数字信号处理
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课程评价
spContent=人们要对物理世界多源、异构的模拟信号进行处理、分析和智能化应用,首先需要对其进行数字化。数字信号处理采用数字技术,研究信号和系统分析、处理、设计的基本原理和方法。课程特点(1)围绕典型知识点开展教学;(2)结合本领域的研究前沿进行探究性教学;(3)理论联系实际,引导学生做到“知行合一”。
—— 课程团队
课程概述

数字信号处理课程是电子信息、通信和计算机应用等相关专业本科生的必修课和研究生的学位课。是电子信息类大多数专业硕博士生的入学考试课程之一。凡是用数字方式对信号进行滤波、变换、增强、压缩、估计、检测和识别等都是数字信号处理的研究对象。本课程目标在于培养学生对数字信号处理系统化的概念,使学生正确理解其基本理论、基本原理和一般方法;为学习IT类课程奠定基础。本课程强调工程理念,重视提高学生的逻辑思维能力,使学生能够综合应用所学知识分析解决工程问题,促进自主性学习和创造性工作。

     西安电子科技大学是国内最早开设数字信号处理课程的学校之一。经过30多年几代师生的共同努力,我校的数字信号处理精品课程在教材建设、实验室建设、理论与实验教学、师资队伍建设诸方面取得了一系列丰硕的成果。我们编写的教材《数字信号处理(第二版)》已被国内几十所大学选用,年销售量达36000多册,并获全国优秀畅销书一等奖;并于2014年受高等教育出版社之邀,结合数字信号处理研究的前沿技术出版《数字信号处理》教材。2005年,我校的数字信号处理课程被评为陕西省精品课程;2006年,数字信号处理双语教学获教育部高等理工教育教学改革与实践项目立项。2008年,获得数字信号处理国家级双语教学示范课程立项。2013年,获批教育部首批来华留学英语授课品牌课程。

本课程的重点内容主要包括两大部分:离散时间信号和系统的变换域(包括频域和复频域)的分析和数字滤波器的设计。本课程的难点内容主要包括以下内容:模拟信号的采样和重建、频域采样定理、信号的连续性和周期性在时域和频域的映射关系、离散时间傅立叶变换与DFTz变换之间的相互关系、带通信号的采样、FIR滤波器的设计,IIR滤波器的设计等。

本课程是在同名省级精品课程和教育部首批来华留学英语授课品牌课程基础上改进、充实、提升而成。课程围绕培养学生处理和分析数字信号能力的宗旨,从数字信号处理思想、内容处理、实例安排等方面精心设计、精心施教。同时还提供了习题课、考卷、教案等丰富的教学资源,可供初学者、考硕博研究生者、青年教师学习进修参考。


授课目标
通过课程的学习,使学生建立数字信号处理的基本概念,掌握数字信号处理的基本原理、理论和方法,了解数字信号处理的新方法和新技术,熟练应用现代工具进行数字信号处理的仿真、分析和设计,达到能够对数字信号和系统进行分析、处理和设计的能力水平。奠定坚实的相关专业基础理论知识和工程实践能力。
课程大纲

(一) 绪论 

介绍数字信号处理的基本概念、研究的内容及应用领域、发展概况和发展趋势,数字信号处理的基本特点,用数字方法处理信号的基本概念和一般方法。


(二) 离散时间信号和系统的时域分析

介绍信号的分类,离散时间信号的定义和表示,常用序列,序列的基本运算;离散时间系统的性质,包括线性、时不变性、因果性和稳定性;离散时间线性时不变系统的时域分析,包括系统的因果性和稳定性分析,用差分方程和卷积描述系统的输入/输出关系;差分方程的递推解法,序列的卷积计算;模拟信号的时域采样和数字处理方法。进行信号的采样和信号与系统的时域分析上机实验。



(三)离散时间信号和系统的频域分析

介绍序列的离散时间傅里叶变换(DTFT)及其主要性质,基本序列的DTFT;序列的Z变换(ZT) 及其主要性质,常见序列的Z变换;离散时间线性时不变系统的频域分析和z域分析,包括系统的频率响应、稳态响应和暂态响应,系统函数,零极点分布及其与系统的因果性和稳定性关系,以及对系统频率特性的影响,差分方程的Z变换解法等。



(四) 离散傅里叶变换(DFT)及其快速算法(FFT)

介绍周期序列的离散傅里叶级数(DFS)及其性质;序列的离散傅里叶变换(DFT) 及其性质,频域采样定理;快速离散傅里叶变换(FFT)的概念,时域抽取基2-FFT算法和频域抽取基2-FFT算法,实序列的FFT算法,IDFT的快速算法;DFT(FFT)的应用,包括利用DFT(FFT)计算序列的线性卷积、利用DFT(FFT)对连续时间信号进行频谱分析。


(五)IIR数字滤波器的设计

介绍数字滤波器的设计概述;模拟滤波器的设计方法,包括巴特沃斯和切比雪夫模拟滤波器等,以及模拟滤波器的频率变换;IIR数字滤波器的设计方法,包括从模拟域到数字域的映射(脉冲响应不变法和双线性变法),数字滤波器的频率变换,IIR数字滤波器的直接(优化)设计方法。



 (六) FIR数字滤波器设计

介绍线性相位FIR数字滤波器及其特点,线性相位FIR数字滤波器的窗函数设计法,FIR数字滤波器的频率采样设计法;IIR数字滤波器和FIR数字滤波器的比较。



(七) 数字滤波器的结构

介绍数字滤波器的基本概念与分类,以及滤波器网路结构的信号流图表示;无限长脉冲响应(IIR)数字滤波器的基本概念、网络结构和特点,包括直接型,级联型,并联型结构;有限长脉冲响应(FIR)数字滤波器的基本概念、网络结构和特点,包括直接型、级联型、线性相位型、频率采样型、快速卷积型结构;数字信号处理中的误差分析基本概念。


预备知识

 系统学习过《高等数学》、《信号与系统》等课程,具有电子工程相关专业基础。


证书要求

课程成绩满分100分,由单元测验成绩、各章作业成绩、网上讨论成绩和期末考试成绩四部分组成,各部分比例如下:

单元测验成绩10%所学知识点进行随堂测试,主要是客观题型。

各章作业成绩:30%:每内容结束之后布置的相关内容的作业,主要是主观题目以及MATLAB的设计题目。

网上讨论成绩:10%:课堂上布置相关的讨论题目,按学生参与情况给分。

期末考试成绩:50%:期末书面考试。

完成全部的课程学习,成绩:[60,80)获得合格证书,成绩[80, 100]将获得优秀证书。证书由任课教师签发。

参考资料

1. 高新波, 阔永红, 田春娜. 数字信号处理. 高等教育出版社, 2014.

2. 史林, 赵树杰. 数字信号处理. 科学出版社. 2007.

3. Alan V. Oppenheim, Ronald W. Schafer. Discrete-Time Signal Processing.电子工业出版社, 2011.

4. 高西全, 丁玉美. 数字信号处理及其习题解答. 西电出版社, 2008.

5. Vinay K.Ingle, John G. Proakis. Digital Signal Processing Using MATLAB®. Northeastern University, 1996.