《信号分析与处理》知识点及重点、难点

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1.信号分析与处理基础知识(3学时)

包括信号的定义与分类、信号分析与处理、信号分析与自动控制系统等内容。

2.连续信号的时域描述和分析(7学时)

包括连续信号的时域描述和运算、信号的分解、周期信号的频谱分析、非周期信号频谱分析、傅立叶变换的性质等内容。

3.离散信号的分析(18学时)

包括连续信号的离散化和采样定理、离散信号的时域分析、离散信号的频域分析(DFS,DTFT,DFT)、快速傅立叶变换(FFT)、离散信号的Z变换分析等内容,共14学时。

包括信号的采样与恢复、DFT和FFT等实验,共4学时。

4.信号处理基础(6学时)

包括系统及其性质、信号的线性系统处理(时域分析法、频域分析法、复频域分析法)等内容,共4学时。

包括离散信号与系统分析等实验,共2学时。

5.滤波器(22学时)

包括滤波器的基本概念及分类、模拟滤波器设计、数字滤波器设计等内容,共12学时。

包括滤波器设计、语音信号的频谱分析、步进伺服马达控制系统的DSP实现等实验,共10学时。

重点:

信号的频域描述和分析;

连续信号的离散化和采样定理;

信号的FS、FT、DFS、DTFT分析以及DFT、FFT之间的关系;

信号的复频域分析方法;

滤波器的设计。

难点及解决办法:

难点1:信号的频域法描述和分析。用时域法分析信号与系统,概念上比较直观,学生容易接受,因为其变量是时间的函数。而用频域法描述和分析信号时,其变量为频率ω/Ω,当ω/Ω变化时,其频率指标为何能反映出信号与系统的性能指标,这是学生难以理解和接受的。

解决办法:首先说明信号的时域描述和分析方法,介绍u(t)、δ(t)等时域描述信号,然后给出信号的频域描述和分析方法。其次由函数的完备正交性及傅立叶级数,引出傅立叶变换,通过求解常见信号如正弦信号、指数信号、冲激信号、阶跃信号等的傅立叶变换,以及傅立叶变换的帕斯瓦尔定理,以信号时域、频域描述的能量守恒性,说明信号频域描述的可行性。

难点2:信号的模拟频率与数字频率之间的关系。由于该课程是在大二本科生中开设,以往的课程中仅仅接触到模拟频率,对于课程中的数字频率,感到难以接受,无法分析清楚二者之间的关系。

解决办法:首先讲清楚连续信号的离散化过程,通过采样信号的时域、频域分析,找到连续

信号及采样信号间的关系。其次讲信号的复现,从而引出采样定理,用图形说明采样定理的物理意义,通过采样周期、信号周期以及采样间隔等知识点,将信号的模拟频率与数字频率联系起来。

难点3:连续时间信号、离散时间信号的频谱特征。由于信号在时域和频域具有不同的周期性(非周期性)、连续性(离散性)、谐波性等特点,而FS、FT、DFS、DTFT等频谱分析工具中引入的大量的数学推导和证明,学生往往将之混杂在一起,无法从繁琐的数学推导中理清思路,从而导致对信号的频谱分析时出现错误。

解决办法:从FS、FT、DFS、DTFT的定义式入手,以完备正交函数集→FS→FT,FS→DFS→DTFT为主线,引入连续信号离散化时t=nT公式,分析清楚四种变换之间的关系,然后给出信号的时域、频域对应关系,引导学生理解信号的不同频谱特征。

难点4:DFT、FFT和离散信号频谱分析DFS、DTFT之间的关系。大量数学公式的引入,使学生容易混淆DFT、FFT、DFS、DTFT之间的关系,以为DFT、FTT也是具有严格傅立叶概念的频谱分析方法。

解决办法:首先帮助学生树立课程学习时重物理含义、避免大量繁琐的数学推导的学习方法,给出DFS、DTFT的物理含义,然后从计算机技术发展的角度,引入DFT以及FFT,明确DFS、DTFT的傅立叶分析的概念,指出DFT、FFT是计算机处理的一种方法,避免学生出现错误的概念。

难点5:课程学时少、内容多,数学描述繁琐。如果教学方法不当,学生会感到课堂教学枯燥、内容繁杂, 进而带来学生上课精神不集中、影响授课效果等问题。

解决办法:首先,主讲教师在第一次授课时要告诉学生本课程的学习方法,并且在每次授课后根据上课时的学生反映情况及时调整授课内容,正确引导学生投入到课程学习中。其次,课程组负责人要求各位主讲老师在有多媒体课件的情况下,每次上课前都仍要精心备课,要求他们经常结合日常生活中与课程教学内容可联系的新闻、报道和消息启发和引导学生理论联系实际积极思考,有机穿插老师以前实际完成的信号分析与处理类课题,增加课程内容的趣味性及扩展性。