下载文档原格式
课程编号15102308《数字信号处理》教学大纲Digital Signal Processing一、课程基本信息二、本课程的性质、目的和任务《数字信号处理》课程是信息工程本科专业必修课，它是在学生学完了高等数学、概率论、线性代数、复变函数、信号与系统等课程后，进一步为学习专业知识打基础的课程。
本课程将通过讲课、练习使学生建立“数字信号处理”的基本概念，掌握数字信号处理基本分析方法和分析工具，为从事通信、信息或信号处理等方面的研究工作打下基础。
三、教学基本要求1、通过对本课程的教学，使学生系统地掌握数字信号处理的基本原理和基本分析方法，能建立基本的数字信号处理模型。
2、要求学生学会运用数字信号处理的两个主要工具：快速傅立叶变换（FFT）与数字滤波器，为后续数字技术方面课程的学习打下理论基础。
3、学生应具有初步的算法分析和运用MA TLAB编程的能力。
四、本课程与其他课程的联系与分工本课程的基础课程为《高等数学》、《概率论》、《线性代数》、《复变函数》、《信号与系统》等课程，同时又为《图像处理与模式识别》等课程的学习打下基础。
五、教学方法与手段教师讲授和学生自学相结合，讲练结合，采用多媒体教学手段为主，重点难点辅以板书。
六、考核方式与成绩评定办法本课程采用平时作业、期末考试综合评定的方法。
其中平时作业成绩占40%，期末考试成绩占60%。
七、使用教材及参考书目【使用教材】吴镇扬编，《数字信号处理》，高等教育出版社，2004年9月第一版。
【参考书目】1、姚天任,江太辉编，《数字信号处理》（第二版），华中科技大学出版社，2000年版。
2、程佩青著，《数字信号处理教程》（第二版），清华大学出版社出版，2001年版。
3、丁玉美,高西全编著，《数字信号处理》，西安电子科技大学出版社，2001年版。
4、胡广书编，《数字信号处理——理论、算法与实现》，清华大学出版社，2004年版。
5、Alan V. Oppenheim, Ronald W. Schafer，《Digital Signal Processing》，Prentice-Hall Inc, 1975.八、课程结构和学时分配九、教学内容绪论（1学时）【教学目标】1. 了解：什么是数字信号处理，与传统的模拟技术相比存在哪些特点。
西安交通大学《信号与系统B》课程教学大纲（说明：信通系应该学的是《信号与系统A》，但是找不到A的大纲。
只找到了西交大电子、计算机等专业的《信号与系统B》的大纲，因为用的教材是一样的，大家就凑活着用吧）英文名称：Signals and Systems B课程编号：INFT3014学时：68 （讲课60 ，实验8 ）；学分：4.0 开课时间：秋季学期适用对象：电子科学与技术、计算机科学与技术专业、光信息科学与技术专业先修课程：数学分析（工程类）或高等数学、电路使用教材及参考书：1. 阎鸿森、王新凤、田惠生编《信号与线性系统》，西安交通大学出版社，1999 年8 月第一版2. [ 美] A.V. 奥本海姆等著，刘树棠译，《信号与系统》（第二版），西安交通大学出版社，1998 年一.课程性质、目的和任务“信号与系统”是电气与电子信息类各专业本科生继“电路”或“电路分析基础”课程之后必修的重要主干课程。
该课程主要研究确知信号的特性，线性时不变系统的特性，信号通过线性时不变系统的基本分析方法，信号与系统分析方法在某些重要工程领域的应用，以及数字信号处理的基础知识。
通过本课程的学习，使学生掌握信号分析、线性系统分析及数字信号处理的基本理论与分析方法，并对这些理论与方法在工程中的某些应用有初步了解。
为适应信息科学与技术的飞速发展及在相关专业领域的深入学习打下坚实的基础。
同时，通过习题和实验，学生应在分析问题与解决问题的能力及实践技能方面有所提高。
该课程是学习《现代通信原理》、《自动控制理论》等后续课程所必备的基础。
