²  目标及要求：

1）  通过连续时间系统的时域分析相关概念与方法的学习，使得学生了解系统分析方法在课程学习中的重要性和相关信号处理方法的基本概念与应用；

2）  掌握系统的微分方程表示及算子表示方法；系统的零输入响应概念及运算；

3）  掌握系统的冲激响应、阶跃响应的概念及运算；

4）  掌握信号的分解及卷积积分的概念；卷积的性质；

5）  掌握对线性系统响应的时域求解（零输入响应和零状态响应）。

6）面对复杂的计算与有一定难度的时域分析问题，引入钻研与克服困难的精神培养案例。

²  作业内容：

强化微分方程的基本运算；运用电路分析的基础原理建立系统微分方程及相互转换；卷积的性质及其在系统求解中的应用；线性系统中不同种类响应的求解与应用分析。

²  讨论内容：

强调时域分析的概念，讨论利用系统微分方程、时域分析犯法与以前的电路分析的异同点。讨论时域分析条件下的优点与局限性。

²  形成性评价观测点：

完成电路分析与系统微分方程的作业内容，掌握微分方程表达与求解等高等数学基础，并能运用其对电路系统中的关键参数进行初步计算；

完成卷积及其性质的作业内容，灵活掌握卷积表及性质的应用；

完成线性系统中响应求解与分析的作业内容，能用微分方程、卷积及其特性对特定的电路系统进行应用分析与表达。

具备一般信号时域系统的初步分析与数学表达能力。

²  自学拓展：

通过查阅相关资料，了解时域分析、卷积等在相关系统中的应用。

3、信号分解（16学时）（支撑课程目标1，2，3）

3     

3.1    引言

3.2    正交函数集与信号的分解

3.3    信号表示为傅里叶级数«

3.4    周期信号的频谱«D

3.5    傅里叶变换与非周期信号的频谱

3.6    常用信号的傅里叶变换«

3.7    周期信号的傅里叶变换«

3.8    傅里叶变换的基本性质«D

3.9    帕塞瓦尔定理与能量频谱

²  目标及要求：

1）  了解信号分解的基本概念、能够区分并应用傅里叶级数、傅里叶变换及其性质；

2）  掌握信号正交分解的基本理论；

3）  掌握信号表示为三角傅里叶级数和指数傅里叶级数；

4）  掌握周期信号的傅里叶级数展开运算；非周期信号的频谱的表示：傅里叶变换的概念；常用信号的傅里叶变换；

5）  掌握周期信号的频谱，对比周期信号的傅里叶级数与傅里叶变换；傅里叶变换的基本性质；能量守恒定理。

6）引入科学家的故事，培养对科学定理的兴趣以及科学严谨的态度。

²  作业内容：

强化周期信号的特征与傅里叶级数之间的关联；强化信号频谱特征信息与傅里叶变换之间的关联应用；傅里叶变换及其性质的计算与转换。

²  讨论内容：

周期信号与非周期信号频谱表示方法的异同；傅里叶变换的性质及其应用。

²  形成性评价观测点：

完成周期信号特征的作业内容，掌握周期信号数学分解的理论知识，并能运用其对信号的频谱进行初步分析计算；

完成傅里叶变换的作业内容，掌握傅里叶变换的主要特征与性质，并能运用其对特殊信号进行计算和分析。

具备周期信号的基本谱分析能力；

具备傅里叶变换性质及其应用的基本计算与分析能力。

²  自学拓展：

查阅资料，了解正交分解在信号处理、通信等相关领用的实际应用；了解频谱分析及其方法在实际工程问题中的应用。

4、连续时间系统的频域分析（8学时）（支撑课程目标2，3）

4     

4.1    引言

4.2    信号通过系统的频域分析方法«D

4.3    理想低通滤波器的冲激响应与阶跃响应«D

4.4    佩利——维纳准则

4.5    调制与解调«

4.6    频分复用与时分复用

4.7    信号通过线性系统不产生失真的条件«

²  目标及要求：

1）  了解连续时间系统中频域分析的基本概念及方法；

2）  掌握傅里叶变换的应用——信号通过线性电路系统的频域分析的方法；

3）  掌握理想低通滤波器的冲激响应；信号通过线性系统不产生失真的条件及佩利——维纳准则；

4）  掌握调制与解调的原理；频分复用与时分复用的概念，信号通过线性系统不产生失真的条件。

5）引入频域分析在自然科学中的应用案例，培养学生科学思维创新思维的能力，能将理论实际与一些工程问题研究与应用相结合。

²  作业内容：

强化电路系统中的频域分析和运算；强化理想低通滤波器的参数分析与设计；信号与系统幅频特性的关联应用。

²  讨论内容：

常用信号经过滤波器后的参数特征及其在应用方面的扩展；几种典型滤波器的实际应用；电路系统中的频域分析与电路设计之间的相互关联。

²  形成性评价观测点：

完成典型电路系统中频域分析作业内容，能运用傅里叶变换及其相关性质其对简单的电路系统进行初步的频域分析和计算；

完成理想滤波器的作业内容，掌握几种典型理想滤波器的主要特征与性质，并能运用其对系统应用进行初步的分析和表达。

具备一般电路系统的基本频域分析能力；

具备滤波器及其性质的基本应用与计算分析能力。

²  自学拓展：

查阅资料，了解电路设计与电路系统频域分析之间的关联应用；了解滤波器在实际工程问题中的应用。

5、连续时间系统的复频域分析（12学时）（支撑课程目标1，2，3）

5.1引言

5.2拉普拉斯变换«

5.3拉普拉斯变换的收敛区

5.4常用函数的拉普拉斯变换

5.5拉普拉斯反变换«D

5.6拉普拉斯变换的基本性质«

5.7线性系统的拉普拉斯变换分析方法«D

5.8线性系统的模拟

5.9信号流图

²  目标及要求：

