《信号与系统》课程教学大纲.docx
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《信号与系统》课程教学大纲
《信号与系统》课程教学大纲
课程编码：
A0303051
总学时：
64
理论学时：
64
实验学时：
0
学分：
4
适用专业：
通信工程
先修课程：
电路，高等数学，复变函数与积分变换，线性代数
一、课程的性质与任务
《信号与系统》是电类专业的一门重要的专业课程。
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。
通过本课程的学习，学生将理解信号的函数表示与系统分析方法，掌握连续时间系统和离散时间系统的时域分析和频域分析，连续时间系统的S域分析和离散时间系统的Z域分析，以及状态方程与状态变量分析法等相关内容。
通过实验，使学生掌握利用计算机进行信号与系统分析的基本方法，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，提高分析和解决实际问题的能力。
二、课程学时分配
教学章节理论实践
第一章：
信号与系统导论6
第二章：
连续系统的时域分析8
第三章：
信号与系统的频域分析18
第四章：
连续系统的复频域分析10
第五章：
系统函数的零、极点分析8
第六章：
离散系统的时域分析6
第七章：
离散系统的Z域分析8
总计64
三、课程的基本教学内容及要求
第一章信号与系统导论（6学时）
1.教学内容
（1）历史的回顾，应用领域，信号的概念
（2）系统的概念，常用的基本信号
（3）信号的简单处理，单位冲激函数
2.重点及难点
教学重点：
信号的描述、阶跃信号与冲激信号；信号的运算；线性时不变系统判据；系统定义
教学难点：
信号及其分类，信号分析与处理，系统分析
3.课程教学要求
了解信号与系统的定义及二者之间的关系。
了解信号的分类，掌握信号的基本运算。
掌握阶跃函数和冲激函数的定义，性质及二者之间的关系。
了解系统的数学模型及框图表示。
掌握系统的性质。
第二章连续系统的时域分析（8学时）
1.教学内容
（1）线性时不变系统描述及其响应
（2）冲激响应与阶跃响应
（3）卷积及其应用
（4）特征函数及其应用
2.重点及难点
教学重点：
系统微分方程的建立，零输入与零状态响应，卷积的概念与性质，系统的卷积分析，特征函数的建立
教学难点：
卷积的计算
3.课程教学要求
本章需要学生了解连续系统的响应的微分方程经典解；掌握零输入响应和零状态响应的定义及计算方法；掌握冲激响应和阶跃响应的定义及求法；掌握利用卷积积分定义及图解法求系统零状态响应及卷积积分的性质。
在教学过程中应多布置练习题让学生练习，同时每一步的推导过程要尽可能详细的向学生介绍清楚。
第三章信号与系统的频域分析（18学时）
1.教学内容
（1）周期信号的分解与合成
（2）周期信号的频谱
（3）非周期信号的频谱
（4）傅里叶变换的性质与应用
（5）周期信号的傅里叶变换
（6）系统的频域分析
（7）取样定理及其应用
2.重点及难点
教学重点：
周期信号的复指数级数表示，双边频谱与信号的带宽，卷积定理，系统函数与无失真传输，取样信号以及取样定理，信号的调制与解调，正弦调幅与频分复用，脉冲调幅与时分复用
教学难点：
弦调幅与频分复用，脉冲调幅与时分复用
3.课程教学要求
要求学生了解周期信号的级数表示。
理解周期信号频谱的特点，非周期信号的频谱密度，会画频谱图。
牢记傅立叶变换的定义及典型信号的傅立叶变换，熟练掌握傅立叶变换性质（线性、对称性、尺度变换、时移、频移、时域卷积、频域卷积、时域微分、时域积分、频域微分、帕塞瓦尔定理）。
掌握部分分式展开法求傅立叶逆变换。
熟练掌握线性时不变系统的频域分析方法。
深刻理解和
掌握抽样定理及在实际工程问题中的应用，掌握不失真传输条件与理想低通滤波器的定义。
第四章连续系统的复频域分析（10学时）
1.教学内容
（1）拉普拉斯变换
（2）拉普拉斯变换的主要性质
（3）拉普拉斯反变换
（4）系统的S域分析
2.重点及难点
教学重点：
从傅里叶变换到拉普拉斯变换，常用信号的拉普拉斯变换，系统的线性性质，延时性质，微分定理，积分定理，卷积定理，初值与终值定理，微分方程的拉普拉斯变换解法，电路的S域模型及其应用
教学难点：
连续时间系统的复频域分析
3.课程教学要求
要求学生深刻理解拉普拉斯变换的定义式、收敛域及基本性质；能够根据拉普拉斯的定义式及基本性质（线性、尺度变换、时移、复频移、时域卷积、时域微分、时域积分、S域微分），求一些常用信号的拉普拉斯变换。
