《信号与系统》课程简介、教学大纲

课程代码 

一、课程基本信息

课程代码：EI210

课程名称：信号与系统/Signals and Systems

学时/学分：54 / 3

先修课程：《高等数学》《工程数学》《基本电路理论》

适用专业：电类专业

开课院（系）：电子信息与电气工程学院

教  材： 《Signals and Systems》A. V. Oppenheim, A. S. Willsky, Prentice-Hall Inc., 1997

教学参考书：《信号与系统》胡光锐编 上海交通大学出版社，1996

《信号与系统》第二版，郑君里编，高教出版社，2000

《信号与系统基础——应用Web和MATLAB》第二版，Edward W. Kaman, Bonnnie S. Heck著，科学出版社，2002

二、课程性质和任务

《信号与系统》是电类专业的一门重要的专业基础课程。它的任务是研究信号和线性非时变系统的基本理论和基本分析方法，要求掌握最基本的信号变换理论，并掌握线性非时变系统的分析方法，为学习后续课程，以及从事相关领域的工程技术和科学研究工作奠定坚实的理论基础。

三、教学内容和基本要求

（一）信号的函数表示与系统分析方法

掌握信号与系统的基本概念。

理解信号的分类及其基本运算，掌握信号的函数表示与图形表示，掌握典型的连续信号和奇异信号。

理解离散信号的定义、特性及其各种运算与变换，掌握序列的表示方法及常用序列。

理解线性时不变和线性非移变系统的数学模型及其分类，理解系统的各种性质，理解系统的因果性和稳定性的含义。掌握线性系统的模拟和方框图表示。

（二）线性时不变系统和线性非移变系统的时域分析

了解连续系统的输入输出微分方程的建立方法。

掌握常系数线性微分方程的时域求解方法，理解特征多项式、特征方程和特征根（固有频率）的意义。

理解系统的全响应可以分解为：零输入响应与零状态响应；自由响应与强迫响应；暂态响应与稳态响应。

理解单位冲激响应的意义。

理解卷积积分的意义、运算规律及其性质，掌握求解方法。

了解常系数差分方程的时域求解方法，掌握离散系统各种响应（尤其是单位取样响应）的意义及其全响应的分解方式。

理解卷积和的定义、运算规律及其性质，掌握求解方法。

（三）连续信号的傅立叶分析

了解函数正交的条件和完备正交函数集的概念。

理解傅立叶级数的定义，掌握典型周期信号的频谱，理解周期信号频谱的特点。

掌握和理解傅立叶变换的定义、性质，能够据此求周期与非周期信号的频谱、频谱宽度，了解信号频谱与频谱宽度的含义。

掌握傅立叶反变换的求解方法。

理解抽样定理，掌握抽样信号的频谱及其求解。

（四）连续时间系统的频域分析

理解线性非时变系统频率响应的定义、物理意义，掌握其求解方法及其应用。

掌握系统对激励信号的响应的频域求解方法，理解信号通过系统传输后产生的现象。

了解信号无失真传输的条件。

掌握理想低通滤波器的定义、传输特性（冲激响应与阶跃响应）及其上升时间的意义。

掌握调制与解调的基本原理与应用。

（五）离散时间系统的频域分析

理解离散时间系统频率响应的定义，掌握其计算方法。

理解离散时间傅立叶变换的定义及其性质，掌握常用非周期序列的傅立叶变换及其频谱。

掌握离散时间系统的频域分析方法。

（六）拉普拉斯变换

掌握拉氏变换的定义、收敛域及其基本性质。

理解拉氏变换的性质（特别是时移、频移、时域微分、频域微分、初值定理和终值定理等性质）的应用条件。

掌握利用拉氏变换的定义和性质求拉氏变换的方法。

掌握利用部分分式法及留数法求象函数的拉氏反变换的方法。

掌握系统的拉普拉斯变换分析方法，能够利用拉氏变换求线性非时变系统的响应。

（七）连续时间系统的S域分析

理解系统函数的定义、物理意义和零极点概念。

理解系统函数的零极点分布与时域特性之间的关系。

掌握利用系统函数零极点分布确定频率特性的方法。

掌握利用系统函数求各种响应的方法，包括单位冲激响应、自由响应与强迫响应、暂态响应与稳态响应、正弦稳态响应等等。

理解系统稳定性的意义，掌握利用收敛域判定系统的稳定性。

（八）离散时间系统的Z域分析

掌握和理解Z变换的定义、收敛域及其基本性质，理解Z变换各种性质的应用条件，理解Z变换与拉氏变换的关系。

掌握常用序列的Z变换，能够利用Z变换的定义和性质求序列的Z变换。

了解利用幂级数展开法和留数法求Z反变换的方法，掌握用部分分式法求Z反变换的方法。

理解系统函数的定义、物理意义及其零极点的概念，掌握其求解方法。

理解系统函数的零极点分布与单位取样响应的关系，能够利用系统函数对系统特性进行分析和求解响应。

理解离散因果系统和稳定系统的定义、意义和性质，能够进行系统稳定性的判别。

四、实验（上机）内容和基本要求

（一）上机的学时数为6个学时。

（二）计算机实验：

主要实验项目包括：

利用卷积求解系统输出；

求信号的幅频和相频，并利用幅频和相频求解时域信号；

利用频域分析分离加性信号；

低通滤波器的设计。

    通过上机实验，使学生掌握利用计算机（Matlab语言）进行信号与系统分析的基本方法，进一步加深对信号与线性非时变系统的基本理论的理解，训练学生的实验技能和科学实验方法，加强感性认识，提高分析和解决实际问题的能力。

五、对学生能力培养的要求

（一）课内教学活动中能力培养的安排及要求

     通过本课程的学习使学生掌握扎实的信号与系统的分析方法，并能够利用计算机进行现象分析和算法的实现。

1、在教学过程中，应注意逐步提高学生在教师课堂讲授的启发和指引下，钻研教材、参考资料，从而吸取知识的能力、自学的能力。

2、为了达到教学基本要求，保证基本教学质量，应当严格要求学生做好一定数量的习题，以培养学生理论联系实际的作风和分析计算的能力。

3、通过与实验课程相结合，应进一步培养和提高学生的实验研究能力、计算机应用能力、分析和解决实际问题的能力。

（二）课外科技活动和社会实践等教学活动中能力培养的安排及要求

    本课程的概念、思想和方法在很多科学和技术领域起着重要的作用，学生可参与相关领域的科技活动锻炼自己在信号处理方面的能力。通过课外的科技活动，增强学生对理论课程的学习兴趣，学会利用所掌握的理论知识去分析和解决实际的问题。

六、其它说明

（一）本课程作为电类专业的技术基础大平台课程，在兼顾各学科不同要求的情况下，以信号与系统理论的基础知识、基本概念和基本方法列为本课程的基本内容。

（二）本课程与《基本电路理论》、《数字信号处理》、《自动控制原理》等课程关系密切，故本课程在讲解相关内容时应当掌握好深度和广度：

（三）本课程教学应尽量形成具有教材、CAI课件、网络课程等教学形式相结合的立体教案，以达到良好的教学效果。

学时分配表

教学环节