课程详情
课程评价
spContent=大家对时域內系统分析的运算望而生畏,而变换域分析法将会开拓思路、化繁为简。转变视角后,将看到更多系统的特性,从而了解信号处理在滤波器设计、稳定性分析、图像工程等的应用。让我们一起跟随西安电子科技大学的郭宝龙教授,来学习“工程信号与系统”课程,将带领大家领略信息处理技术的神奇魅力。
—— 课程团队
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。


授课目标
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。
课程大纲

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

10.23

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


10.25

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

10.30

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


11.1

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

11.6

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


11.8

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

11.13

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


11.15

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

11.20

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


11.22

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

11.27

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


11.29

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

12.4

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


12.6

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

12.11

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

 


12.13

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

12.19

期末考试

 

 


第十周

12.26

成绩审核

 

 



预备知识

高等数学、线性代数、电路分析基础


证书要求


课程成绩满分100分,由三个部分组成,每周测试10%,课程讨论占10%,考试成绩占80%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。


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。