西安电子科技大学

工程信号与系统

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课程概述

工程信号与系统课程作为电子信息类专业的专业基础课,占有重要的基础地位。本课程的目的是在教学内容中渗透工程理念,通过知识的有序组织、理论结合实际、应用知识分析问题和系统综合设计等内容的介绍,达到培养学生由问题到目标的探索学习能力、逻辑思维分析能力,运用知识解决问题的实践动手能力。

本课程“工程信号与系统”详细介绍系统分析理论中的变换域分析方法以及工程应用,突出了问题驱动学习和工程案例分析。每讲加强工程案例的分析,配备了Matlab示例,激发学生对工程问题进行深入思考的兴趣。本课程重视学科前沿知识的引入和交叉融合,引入“小波分析”,重点阐述其概念和特性,将传统理论延伸到当代信息处理技术前沿。本课程重视与后续课程的知识衔接,重点强调了对数字信号处理、自动控制原理、小波分析等相关课程的入门引导,达到开窗搭桥的效果。

西安电子科技大学的信号与系统课程在2013年被评为“国家精品课程资源共享课”,定位“资源共享面向社会”,采用了图、文、声、像、动画等多媒体技术,使内容生动活泼,易于理解。在资源共享课的基础上,工程信号与系统MOOC的建设得以完善。此次发布的“工程信号与系统”涵盖了拉普拉斯变换与复频域分析、z变换分析、系统的状态空间分析、小波分析理论简介,共计86个视频,视频累计14小时。


证书要求


课程成绩满分100分,由三个部分组成,每周测试20%,课程讨论占10%,考试成绩占70%完成全部的课程学习,由任课教师签发课程结业证书,其中60≤成绩<80者获得合格证书,成绩≥80者将获得优秀证书。


预备知识

高等数学、线性代数、电路分析基础


授课大纲


第一部分 拉普拉斯变换与复频域分析(1-7讲)

拉普拉斯变换基本理论、拉普拉斯变换应用于电路分析、连续系统的复频域分析法、连续系统的信号流图与系统模拟、零极点配置在模拟滤波器的应用分析。

第二部分 z变换分析(8-12讲)

Z变换基本理论、离散时间系统的z变换分析法、信号流图与系统模拟、频率响应特性、数字滤波器设计及分析。

第三部分 系统的状态空间分析(13-14讲)

连续系统状态变量、连续系统状态方程的建立方法、离散系统状态变量、离散系统的状态方程建立方法、状态方程的s域求解、利用状态方程判断系统稳定。

第四部分 小波分析理论简介(15-16讲)

短时傅里叶变换、小波的定义、离散小波函数、Haar小波、应用案例。

教学日历

每周包含两讲,周二发布这一周的测试,下周二晚上六点前截止,结束后发布周测试成绩。

教学时间

教学内容

时长(m)



