信号与系统课程是电子、通信、计算机、自动控制、信息处理等电类专业技术基础课程,以大学物理、高等数学、工程数学、电路为基础,又是后续技术基础课程和专业课的基础,具有承前启后、继往开来的作用,是学生合理知识结构的重要组成部分,在发展智力、培养能力和良好非智力素质方面,起着重要的作用。
本课程根据教育部高等学校电工电子基础课程教学指导委员会制定的“信号与系统课程教学基本要求”,以电子工业出版社出版的“十一五” 国家级规划教材《信号与系统》(第三版,段哲民主编)、《信号与系统重点与难点解析及模拟题》(第三版,李辉主编)为主要教材,其基本内容有:信号与系统的基本概念、连续系统时域分析、连续信号频域分析、连续系统频域分析、连续系统的复频域分析、复频域系统函数与系统模拟、离散信号与系统时域分析、离散信号与系统Z域分析、状态变量法等九章内容。
本课程贯彻“打好基础、精选内容、逐步更新、利于教学”的原则,处理好与高等数学、工程数学、电路分析等课程的分工、衔接与配合;重视教学法,循序渐进,遵循学生接受知识的规律,在教学体系上采用先信号后系统、先连续后离散、先时域后变域、先输入输出法后状态变量的分析方法;坚持传授知识、发展智力与培养能力相统一的教学原则,注重学生的思维能力、分析问题、解决问题能力的培养,培养学生良好的非智力素质、严谨的科学作风与治学态度。
(1)掌握信号与系统的基本概念及基本的分析方法,为后续课程打下坚实的基础;
(2)培养独立分析问题、解决问题的能力;
(3)培养在科学研究和事理处理上百折不挠、持之以恒的毅力和意志。
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1.成绩60至79分者有资格申请合格证书,成绩80至100之间有资格申请优秀证书;
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章 内 容 | 节 内 容 | 基本要求 | 课时 |
第1章 信号与系统的基本概念 | 1.1 信号及其分类 | 了解信号与系统的基本概念与定义、分类,会画出信号的波形。 | 2 |
1.2 常用连续时间信号 | 掌握常用基本信号的时域描述方法及其特点与性质,并会应用这些性质。 | 2 | |
1.3连续时间信号时域变换与运算 | 深刻理解信号的时域变换与运算的方法,并会求解。 | 2 | |
1.4系统的基本概念 | 了解系统的基本概念,深刻理解线性时不变系统的定义与性质,并会应用这些性质。 | ||
1.5 本章小结 |
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单元测试 |
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单元作业 |
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第2章 连续系统时域分析 | 2.1 连续系统时域描述 | (1)了解从物理模型建立连续时间系统数学模型的方法;(2)掌握传输算子的基本概念。 | 2 |
2.2 连续系统的自然频率 | 掌握连续系统的自然频率的求法。 | ||
2.3连续系统的时域经典分析 | 了解常系数线性微分方程的经典解法。 | 2 | |
2.4连续系统的阶跃响应与冲激响应 | 深刻理解系统单位冲激响应与阶跃响应的概念,并会求解。 | ||
2.5卷积积分分析法 | (1)掌握卷积积分的概念及其性质;(2)会运用卷积积分求线性时不变系统的零状态响应。 | 2 | |
2.6 本章小结 |
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单元测试 |
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单元作业 |
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第3章 连续信号频域分析 | 3.1周期信号的频谱 | 掌握单边频谱、双边频谱的概念,会画频谱图。 | 2 |
3.2周期信号的频谱特点 | 深刻理解周期信号频谱的特点、频带宽度定义。 | ||
3.3非周期信号的频域分析 | 掌握傅里叶变换的定义式及典型非周期信号的傅里叶变换。 | 2 | |
3.4傅立叶变换的基本性质(一) | 掌握傅里叶变换的基本性质,会对信号进行正、反傅里叶变换。 | 2 | |
3.5傅立叶变换的基本性质(二) | 掌握傅里叶变换的基本性质,会对信号进行正、反傅里叶变换。 | 2 | |
3.6周期信号的傅里叶变换、功率信号与能量信号的频谱 | (1)深刻理解周期信号的傅里叶变换及周期信号与非周期信号傅里叶变换之间的关系;(2)会求解信号的功率与能量。 | 2 | |
3.7 本章小结 |
