信號與系統這門課程有何價值

隨著科學技術的迅速發展，新興學科不斷增 完善，它已遠遠不只是指教師在課堂上講授的某加，知識總量不斷增長，迫使本科教育不斷向基礎 門課程，更多的是指壹組系列課程或壹個課程化、重應用的方向發展，基礎課程教學在本科教育 群‘1J。這就要求教師在基礎課程教學中要從研究中的地位愈來愈高。而隨著教育改革的逐步深 培養人才模式出發，著眼於人才培養的全過程，整入，基礎課程的內涵和功能也正在不斷地擴展和 體優化基礎課程體系結構。收稿日期:2009·10.09基金項目:江蘇省青藍工程資助作者簡介:李俊生(1%8壹)，男，講師。萬方數據 常州工學院學報 2009年 “電路分析”和“信號與系統”都是電氣類各 身教學內容的學科系統性、課程之間壁壘森嚴、各 專業重要的基礎課程，“數字信號處理”是電子信 自為政的狀況，加強不同學科與課程之間的交叉 息工程和通信工程等專業的重要基礎課程口q o。 融合，按照培養目標構建融合貫通、緊密配合、有 隨著電子、計算機、通信等技術迅速發展，“電路 機聯系的新的課程體系。 分析”課程的內容不斷更新，但所涉及的理論幾 (2)在正確處理教學內容不斷更新與教學過 乎都是電路基本理論、基本分析方法的成熟經典 程相對穩定關系的同時，精選核心內容，兼並、壓 理論，是學生學習後續課程所必不可少的基礎知 縮或取消陳舊和重復的內容，廣容先進思想，重組 識，其中相當部分內容與“信號與系統”課程內容 知識單元。增加工程背景知識和應用前景分析， 密不可分。“信號與系統”和“數字信號處理”課 強化工程綜合應用意識。在不增加課時的情況 程的教學內容也有著不可分割的內在聯系，其主 下，加強課程整合，重構學生的基礎知識結構。 線是通過對各種不同信號的分析，實現對不同信 (3)嚴格按照國家教育部制定的高等工業學 號的處理，達到所希望得到的信號。近二十年來， 校課程教學基本要求來實施教學和選編教材，保 隨著科學技術的發展，計算機已經成為獲取、分析 證不降低教學要求;對主幹內容必須講清講透，對 和處理信號的重要工具，信號分析和處理幾乎滲 非主幹內容既不能有缺項，又應力求簡明扼要，深 透到各個工程領域，使“信號”與“系統”的內涵與 入淺出，以夠用為度。 外延都大大擴展，數字信號處理也成為壹門極其 2課程教學內容的選取 重要的高技術領域，它隨著人們對信號處理要求 的日益提高，以及模擬信號處理中壹些不可克服 2.1“電路分析”課程 的缺點，對信號的許多處理轉而采用數字的方法 (1)集總電路的兩類約束關系。基於電路拓 來進行。如今，數字信號處理的理論與技術本身 撲結構的基爾霍夫定律，電阻元件的伏安特性。 也成為信號與信息處理學科中壹個重要的分支， (2)運用獨立電流、電壓變量的分析方法。 並且，隨著電子技術及計算機技術的飛速發展得 網孔分析法、回路分析法、節點分析法。 到了廣泛應用。因此，“電路分析”、“信號與系 (3)電路的基本定理。疊加原理、替換定理、 統”和“數字信號處理”三門課程構成了信息與通 戴維南定理、諾頓定理、最大功率傳輸定理。 信工程專業中重要的“電路、系統、信號分析與處 (4)電容元件和電感元件。電容元件和電感 理”基礎課程體系。 元件的伏安關系、儲能以及電容電壓的和電感電 然而，長期以來“電路分析”、“信號與系統” 流的性質。 和“數字信號處理”各課程的教學各自為政，存 (5)壹階電路。時間常數、通解、特解;零輸 在授課內容重復、銜接不合理、綜合不夠等諸多 入響應、零狀態響應、完全響應、三要素法。壹階 問題，這些問題隨著教學計劃的修改和課時的 交流正弦電路暫態響應的求解。 減少顯得更加突出。如，在傳統的“電路分析” (6)二階電路。RLC串聯電路的零輸入響 課程中，已涵蓋了許多“信號與系統”課程中連 應、直流RLC串聯電路的完全響應。 續信號與系統分析的相關內容，而“數字信號處 (7)正弦穩態分析。