第一周

5.16

第1讲 常见信号的拉普拉斯变换

K1.01-双边拉氏变换的定义

24:27


K1.02-收敛域

26:28


K1.03-单边拉氏变换的定义

11:31


5.18

第2讲 拉普拉斯变化的性质

K1.04-单边拉氏变换与傅里叶变换的关系

10:45


K1.05-常见信号的拉普拉斯变换

04:48


K1.06-拉普拉斯变换的性质-线性、尺度变换

03:35


K1.07-拉普拉斯变换的性质-时移、复频移特性

09:48


K1.08-拉普拉斯变换的性质-微积分特性

22:01


K1.09-拉普拉斯变换的性质-卷积定理

05:52


K1.10-拉普拉斯变换的性质-初值、终值定理

10:18


第二周

5.23

3 拉普拉斯变换应用于电路分析

K1.11-拉普拉斯反变换

32:09


K1.12-拉普拉斯变换的Matlab求解

01:19


K1.13-电路元件和KL定理的s域模型

23:33


5.25

第4讲 系统函数

K1.14-电路系统的s域分析方法

17:05


K1.15-微分方程的变换解

14:05


K1.16-连续系统函数Hs)的定义和求解

12:16


K1.17-H(S)的零极点分布与时域特性

12:01


第三周

5.30

第5讲 频率特性

K1.18-连续系统稳定性判别

08:00


K1.18-连续系统稳定性判别

19:45


K1.19-Matlab绘制零极点图、判断稳定

02:32


K1.20-系统函数与系统的频率特性

09:38


K1.21-Matlab求频率响应函数,判断稳定

03:42


6.1

第6讲 连续系统的信号流图

K1.22-连续系统的s域框图

07:39


K1.23-连续系统的信号流图

14:23


K1.24-梅森(Mason) 公式

19:56


第四周

6.6

7 连续系统的模拟

K1.25-连续系统的模拟:直线形式

23:09


K1.26-连续系统的模拟:级联形式

03:24


K1.27-连续系统的模拟:并联形式

04:59


K1.28-零极点配置的作用

10:58


K1.29-低通、带通、带阻滤波器中零极点的配置

14:26


6.8

8 序列的Z变换定义

K2.01-Z变换的定义及收敛域

30:27


K2.02-常用序列的Z变换

01:20


K2.03-变换性质-线性、移序、反折

12:28


K2.04-Z变换性质-Z域尺度特性、微分

06:54


第五周

6.13

第9讲 Z变换的性质

K2.05-Z变换性质-时域卷积

03:21


K2.06-Z变换性质-部分和

02:32


K2.07-Z初值定理和终点值定理

03:21


K2.08-Z的逆变换(分上下两个视频)

47:10


K2.09-Z变换MATLAB计算

02:16


K2.10-Z变换与拉普拉斯变换的关系

16:54


6.15

第10讲 离散时间系统的Z变换分析法

K2.11-差分方程的z变换解

10:48


K2.12-系统函数H(z)

11:30


K2.13-系统函数与系统特性

12:42


K2.14-离散系统稳定性判据

14:57


第六周

6.20


第11讲 离散系统的信号流图

K2.15-系统的方框图

06:04


K2.16-系统Z域信号流图

10:39


K2.17-离散系统的模拟

12:41


6.22

12 频率特性和数字滤波器概念

K2.18-系统对正弦序列的响应

10:21


K2.19-LTI离散系统的频率响应

11:58


K2.20-Matlab绘零极点图

02:51


K2.21-应用案例

08:03


K2.22-系统函数零极点配置

09:36


K2.23-数字滤波器的分类

04:01


K2.24-冲激响应不变法设计IIR滤波器

09:34


K2.25-双线性变换法设计IIR滤波器

10:02


第七周

6.27

13 连续系统的状态方程

K3.01-连续系统状态方程与输出方程

09:40


K3.02-连续系统状态方程的建立-RLC电路

09:22


K3.03-连续系统状态方程的建立-由微分方程

06:49


K3.04-连续系统状态方程的建立-由框图流图

10:12


6.29

14 离散系统的状态方程

K3.05-离散系统状态方程和输出方程

07:01


K3.06-离散系统状态方程的建立

10:44


K3.07-系统状态方程的变换域求解

20:19


K3.08-利用MATLAB求解系统状态方程

03:34


K3.09-系统函数矩阵与系统稳定性分析

07:30


K3.10-线性系统的可控性和可观性

05:14


第八周

7.4

15 短时傅里叶变换

K4.01-平稳信号与非平稳信号

 


K4.02-短时傅里叶变换

 


7.6

16 小波概述

K4.03-连续小波变换

 


K4.04-离散小波变换

 


K4.05-小波变换的工程案例

 


第九周

7.6

期末考试

 

 


第十周

7.11

成绩审核

 

 



参考资料

1.郭宝龙 闫允一 朱娟娟 吴宪祥 《工程信号与系统》 高等教育出版社 2014.

2. 吴大正 杨林耀 张永瑞 王松林 郭宝龙 《信号与线性系统分析》(第4版) 高等教育出版社 2005.

3. 王松林 郭宝龙 《信号与线性系统分析(第4版)电子教案》高等教育出版社2011.

4.郭宝龙 陈生潭 冯宗哲等 《信号与系统网络课程》高等教育出版社 2005.

5.  国家精品课程信号与系统资源共享课网址:

http://www.icourses.cn/coursestatic/course_4233.html

6. 西电学堂--“信号与系统网址:

http://xt.xidian.edu.cn/G2S/ShowSystem/Index.aspx

7A.V.Oppenheim,A.S.Willsky with S.h.Nawab. Signals and Systems》(Second edition.Prentice-Hall 1997.

中译:刘树棠译 《信号与系统》 (第二版)西安交通大学出版社 1998. 


常见问题

问题1:工程信号与系统课程的难点在哪里?

回答:我们此次开设的工程信号与系统,其中的拉普拉斯变换、z变换、以及变换域系统分析是重点内容,掌握基本的响应求解之外,还需要了解工程案例原理。另外,状态空间分析,需要掌握状态方程的建立方法,以及利用状态方程判断系统稳定性。最后一部分的小波分析简介是拓展概念。

问题2:参加工程信号与系统课程需要学过什么课程?

回答:一般来说,该课程适合大二下学期的学生来学习,需要大一的高等数学、线性代数、大二的电路分析基础。该课程为大三的专业课,比如:数字信号处理、自动控制、通信原理等打下基础。