掌握部分分式展开法求解拉普拉斯逆变换。
掌握S域中电路KCL，KVL的表示形式及电路元件的伏安关系；能根据时域电路模型正确的画出S域电路模型。
熟练掌握连续系统的复频域分析法，会求解全响应，零输入响应，零状态响应，以及冲激响应与阶跃响应。
深刻理解系统函数H（S）的概念、梅森公式与H（S）的关系；掌握系统方框图、模拟框图与信号流图表示方法。
了解Matlab方法用于连续时间系统的分析。
第五章系统函数的零、极点分析（8学时）
1.教学内容
（1）系统函数与系统模拟
（2）系统的零、极点
（3）线性系统的稳定性
（4）S域分析应用于控制系统
2.重点及难点
教学重点：
系统函数与系统的方框图表示与模拟，系统函数的零、极点，系统函数的零、极点分布与时域特性的关系，系统的零极点分布与频域特性的关系，系统的稳定性概念与稳定性判据，开环与闭环控制
教学难点：
零极点分布与时域、频域的关系。
3.课程教学要求
了解H（S）的零、极点分布与时域特性的关系，掌握系统的稳定性判据。
因此对于零极点的求解方法必须准确掌握。
第六章离散系统的时域分析（6学时）
1.教学内容
（1）离散时间信号
（2）离散时间系统
（3）卷积和及其应用
2.重点及难点
教学重点：
离散信号的概念与表示，离散信号的基本运算，离散系统的差分方程，离散系统的时域模拟，系统的零输入响应，离散信号的分解与卷积和，离散系统的零状态响应
教学难点：
零输入响应和零状态相应，卷积与分卷积的运算。
3.课程教学要求
要求学生深刻理解离散信号的定义与时域特性，能够用不同方法表示离散信号。
掌握卷积和运算，并会应用。
初步学会建立离散系统的数学模型——差分方程；会画离散系统的时域模拟图；深刻理解离散时间系统状态与初始状态（初始条件）的意义与内涵。
了解时域法求解离散系统的响应包括全响应、零输入响应、零状态响应，以及冲激响应与阶跃响应。
第七章离散系统的Z域分析（8学时）
1.教学内容
（1）Z变换
（2）Z反变换
（3）Z变换的主要性质
（4）离散系统的Z域分析
（5）系统的零极点及稳定性
2.重点及难点
教学重点：
Z变换的定义，典型序列的Z变换，部分分式展开法，差分方程的Z变换分解，系统函数，离散系统的Z域模拟，系统函数的零极点分布与单位序列响应的关系。
教学难点：
离散时间系统的Z域分析、Z变换与拉普拉斯变换的关系
3.课程教学要求
要求学生深刻理解Z变换的定义、收敛域及基本性质；能够根据Z变换的定义和性质（线性、时移、Z域尺度、Z域微分、时域卷积、部分和），求常用序列的Z变换；深刻理解Z变换与拉普拉斯变换的关系。
熟练应用幂级数展开法、部分分式法，求Z逆变换。
熟练掌握应用Z变换法求离散时间系统的零输入响应、零状态响应及全响应。
深刻理解Z域系统函数H（Z）的定义、物理意义，会用多种方法求H（Z）。
理解离散系统频率特性的定义、物理意义、求法及性质。
了解数字滤波器的基本概念。
了解Matlab方法用于离散系统的分析。
五、课程考核
1.考核方式、记分制
本课程采用闭卷笔试考核方式，成绩采用百分制记分。
2.考试成绩构成
课程总成绩=期末试卷成绩（70%）+平时成绩（作业、考勤等）（30%）
六、参考教材
[1]燕庆明.信号与系统教程（第3版）[M].北京：
高等教育出版社，2012年8月
[2]郑君里.《信号与系统》[M].北京：
清华大学出版社，2004年2月
[3]徐天成.信号与系统[M].黑龙江：
哈尔滨工程大学出版社，2000年10月
七、大纲说明
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。
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。
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。
授课内容可以概括为两类系统（连续时间系统和离散时间系统），三大变换（傅里叶变换，拉普拉斯变换和Z变换）和两类分析方法（时域分析方法和变换域分析方法）。
教学内容的组织可以有两种方式：
一种是按照先连续后离散，先时域后变换域的顺序进行；另一种则按照先时域后变换域的顺序，将连续时间系统和离散时间系统合在一起介绍。
两种方式都可以满足教学要求。
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