相量形式的基爾霍夫定 理”課程中也存在“信號與系統”課程中大量離 律和三種基本電路元件伏安關系的相量形式、阻 散信號與系統分析內容的重復。各門課程自身 抗和導納、以及用相量法分析正弦穩態電路。三 內容體系的最優不壹定是整個教學計劃的最 相交流電路。 優口1，因此，必須對原有課程體系教學內容進行 (8)含耦合電感的電路分析。互感電路，空 優化整合。 心變壓器，理想變壓器。 2.2“信號與系統”課程 1課程體系優化整合的總體思路 (1)信號與系統的基本概念。 (1)必須改變原來每類課程過於強調課程自 (2)連續系統的時域分析。連續系統的零輸萬方數據 第6期李俊生，張立臣，蔣小燕:“電路分析”、“信號與系統”和“數字信號處理”課程的優化整合9l 入響應和零狀態響應、階躍響應和沖激響應，卷積 換法。 積分及主要性質，響應的時域求解。 (6)有限長脈沖響應(FIR)數字濾波器的設 (3)連續系統的頻域分析。傅裏葉級數，周 計方法。FIR濾波器的設計特點;窗口法;頻率采 期信號的頻譜;傅裏葉變換及其性質，非周期信號 樣法。 的頻譜，頻域分析法，取樣定理。 (7)現代數字信號處理簡介。現代譜估計、 (4)連續信號的復頻域分析。拉普拉斯變換 信號的時頻分析、取樣率變換、小波分析等現代信 及其性質;復頻域分析。 號處理簡介。 (5)離散系統的時域分析。差分方程;系統 3優化整合後課程的特點 的階躍響應與單位序列響應;卷積和及其主要性 質;系統的零輸入響應、零狀態響應和全響應。 (1)“電路分析”課程主要學習關於電路基本 (6)離散系統的z域分析。z變換及其性 理論、基本分析方法的成熟經典理論;“信號與系 質;z域分析。 統”課程主要學習確定性信號的時域和頻域分 (7)系統函數。連續系統、離散系統的系統 析，線性時不變系統的描述與特性，以及信號通過 函數，系統函數的零、極點分布與時域響應、頻域 線性時不變系統的時域分析與變換域分析;“信 響應之間的定性關系;系統的因果性和穩定性;信 號與系統”是“數字信號處理”的理論基礎，“數字 號流圖和梅森公式，連續和離散系統的模擬。 信號處理”是“信號與系統”在離散域中的深入擴 (8)系統的狀態變量分析。系統的狀態空間 展。通過優化整合後，“電路分析”、“信號與系 描述，狀態變量，狀態方程與輸出方程;狀態方程 統”和“數字信號處理”三門課程在保持各自相對 的建立;狀態方程的時域解和變換域解。 獨立、完整的前提下，構成了融合貫通、有機統壹 2.3“數字信號處理”課程 的“電路、系統、信號分析與處理基礎”課程體系。 (1)時域離散信號和系統的理論分析基礎。 (2)在整個課程體系設計中，根據人才培養 時域離散信號與系統;序列的傅裏葉變換及其性 目標和時代發展的需要，結合教學實踐，對某些教 質;序列的z變換;時域離散系統的輸入輸出描 學內容進行了適當的增減。在“電路分析”課程 述與分析;時域離散系統的頻域分析;模擬信號數 中壓縮了壹些經典內容，如，在電工理論的發展上 字處理;模擬信號的采樣與恢復;理想采樣信號與 具有壹定地位，但在現代工程技術上已無很大實 采樣序列的頻譜關系。 用價值的原理和方法，在介紹其基本原理後不再 (2)離散傅裏葉變換(DFT)。離散傅裏葉級 花更多課時作大量練習。“數字信號處理”課程 數(DFS)，周期延拓的意義與隱含周期性;離散傅 中的IIR數字濾波器設計方法，其中壹種是由模 裏葉變換及其性質;頻率域采樣;DFT的應用。 擬濾波器設計RR數字濾波器，而有關模擬濾波 (3)快速傅裏葉變換(FFT)。直接計算DFT 器設計的基本概念與方法，在先修課程中沒有講 特點和減少運算量的基本途徑;基2FFr算法;時 授，因此，在“數字信號處理”課程中增加了模擬 域抽取法(DIT)基2FFr的基本原理;頻域抽取法 濾波器設計的基本概念與方法。三門課程的教學 (DIF)基2FFr基本原理;DIT-FFT算法與直接 內容中均刪除了壹些定理、性質的繁瑣的證明過 計算DFT運算量的比較。 