二.教学基本要求通过本课程的学习，在掌握连续时间信号与系统和离散时间信号与系统分析以及数字信号处理的基本理论和方法方面应达到以下基本要求：1. 掌握信号与系统的基本概念，信号与系统的描述方法，基本信号的特性，系统的一般性质，系统的互联，增量线性系统的等效方法。
2. 掌握信号分解的基本思想及信号在时域、频域和变换域进行分解的基本理论及描述方法。
典型脉冲序列的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解典型脉冲序列的基本概念，掌握其分类和特点。
2. 学生能描述典型脉冲序列在信号处理中的应用，如磁共振成像。
3. 学生能运用数学表达式表示典型脉冲序列，并分析其参数对序列特性的影响。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识设计简单的脉冲序列，并进行模拟分析。
2. 学生能够通过实验和计算，观察和解释脉冲序列在信号处理中的具体作用。
3. 学生能够运用专业软件对典型脉冲序列进行仿真，评估其性能和适用范围。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对脉冲序列研究的兴趣，激发探索精神和创新意识。
2. 学生认识到典型脉冲序列在实际工程应用中的价值，增强实践能力与合作意识。
3. 学生在学习和探讨过程中，遵循学术道德，尊重他人成果，培养良好的学术品质。
课程性质：本课程为电子信息类专业课程，旨在帮助学生掌握典型脉冲序列的基础理论和应用技能。
学生特点：学生已具备一定的电子学、信号处理等领域基础知识，具有一定的数学素养和实验能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，提高学生的分析问题、解决问题的能力。
通过课程学习，使学生能够将理论知识应用于实际工程实践中，培养具备创新意识和实践能力的优秀人才。
二、教学内容1. 引入典型脉冲序列的基本概念，包括脉冲序列的定义、分类及其在信号处理领域的应用。
- 教材章节：第二章 脉冲序列基础2. 详细讲解几种常见的典型脉冲序列，如射频脉冲、梯度脉冲等，分析其数学表达式及参数设置。
- 教材章节：第三章 常见脉冲序列分析3. 介绍典型脉冲序列在磁共振成像等领域的具体应用，阐述其作用和性能评估方法。
- 教材章节：第四章 脉冲序列在磁共振成像中的应用4. 通过实例分析和实验操作，使学生掌握脉冲序列的设计方法和仿真技巧。
- 教材章节：第五章 脉冲序列的设计与仿真5. 结合实际工程案例，探讨典型脉冲序列在信号处理中的优化方法和性能提升策略。
《数字信号处理》课程教学大纲（Digital Signal Processing）编写单位：计算机与通信工程学院计算机科学与系（教研室）编写时间：2021 年 7 月《数字信号处理》课程教学大纲一、基本信息课程名称：数字信号处理英文名称：Digital Signal Processing课程类别：专业教育课程课程性质：选修课课程编码：08100J0257学分：2总学时：32学时。
其中，讲授学时20学时，实验学时12，上机学时0适用专业：计算机科学与技术、计算机科学与技术专业卓越工程师先修课程与知识储备：人工智能基础、信号与系统、MATLAB建模与仿真技术二、课程简介：该课程系统介绍了数字信号z域分析技术z变换，数字信号连续w域分析技术DTFT，数字信号离散w域分析技术DFT，以及数字IIR滤波和FIR滤波器的设计方法及实现结构。
通过本课程学习，学生能够掌握数字信号处理的基本原理和技术，为学习后续专业课程和从事数字信号处理算法研究及其工程实现技术打好基础。
三、教学目标1、课程思政教学目标：通过数字信号处理技术在国家民众生产生活中的影响，培养学生的爱国意识和对新技术的研究探索精神。
2、课程教学总目标：使学生掌握数字信号处理的基本分析方法和分析工具，为从事通信、信息或信号处理等方面的研究工作打下基础。
