非信号处理类硕士生_信号处理与数据分析_课程研究_邱天爽

非信号处理类硕士生“信号处理与数据分析”课程研究

·课程与教学·

非信号处理类硕士生“信号处理与数据分析”课程研究

邱天爽

(大连理工大学 大连 116024)

一、引言

信号处理是对检测接收到的信号进行分析和处理以便抽取出有用的信息的过程，是对信号进行提取、变换、分析和综合等处理过程的统称。自20世纪60年代以来，随着信息科学和计算机科学与技术的发展，信号处理的理论和技术得到了迅速提高，成为一门具有重要作用的新兴学科，在包括航空航天、卫星雷达、信息通信和工业过程等诸多领域得到了广泛的应用，有力促进了这些学科和领域的发展。

一般来说，信号处理课程是“信号与信息处理”专业硕士研究生的必修课。为了进一步推广普及信号处理的知识与技能，促进信号处理技术在各相关领域的发展与应用，有必要为各非信号处理类专业硕士研究生开设信号处理相关课程，系统讲授信号处理和数据分析的基本理论与方法，帮助非信号处理专业研究生了解信号处理理论体系的概况，初步掌握信号处理的基本理论方法和应用技能。

2012年秋季学期，我校实行新修订的研究生培养方案，将“信号处理与数据分析”作为校公共课程，48学时，供各非信号处理专业的硕士研究生和部分博士研究生选修。各院系、各专业研究生学习热情高涨，共有近170人选修了该课程，分别来自物理、力学、材料、土木、水利、机械、电气、计算机、控制等专业。经过一个学期的教学实践，有必要对本课程的建设与教学进行一定的思考，对本课程规划与实施进行一定的分析，以便进一步做好这门课程的教学工作。

二、针对教学对象的特点，补充一定的教学内容

如前所述，本课程的授课对象是非信号处理专业的硕士研究生，学生关于电子信息技术领域的知识背景参差不齐。来自诸如电气工程、计算机科学与技术和控制科学与工程等相近专业的学生，本领域的专业基础较好。而来自土木工程、水利工程、材料工程等专业的学生则专业基础较差。

针对大部分学生未系统学习过“信号与系统”课程的特点，本课程安排了8学时的课时，专门为学生讲授信号与系统的内容，主要包括信号与系统的概念与分类、连续时——————————

【基金项目】大连理工大学研究生教改基金资助项目（项目编号：JGXM201204）。

【作者简介】邱天爽，大连理工大学电子信息与电气工程学部教授，博士生导师。

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《中国电子教育》2013年第3期

间信号与系统、离散时间信号与系统、信号的卷积、傅里叶级数与傅里叶变换的理论与方法，拉普拉斯变换与z变换等。对于本科阶段学过“信号与系统”的学生是一次复习的机会，而对于绝大部分未接触过“信号与系统”的学生，则较为系统地学习了相关知识，为本课程的进行打下一定的基础。

三、教学大纲与教学内容确定

根据本课程面向对象的特点，我们制定了课程的教学大纲。大纲强调本课程是关于信号与信息处理学科的通识基础课程，是面向非信号处理专业硕士生的公共必修课。其目标是使学生比较全面地了解和掌握信号处理与数据分析的基本概念与理论，重点掌握数字信号处理和统计信号处理的分析方法，主要包括：信号分析基础，信号的误差分析与预处理，信号的时域与频域分析，随机信号的相关分析与统计滤波，以小波变换、时频分析和Hilbert-Huang变换为代表的现代信号处理等基本原理和基本方法。通过课程学习，为今后的信号处理应用打下坚实的基础。

在教学大纲的指导下，本着理论与实践相结合、普及与提高相结合的宗旨，本课程安排了5个部分的授课内容，即第一部分，信号与系统的基本原理；第二部分，信号的预处理与误差分析；第三部分，数字信号处理；第四部分，统计信号处理；第五部分，现代信号处理。鉴于课时的限制，本课程将第一、第三和第四部分作为授课的主要部分。对第二部分做一般性介绍，对第五部分做原理性简要介绍。