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单元测试 |
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单元作业 |
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第4章 连续系统频域分析 | 4.1周期信号通过线性系统 | 掌握周期信号通过线性系统响应的求解方法。 | 2 |
4.2非周期信号通过线性系统 | (1)深刻理解频域系统函数的定义,物理意义、求法与应用;(2)会求解非正弦周期信号激励下系统的稳态响应。 | ||
4.3信号通过线性系统不失真条件 | 了解信号无失真传输的条件; | 2 | |
4.4理想低通滤波器 | 理解理想低通滤波器的定义、传输特性(冲激响应与阶跃响应)。 | ||
4.5时域抽样定理 | 深刻理解和掌握时域抽样定理的内容。 | 2 | |
4.6本章小结 |
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单元测试 |
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单元作业 |
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第5章 连续信号与系统复频域分析 | 5.1连续信号拉普拉斯变换 | (1)深刻理解拉普拉斯变换的定义式,收敛域及基本性质;(2)掌握常用信号的拉普拉斯变换; | 2 |
5.2拉普拉斯逆变换 | (1)了解拉普拉斯反变换的方法;(2)掌握部分分式法求反变换。 | 2 | |
5.3系统的复频域分析 | (1)掌握电路电路定律、电路元件复频域表示形式;(2)能根据时域电路模型正确地画出复频域电路模型;(3)掌握复频域系统响应的求法。 | 2 | |
5.4本章小结 |
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单元测试 |
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单元作业 |
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第6章 复频域系统函数与系统模拟 | 6.1复频域系统函数 | (1)深刻理解复频域系统函数的定义、物理意义及求法;(2)掌握系统函数的应用。 | 2 |
6.2系统模拟框图与信号流图 | (1)能根据模拟图或信号流图按梅森公式求出系统函数;(2)能根据电路图或模拟图或框图,画出相应的信号流图。 | 2 | |
6.3系统的零、极点分析 | 了解复频域系统函数的一般表达形式及的零点与极点概念,会画零极点图。 | 2 | |
6.4系统模拟 | 深刻理解系统模拟与信号流图的意义,并对系统进行模拟。 | ||
6.5系统的稳定性分析 | 深刻理解系统稳定性的意义,会根据系统函数的极点分布与罗斯判据,判定系统是否为稳定系统。 | 2 | |
6.6本章小结 |
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单元作业 |
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第7章 离散信号与系统时域分析 | 7.1常用的离散时间信号 | (1)了解离散信号的定义及其描述;(2)掌握常用离散信号的定义和时域特性。 | 2 |
7.2离散信号时域运算与变换 | (1)掌握离散信号的时域运算和变换方法;(2)了解离散信号能量和功率的定义。 | 2 | |
7.3离散时间系统基本概念 | (1)了解离散时间系统的基本概念;(2)掌握离散时间系统模型的建立方法;(3)理解差分方程和传输算子的关系。 | ||
7.4离散时间系统时域经典分析 | (1)了解离散时间系统的时域经典分析方法,会求解差分方程;(2)了解零输入响应和零状态响应基本概念。 | 2 | |
7.5离散系统单位序列响应 | 掌握离散时间系统的单位序列响应的求解方法:迭代法、等效初值法和传输算子法。 | ||
7.6离散系统时域卷积和分析法 | (1)掌握卷积和的定义、性质及求法;(2)会用卷积和分析法求解系统的零状态响应。 | 2 | |
7.7本章小结 |
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单元作业 |
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第8章 离散信号与系统Z域分析 | 8.1离散信号Z变换 | (1)理解并掌握Z变换的定义及其收敛域;(2)掌握常用序列的Z变换及其收敛域; | 2 |
