2017年西电电院数字信号处理教学大纲

《数字信号处理》课程教学大纲

课程代码：IB3123008

课程名称：数字信号处理英文名称：Digital Signal Processing

开课学期：第6学期

学分：3 学时：48

课程类別：必修课，专业基础课

适用专业：电子信息工程、信息对抗技术、遥感科学与技术、电磁场与无线技术、智能科学与技术

开课对象：三年级本科生

先修课程：信号与系统、MATLAB语言

后修课程：雷达原理、数字图像处理、数字音视频处理等

开课单位：电子工程学院

团队负责人：史林责任教授：史林

执笔人：史林核准院长：苏涛

一、课程性质、目的和任务

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，是电子信息与电气工程类专业（电子信息工程专业、通信工程专业、信息工程专业等）的专业基础课，具有理论与实践紧密结合的特点。

通过本课程的学习，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。为学习后续专业课程、进行创新性研究和解决复杂工程问题，奠定坚实的专业基础理论知识和工程实践能力。

本课程对学生达到如下毕业要求有贡献

二、教学内容、基本要求及学时分配

《数字信号处理》课程的教学内容、基本要求、学时分配和毕业要求指标点在教学中的具体体现如下。

（一）绪论 ( 2学时)

1.教学内容

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。

2.基本要求

（1）了解数字信号处理研究的内容、应用领域、发展概况和发展趋势；

（2）熟悉数字信号处理的基本概念和特点；

（3）掌握用数字方法处理信号的基本概念和一般方法。

3.重点、难点

重点：数字信号处理的基本概念和特点。

难点：用数字方法处理信号的基本概念和一般方法

4.作业及课外学习要求

作业：分析数字信号处理的特点；熟悉用数字方法处理信号的一般方法，理解其中每个模块单元的作用。

课外学习：学习或复习MATLAB语言，掌握编程方法和技巧，做好后续的上机实验准备。

5.对毕业要求指标点的具体贡献

对指标点2-1的具体贡献：理解复杂工程问题中的数字系统；

（二）离散时间信号和系统的时域分析( 4学时+4学时上机)

1.教学内容

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。

2.基本要求

（1）了解信号的分类；

（2）熟悉离散时间信号的定义和表示、常用序列、序列的基本运算，离散信号和系统的主要性质，系统的输入输出关系描述；

（3）掌握离散时间线性时不变系统的时域分析方法，系统输出响应的求解，差分方程的递推解法，序列的卷积运算，时域采样定理。

3.重点、难点

重点：离散时间线性时不变系统的时域分析理论，包括线性时不变系统的因果性和稳定性的定义和判断，系统输入、输出关系的描述方法，系统输出响应的求解。

难点：序列的卷积运算，时域采样定理。

4.作业及课外学习要求

作业：通过作业和练习，使学生熟悉常用序列的数学表示及序列的基本运算，能够正确的用数学模型表示离散信号；理解离散系统的线性、时不变性、因果性、稳定性的定义，掌握其分析方法；掌握线性时不变离散系统输入/输出关系的单位脉冲响应、差分方程描述方法和数学模型，以及系统响应的求解方法，能够分析计算、求解给定输入序列的系统响应；熟悉模拟信号与采样信号的频谱关系，深入理解时域采样定理，并能够应用于实际系统的分析和设计。

课外学习：设计上机实验1和上机实验2的实验内容和实验步骤，编写上机实验的MATLAB程序，撰写实验报告。

5.对毕业要求指标点的具体贡献

对指标点2-1的具体贡献：能够运用专业知识对复杂工程问题进行时域分析和表达；

对指标点2-2的具体贡献：能够运用离散系统的时域分析和设计方法专业知识对复杂工程问题中的数字系统进行分解，对工程实现的可行性进行论证，并结合文献研究得出有效结论；

对指标点5-1的具体贡献：深入掌握离散时间信号和系统的时域分析与建模的原理和方法；

对指标点5-2的具体贡献：掌握离散时间信号和系统的时域仿真方法；

（三）离散时间信号和系统的频域分析( 6学时+2学时上机)

1.教学内容

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。

2.基本要求

（1）理解序列离散傅里叶变换（DTFT）的定义，熟悉序列DTFT的计算及其主要性质；

（2）掌握Z变换的计算和主要性质，熟悉Z变换的收敛域及其与序列特性的关系，以及Z变换与DTFT的关系；

（3）掌握时域离散线性时不变系统的频域分析方法，深刻理解系统的频率响应。了解系统的稳态响应和暂态响应、相位延迟和群延迟等概念；

（4）掌握时域离散线性时不变系统的z域分析方法，深刻理解离散系统的系统函数及其零极点分布，熟悉零极点分布与系统的因果性和稳定性关系、零极点分布对系统频率特性的影响、差分方程的Z变换解法等；

（5）了解梳状滤波器、最小相位系统的系统函数和频率响应特性。

3.重点、难点

重点：序列的DTFT、Z变换，离散时间线性时不变系统的频域和z域分析方法。

难点：离散时间线性时不变系统的z域分析，逆Z变换的计算。

4.作业及课外学习要求

作业：通过作业和练习，使学生深刻理解DTFT的定义，熟悉其主要性质，并能够应用于序列DTFT的计算和信号与系统的频域分析；熟悉Z变换的主要性质，掌握序列Z变换和逆变换的计算方法；熟练掌握时域离散线性时不变系统的频域分析方法、z域分析方法和零极点分析方法；

课外学习：设计上机实验3的实验内容和实验步骤，编写上机实验的MA TLAB程序，撰写实验报告。

5.对毕业要求指标点的具体贡献

对指标点2-1的具体贡献：能够运用专业知识对复杂工程问题进行频域分析和表达；

对指标点2-2的具体贡献：能够运用离散系统的频域分析和设计方法专业知识对复杂工程问题中的数字系统进行分解，对工程实现的可行性进行论证，并结合文献研究得出有效结论；

对指标点5-1的具体贡献：深入掌握离散时间信号和系统的频域分析与建模的原理和方法；

对指标点5-2的具体贡献：掌握离散时间信号和系统的频域仿真方法；

(四) 离散傅里叶变换(DFT)及其快速算法(FFT)(8学时+2学时上机)

1.教学内容

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。

2.基本要求

（1）熟悉DFS和DFT的定义及主要性质，深刻理解DTFT、ZT、DFT和DFS之间的关系以及DFT的物理意义，掌握序列DFT的计算、循环卷积的计算。

（2）深刻理解频域采样的概念，掌握频域采样定理。

（3）了解减少DFT运算量的基本途径，理解FFT的基本概念，掌握时域抽取基2-FFT 算法和频域抽取基2-FFT算法，以及IDFT的快速算法。了解实序列的FFT算法。