1）  了解复频域分析方法中的相关基本概念和应用特点；

2）  掌握拉普拉斯变换的定义及其收敛区；常用函数的拉普拉斯变换；

3）  掌握拉普拉斯反变换的计算方法；拉普拉斯变换的基本性质；掌握拉普拉斯变换应用于线性系统，特别是电路系统的分析方法；

4）  掌握线性系统的模拟框图的表示；线性系统的信号流图表示方法。

5）引入科学的系统描述与严谨的表达案例，培养学生科学严谨的学习态度，并能用于规范的系统表达与分析中去。

²  作业内容：

强化线性电路系统全响应的复频域求解；强化周期信号的拉氏变换及其特征的应用分析。

²  形成性评价观测点：

完成典型电路系统中复频域求解作业内容，掌握拉氏变换相关的数学理论基础，能运用拉氏变换及其相关性质其对典型的电路系统进行复频域分析和计算；

完成周期信号特征分析与应用的作业内容，掌握几种典型周期信号的主要特征与性质，并能将其应用到一般系统中去，完成初步分析和科学表达。

具备一般电路系统的复频域分析能力；

具备周期信号及其性质的基本应用与计算分析能力。

²  自学拓展：

查阅资料，了解复频域分析方法在实际工程中应用。

6、连续时间系统的系统函数（5学时）（支撑课程目标2，3）

5     

6     

6.1    引言

6.2    系统函数的表示法

6.3    系统函数零点和极点的分布与系统时域特性的关系«D

6.4    系统函数零点和极点的分布与系统频域特性的关系«D

6.5    系统的稳定性«

6.6    反馈系统的稳定性

²  目标及要求：

1）  了解系统函数的基本概念及其在系统描述与设计中的作用；

2）  掌握连续时间系统的系统函数的表示法；掌握系统函数零点和极点的分布对系统时域、频率特性的影响；

3）  掌握系统的稳定性的条件。

4）引入系统稳定与反馈的学习探讨，带出合理的反馈能够促进和强化学习的进步，坚持自省能让成长更加顺畅。

²  作业内容：

强化反馈系统的系统函数求解与稳定性分析；强化利用极零点特性来刻画分析系统幅频特性方法。

²  讨论内容：

不同的极零点分布与系统特性之间的关联；如何根据实际的系统需求来设计合适的极零点以及相关系统方程。

²  形成性评价观测点：

完成系统函数求解与分析的作业内容，能运用系统函数的计算及其特征对典型系统进行分析和表达；

完成系统中极零点分析与应用的作业内容，能将通过极零点的分析与应用完成一般简单系统的设计与表达。

具备系统函数及其稳定性的分析能力；

具备利用极零点来分析与初步设计系统的能力。

²  自学拓展：

查阅资料，了解极零点、系统函数在实际工程设计中的应用；学会通过系统函数来分析和设计系统的方法。

7、离散时间系统的时域分析（4学时）（支撑课程目标2，3）

7.1   引言

7.2取样信号与取样定理«

²  目标及要求：

1）  了解信号取样的基本概念、方法和相关基本原理；

2）  掌握连续时间信号的取样方法与取样定理。

3）引入香农定理与科学家的故事，在强调取样定理重要的应用外，加强自然科学基础理论在社会生产中重要性的表述，启发学生对基础科学的兴趣，并能积极投入其中。

²  作业内容：

强化取样信号的频谱特性；强化取样定理在系统中的设计应用。

²  形成性评价观测点：

完成取样定理及其相关应用的作业内容，能运用取样定理的计算及其特征对典型系统进行分析和表达；

具备取样定理在系统中的初步分析与设计应用能力；

²  自学拓展：

查阅资料，了解不同类型的量化取样方法在实际通信系统中的应用。

四、教学方法

1、  在课堂教学中，阐述信号处理与线性系统相关的基本原理和分析设计方法，理论联系实际，培养学生对实际工程问题中可能遇到的分析理解和运算能力；

2、  采用传统教学方式与多媒体课件相结合进行教学；充分互联网上丰富的辅助教学资料与相关知识内容。

3、  通过多次有针对性的、不同核心内容的评测与课程知识拓展报告的撰写相结合的方式，将理论联系实际，使学生加深对课程理论知识的理解和对工程应用的认识。

五、考核及成绩评定方式

考核方式：闭卷笔试（期中考试和期末考试），平时成绩（作业及出勤情况），课程知识拓展报告

成绩评定方式：平时成绩15%（支撑课程目标1）；期中考试20%（支撑课程目标1、2）；期末考试50%（支撑课程目标1、2、3）；课程知识拓展报告15%（支撑课程目标3）。

课程目标达成情况分析及考试成绩评定占比（%）

拓展报告评价观测参考：

考试考核评价观测参考：

                     期中考试考核达成情况分析与评价观测点

期末考试考核达成情况分析与评价观测点

六、教材及参考书目

教材：

管致中、夏恭恪、孟桥主编，《信号与线性系统》（第六版），高等教育出版社，2015.

管致中、夏恭恪、孟桥主编，  《信号与线性系统》（第四版），高等教育出版社， 2004。

参考书：

1、郑君里等主编  《信号与系统》（第二版）  高等教育出版社  2000

2、吴大正等主编  《信号与线性系统分析》（第三版）  高等教育出版社  1998

3、W.M．Siebert. 著《Circuits, Signals, and Systems》  The MIT Press, McGraw-Hill Book Company  1986

4、A.V. Oppenheim,等主编  《Signals & Systems》(第二版)  Prentice-Hall Inc.  1997

5、吴镇扬著  《数字信号处理的原理与实现》  东南大学出版社  1997