8.2 Z 变换基本性质 | (1)熟练Z变换的性质;(2掌握利用性质求序列的Z变换。 | 2 | |
8.3 Z反变换 | (1)了解掌握Z逆变换的求解方法;(2)掌握部分分式法求反变换。 | 2 | |
8.4 离散系统Z域分析与模拟 | (1)掌握系统函数的定义、意义、求法及应用;(2)会对离散系统进行模拟。 | ||
8.5系统函数的零、极点分析 | (1)理解系统函数的零极点的含义,会画零极点图;(2)理解并掌握系统的零极点分布与系统单位序列响应的关系。 | 2 | |
8.6系统的稳定性分析 | (1)了解系统稳定的定义及充要条件;(2)掌握系统稳定的判别方法。 | ||
8.7本章小结 |
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单元测试 |
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单元作业 |
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第9章 状态空间分析法 | 9.1连续系统状态空间方程建立 | (1)掌握状态、状态变量、状态方程与输出方程的基本概念;(2)掌握连续系统状态变量的选择、状态方程与输出方程的建立及其矩阵表示方法。 | 2 |
9.2离散系统状态空间方程建立 | (1)掌握状态、状态变量、状态方程与输出方程的基本概念;(2)掌握离散系统状态变量的选择、状态方程与输出方程的建立及其矩阵表示方法。 | 2 | |
9.3连续系统状态空间分析 | (1)掌握连续时间系统状态空间方程的S域解法;(2)会求解连续时间系统的状态转移函数矩阵、系统函数矩阵、系统的自然频率;(3)会判断系统的稳定性。 | 1 | |
9.4离散系统状态空间分析 | (1)掌握离散时间系统状态空间方程的Z域解法;(2)会求解离散时间系统的状态转移函数矩阵、系统函数矩阵、系统的自然频率;(3)会判断系统的稳定性。 | 1 | |
9.5本章小结 |
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单元测试 |
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单元作业 |
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复习提要 | 复习提要(1) | 对1到5章的基本内容进行归纳总结。 |
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复习提要(2) | 对6到9章的基本内容进行归纳总结。 |
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模拟测试题 | 模拟测试题1 | 针对模拟题中的知识点进行系统复习 |
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模拟测试题2 | 针对模拟题中的知识点进行系统复习 |
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课程考试 |
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大学物理、高等数学、工程数学、电路基础
(1)段哲民、严家明、李辉、李宏、冯晓毅,《信号与系统》(第三版),北京:电子工业出版社,2007
(2)李辉、段哲民、严家明、李宏、冯晓毅,《信号与系统重点与难点解析及模拟题》(第三版),北京:电子工业出版社,2008
(3)吴大正,《信号与线性系统分析》(第四版),北京:高等教育出版社,2005
(4)Simon Hakin、Barry Van Veen, Signals and Systems(Second Edition),北京:电子工业出版社,2003
Q : 如何进行答疑解惑?
A : 可登录课程平台答疑区,老师在得到信息后会及时答疑,同学们也可以相互讨论。
Q : 信号与系统是不是对数学知识要求较高?
A : 信号涉及傅立叶变换,Z变换等,看似对于数学要求较高,实际上用到的都是基本的数学知识,比如一些傅立叶变换的公式,基本的积分求导等,同学们只需花点时间回顾一下这方面的基础知识,相信复杂的问题将会变成简单而有趣。
Q : 书本知识有些东西用不上,还需要掌握吗?
A : 就本科生而言,是系统学习的阶段,最好能够将信号系统方面有个全面的了解,这样到了更深层次的阶段,能够在一个系统的认知条件下,对感兴趣的方面进行更深入的研究与了解。
Q : 除了理论上的学习,还需要进行其他的了解吗?
A : 需要的,因为信号与系统仅涉及信号方面的转换和变换,是一个基础性的知识提要,课外还需要阅读与此相关的读物和资料,以便更系统的认识信号带给我们的科学魅力。