3、课程目标与学生能力和素质培养的关系：课程思政目标将科学研究精神与爱国主义有机融合，有利于培养德才兼备的通信专业人才；课程教学目标使学生掌握数字信号处理的分析和研究方法，培养学生独立分析问题与解决问题的能力，提高科学素质。
四、课程内容及学时分配本课程内容、建议学时以及知识单元如表1所示。
表1 课程内容及学时分配五、教学方法及要求1、教学方法要求要求任课教师具有通信工程专业背景；严格按照教学大纲执行教学计划，教材选择贴合教学大纲，体现教学目标；采用线上+线下混合式教学，课堂教学结合图形动画视频等多媒体资源，调动学生多种学习感官；课后利用微信、QQ、网络教学平台等多种线上资源，扩大学生的学习空间和形式；并通过一定的上机操作提高学生的动手实践能力，进一步加深理论知识；在讲授过程中，淡化公式推导，注重物理意义，去繁求简，抓住主线，由点到线，由线到面。
第1章设计任务与要求 (1)1．1对于三种典型序列------单位采样序列、实指数序列、矩形序列 (1)1.2自行设计一个周期序列 (1)第2 章原理及过程 (2)1设计原理 (2)第3 章设计内容 (4)1.1单位采样序列 (4)1.1.1时域波形 (4)1.2傅里叶变换 (4)1.3幅度谱及相位谱 (5)1.4频移 (6)1.5时移 (7)2.1时域图形 (7)2.2傅里叶变换 (8)2.3幅度谱与相位谱 (9)2.4频移 (10)2.5时移 (10)3.1时域图形.............................................. 错误！未定义书签。
3.2傅里叶变换............................................ 错误！未定义书签。
3.3幅度谱与相位谱........................................ 错误！未定义书签。
3.4时移.................................................. 错误！未定义书签。
3.5频移.................................................. 错误！未定义书签。
4.1幅度特性曲线 (11)4.4周期序列的DFS (12)4.5傅里叶变换 (12)第4章心得与体会 (13)参考文献 (14)第1章设计任务与要求1．1对于三种典型序列------单位采样序列、实指数序列、矩形序列要求：（1）画出以上序列的时域波形图；（2）求出以上序列的傅里叶变换；（3）画出以上序列的幅度谱及相位谱，并对相关结果予以理论分析；（4）对以上序列分别进行时移，画出时移后序列的频谱图，验证傅里叶变换的时移性质；（5）对以上序列的频谱分别进行频移，求出频移后频谱所对应的序列，并画出序列的时域波形图，验证傅里叶变换的频移性质。
∑-=--==101,....,0,)(1)(N k nk N N n W k X N n x (3.2) 离散傅立叶反变换与正变换的区别在于N W 变为1-N W ，并多了一个N 1的运算。
因为N W 和1-N W 对于推导按时间抽取的快速傅立叶变换算法并无实质性区别，因此可将FFT 和快速傅立叶反变换（IFFT ）算法合并在同一个程序中。
2．利用FFT 进行频谱分析若信号本身是有限长的序列，计算序列的频谱就是直接对序列进行FFT 运算求得)(k X ，)(k X 就代表了序列在[]π2,0之间的频谱值。
幅度谱 )()()(22k X k X k X I R +=相位谱 )()(arctan )(k X k X k R I =ϕ 若信号是模拟信号，用FFT 进行谱分析时，首先必须对信号进行采样，使之变成离散信号，然后就可按照前面的方法用FFT 来对连续信号进行谱分析。
按采样定理，采样频率s f 应大于2倍信号的最高频率，为了满足采样定理，一般在采样之前要设置一个抗混叠低通滤波器。
用FFT 对模拟信号进行谱分析的方框图如下所示。