四、教材准备与教学内容选取

在本课程的准备阶段，我们对国内出版的与信号处理和数据分析相关多本教材进行了广泛调研，其中不乏优秀著作，例如胡广书著、由清华大学出版社2012年出版的《数字信号处理：理论、算法与实现（第3版）》，A. V. Oppenheim著（刘树棠译）、由西安交通大学出版社1998年出版的《信号与系统（第2版）》，秦树人主编、由高等教育出版社2008年出版的《工程信号处理》等。

但是另一方面，按照本课程的教学大纲和培养目标，我们所调研的范围中尚不能找到完全适和本课程教学的教材。为此，我们筛选了大约10本国内外出版的教材著作作为主要教学参考书，并借鉴了部分有一定代表性的学术论文和笔者所指导的博士、硕士研究生的学位论文，编写了本课程的讲义，并制作了教学用的PPT课件，共包括12章，分别为：信号与系统的基本原理，信号与系统的频域和复频域分析，连续信号的离散化与离散信号的连续化，信号的误差分析与预处理，离散傅里叶变换与快速傅里叶变换，数字滤波器及其设计，数字信号处理中的若干应用问题，随机信号分析基础，随机信号的相关与功率谱估计，信号的统计滤波技术，高阶与分数低阶统计量信号处理，现代信号处理简介。

五、三个相结合的教学方法

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非信号处理类硕士生“信号处理与数据分析”课程研究

从某种意义上来说，信号处理的理论与方法是介于数学理论与工程应用之间的桥梁。一方面，信号处理具有深入、系统的理论基础，与数学中的微积分、线性代数与矩阵、积分变换与复变函数、概率论与数理统计、随机过程等有密切的关联。或者说，信号处理理论与方法是建立在这些数学基础之上的。另一方面，信号处理又与工程技术应用有着密切的联系，一般来说，凡是有信号与信息存在的领域就可能有信号处理技术的用武之地。因此，信号处理方面的课程，即具有深入的理论性，又具有很强的应用性，是理论与应用密切结合的课程。

对于这样的课程，我们所采用的基本教学方法是三个结合，即理论与应用相结合，多媒体教学与板书相结合，教师与学生相结合。

在理论与应用结合方面，着重注意以下几点：第一，对于每个章节的重点理论知识要详细讲解，使学生深入理解，课后布置相应的习题作业，并给予认真批改。第二，在讲解理论方法的同时，尽量结合工程实践中的应用实例，让学生更好地理解与接受。第三，强调计算机编程对于信号处理应用的重要性，在课堂上给出较多的计算机仿真和真实信号处理的实例，并要求学生掌握一门计算机程序设计语言，能够用于解决信号处理的问题。

在多媒体教学与板书结合方面，针对本课程内容较多和多媒体教学的特点，专门制作了课程的PPT课件，在课堂教学中以课件教学为主。如果遇到课件不易表示清楚的一些理论和应用问题，则辅助板书加以进一步的讲解与说明，充分发挥板书教学所具有的自由、灵活、便于教师发挥的长处。

课堂上，充分调动学生的积极性是上好课程的一个重要因素。为此，在课堂教学上除了任课教师的积极投入与认真讲解之外，还特别注意随时提出一些与课程内容相关的理论或应用中遇到的问题，供研究生们思考。其中可能存在一些开放性即尚没有确定答案的问题，培养研究生发现问题、解决问题的能力。

六、结论

信号与信息处理是电子信息技术的重要组成部分，在雷达、通信、工业过程检测与控制、生物医学工程等众多领域得到广泛的重视和应用。为非信号处理专业的硕士研究生开设“信号处理与数据分析”课程，对于普及与推广信号与信息处理技术方法、对于促进非信号处理学科的发展具有重要意义。

本课程的教学实践表明，掌握授课对象的特点、制定科学合理的教学大纲、选择适当的教学内容是上好本课程的基础和前提，坚持理论与应用相结合、多媒体教学与板书相结合，教师与学生相结合是上好本课程的关键。

在进一步的教学工作中，我们还要进一步了解掌握学生的需求，适当修订与调整教学大纲与教学内容，使授课对象在有限的时间中掌握更多更好的信号处理知识和技能。

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