程，而將教學重點放在對這些定理、性質的理解與 (4)數字濾波網絡。信號流圖、網絡結構和 應用上。 系統函數間的關系，網絡結構的分類;無限脈沖響 (3)強調三大變換(傅裏葉變換、拉普拉斯變 應(IIR)系統的基本網絡結構;有限脈沖響應 換、z變換)的數學概念、物理概念和工程概念，淡 (FIR)系統的基本網絡結構。 化其數學技巧與運算;在內容的配置上，連續信號 (5)無限長脈沖響應(HR)數字濾波器的設 的傅裏葉變換、拉普拉斯變換和離散信號的z變 計方法。職濾波器的設計特點;模擬濾波器的 換安排在“信號與系統”課程中，而“電路分析”課 設計理論和方法;脈沖響應不變法;雙線性變 程中不再安排拉普拉斯變換，離散信號的傅立葉萬方數據 常州工學院學報 2009年 變換安排在“數字信號處理”課程中。相應地， 加優化。然而，三門課程都是實踐性和應用性很 “電路分析”課程中不再學習網絡函數與頻率特 強的課程，因此對實驗教學內容的整合與實踐教 性的內容，而離散系統的頻率響應放到“數字信 學方式的改革，尚值得思考與探索。 號處理”課程中學習。 (2)課程體系建設是壹項系統工程，要想取 (4)重視學科發展中的成果和動態。數字信 得理想的整合效果，除了對教學內容進行優化整 號處理的理論和應用在近二三十年來突飛猛進，因 合外，還必須對教學方法與手段、實踐教學、師資 此在“數字信號處理”課程中增加了現代譜估計、時 隊伍建設等各個環節進行總體規劃和綜合改革。 頻分析、取樣率變換、小波分析等現代數字信號處 [參考文獻] 理方法簡介，以開闊學生思路，激發創新意識。 (5)註意做好“數字信號處理”課程和“信號 [1]教育部高教司工科處.以建設促改革，以改革帶建設，建好國 家工科基礎課程教學基地[J.電氣電子教學學報，1998，20 與系統”課程的銜接6。“信號與系統”課程中已 (3):l壹5. 經對離散信號的分析、z變換內容作了系統的分 [2]胡翔駿.電路分析[M].2版.北京:高等教育出版社，2007. 析，因此，在安排“數字信號處理”課程中這部分 [3]吳大正，楊林耀，張永瓚.信號與線性系統分析[M].4版.北 內容時，突出以數字信號與系統的分析為核心和 京:高等教育出版社.2007. 目的的離散問題，盡可能減少學時，以內容回顧和 [4]丁玉美，高西全.數字信號處理[M.3版.西安:西安電子科 技大學出版社，2008. 補充的形式來安排這部分內容，避免簡單重復。 [5]高等學校工科電工課程教學指導委員會.關於面向2l世紀電4 結語 工電子系列課程和教學內容改革的幾點建議[J.電氣電子 教學學報，1998，20(4):l-3. (1)通過上述方案整合後，“電路分析”、“信 [6]劉洪盛，朱學勇，彭啟琮.“數字信號處理”和“信號與系統”兩 號與系統”和“數字信號處理”三門課程在保持各 課重疊內容的處理方法探討[J].電氣電子教學學報，2004，26 (6):40-42. 自相對獨立和完整的前提下，構成的“電路、系 責任編輯:張秀蘭 統、信號分析與處理基礎”課程體系在整體上更 (上接第62頁) u印rlsc-Clau Virmalizafion.[EB/OL.[2008壹嘶壹∞]m [參考文獻] tp:///windows/xuniji/200907/1565. 務器整合中的應用(J.情報理論與實踐，2009(1):119- h＇anl. 121. [5]周彩陽.圖書館服務器虛擬化技術可行性分析[J].圖書館論 [2]湯小康.服務器虛擬化技術在校園網中的應用J].計算機時 壇.2008(3):65-67. 代，2009(2):14-15. [3]VMwarc.In，frasmicmmTM Transform IT Iltfrastructtlre with En· 責任編輯:唐海燕萬方數據.