3.在运用DFT 进行频谱分析的过程中可能产生三种误差：(1)混叠序列的频谱是被采样信号频谱的周期延拓，当采样速率不满足Nyquist 定理时，就会发生频谱混叠，使得采样后的信号序列频谱不能真实的反映原信号的频谱。
避免混叠现象的唯一方法是保证采样速率足够高，使频谱混叠现象不致出现，即在确定采样频率之前，必须对频谱的性质有所了解。
在一般情况下，为了保证不出现频谱混叠，在采样前，先进行抗混叠滤波。
(2)泄漏实际中我们往往用截短的序列来近似很长的甚至是无限长的序列，这样可以使用较短的DFT 来对信号进行频谱分析，这种截短等价于给原信号序列乘以一个矩形窗函数，也相当于在频域将信号的频谱和矩形窗函数的频谱卷积，所得的频谱是原序列频谱的扩展。
抗混叠低通滤波器 采样T=1/f s N 点FFT泄漏不能与混叠完全分开，因为泄漏导致频谱的扩展，从而造成混叠。
《数字信号处理》课程设计题目题目1：基于MATLAB 的线性常系数差分方程求解1、自行产生一个序列，要求：对序列进行差分运算，并画出差分序列的时域波形图；2、已知一个二阶线性常系数差分方程用下式表示：y(n)+a 1y(n-1)+a 2y(n-2)= b 0x(n)+b 1x(n-1)+b 2x(n-2)，要求：（1）参数a 1、a 2、b 0、b 1、b 2由运行时输入；（2）已知输入)(5.0)(n u n x n =，画出x(n)的时域波形图；（3）求出x(n)的共轭对称分量x e (n)和共轭反对称分量x o (n)，并分别画出时域波形图；（4）初始条件由运行时输入，求输出y(n)，并画出其波形；（5）对于不同的初始条件，分析其输出是否一致，从中得出什么结论。
题目2：典型序列的频谱分析1、对于三种典型序列------单位采样序列、实指数序列、矩形序列，要求：（1）画出以上序列的时域波形图；（2）求出以上序列的傅里叶变换；（3）画出以上序列的幅度谱及相位谱，并对相关结果予以理论分析；（4）对以上序列分别进行时移，画出时移后序列的频谱图，验证傅里叶变换的时移性质；（5）对以上序列的频谱分别进行频移，求出频移后频谱所对应的序列，并画出序列的时域波形图，验证傅里叶变换的频移性质。
2、自行设计一个周期序列，要求：（1）画出周期序列的时域波形图；（2）求周期序列的DFS ，并画出幅度特性曲线；（3）求周期序列的FT ，并画出幅频特性曲线；（4）比较DFS 和FT 的结果，从中可以得出什么结论。
题目3：基于Z 变换的离散系统分析1、自行设计以下几种序列：有限长序列、右边序列、左边序列和双边序列，要求：（1）分别求其Z 变换和收敛域；（2）分析Z 变换收敛域的规律。
2、已知某离散系统的系统函数))(())(()(2121d z d z c z c z z H ----=，要求： (1)参数c 1、c 2、d 1、d 2由运行时输入；(2)画出系统的零、极点分布图；(3)判断该系统的稳定性；(4)判断该系统的因果性；(5)绘出系统的幅频响应曲线和相频响应曲线；(6)分析零、极点分布对系统频率响应特性的影响。
兰州城市学院课程设计报告课程名称_____________数字信号处理__________ 设计题目典型序列的谱分析及特性专业_____电子信息科学与技术____________ 班级电信111班学号20110602050135姓名_______________闫宝山_____________ 完成日期2015年1月1日课程设计任务书设计题目：_________ 典型序列的谱分析及特性_______________ _________________________________________________________ 设计内容与要求：1对于三种典型序列------单位采样序列、实指数序列、矩形序列，要求：(1). 画出以上序列的时域波形图；(2). 求出以上序列的傅里叶变换；(3). 画出以上序列的幅度谱及相位谱，并对相关结果予以理论分析；(4). 对以上序列分别进行时移，画出时移后序列的频谱图，验证傅里叶变换的时移性质；(5). 对以上序列的频谱分别进行频移，求出频移后频谱所对应的序列，并画出序列的时域波形图，验证傅里叶变换的频移性质。
2 自行设计一个周期序列,要求;(1).画出周期序列的时域波形图;(2).求周期序列的DFS,并画出幅度特性曲线; 1图(1).画出周期序列的时域波形图课程设计评语成绩：指导教师：_______________年月日目录第1章设计任务及要求 (1)1.1 设计任务 (1)1.2 设计要求 (1)第2章设计原理 (2)2.1 三种典型序列的表达式及程序 (2)2.1.1 单位采样序列 (2)2.1.2 实指数序列 (2)2.1.3 矩阵序列 (3)2.2 时移、频移与傅里叶变换原理 (3)2.2.1 时移原理 (3)2.2.2 频移原理 (4)2.2.3 傅里叶变换（DFT)原理 (4)第3章设计实现 (5)3.1 单位采样序列的谱分析及特性实现 (5)3.2 实指数序列的谱分析及特性实现 (6)3.3 矩阵序列的的谱分析及特性实现 (7)第4章设计结果及分析 (10)4.1 三种典型序列的结果 (10)4.1.1 单位采样序列 (10)4.1.2 实指数序列 (12)4.1.3 矩形序列 (14)4.2 三种典型序列的结果分析 (16)第5章心得体会 (17)第1章设计任务及要求1.1 设计任务1对于三种典型序列------单位采样序列、实指数序列、矩形序列，要求：(1). 画出以上序列的时域波形图；(2). 求出以上序列的傅里叶变换；(3). 画出以上序列的幅度谱及相位谱，并对相关结果予以理论分析；(4). 对以上序列分别进行时移，画出时移后序列的频谱图，验证傅里叶变换的时移性质；(5). 对以上序列的频谱分别进行频移，求出频移后频谱所对应的序列，并画出序列的时域波形图，验证傅里叶变换的频移性质。
信号及系统的谱分析谱分析是信号及系统领域中一种重要的分析方法，用于研究信号的频谱特性。
频谱描述了信号在不同频率上的能量分布情况，揭示了信号的频率成分、频率幅度、相位关系等重要信息，对于进一步了解信号的特性、处理信号、设计滤波器等具有重要意义。
在信号及系统分析中，信号可以分为连续时间信号和离散时间信号两种。
连续时间信号是在连续时间上变化的信号，可表示为函数形式，如x(t)表示连续时间信号的函数表达式。
而离散时间信号是在离散时间点上取值的信号，通常用序列表示，如x[n]表示离散时间信号的序列。
首先，我们来介绍连续时间信号的频谱分析方法。
对于连续时间信号x(t)，其频谱可以通过傅里叶变换进行分析。
傅里叶变换将信号从时域转换到频域，得到的结果是信号在不同频率上的复振幅谱。
具体地，对于连续时间信号x(t)，其傅里叶变换可以表示为：X(ω) = ∫[from -∞ to +∞] x(t)e^(-jωt) dt其中X(ω)表示信号x(t)的频谱，在频率ω处的复振幅。
频谱的实部表示信号的幅度，虚部表示信号的相位。
对于离散时间信号x[n]，其频谱可以通过离散时间傅里叶变换（DTFT）进行分析。
离散时间傅里叶变换将离散时间序列转换到连续频率上的变换，得到信号在不同频率上的复振幅谱。
具体地，对于离散时间信号x[n]，其离散时间傅里叶变换可以表示为：X(ω) = ∑[from -∞ to +∞] x[n]e^(-jωn)类似于连续时间信号，离散时间信号的频谱的实部表示信号的幅度，虚部表示信号的相位。
除了傅里叶变换，还有其他一些方法可用于信号的频谱分析，如快速傅里叶变换（FFT）和功率谱密度分析（PSD）。
FFT是一种高效的计算傅里叶变换的算法，可以快速地计算离散时间信号的频谱。
PSD是对信号功率谱的估计，可以用于研究信号的能量分布特性。
通过PSD分析，可以了解信号在不同频率上的功率贡献，找到频域上的主要成分。
总之，谱分析是信号及系统中重要的分析方法，可以帮助我们了解信号的频谱特性。
