《信号与系统》

课程代码：2204022901

学位课程/非学位课程：学位课程

学时/学分：60/4

先修课程：高等数学、复变函数、电路分析

一、课程在人才培养中的地位和作用

《信号与系统》是通信与电子信息类专业继电路分析课程后的又一门重要的专业基础课，也是国内各院校相应专业的主干课程。它主要讨论确定信号的特性，研究线性非时变系统的基本理论和基本分析方法。

二、课程教学目标

通过本课程的学习，使学生牢固掌握信号与系统的时域、变换域分析的基本原理和基本方法，理解傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的数学概念、物理概念与工程概念，掌握利用信号与系统的基本理论与方法分析和解决实际问题的基本方法，为进一步学习后续课程打下坚实的基础。

（一）知识目标

 1、掌握基本的信号分析的基本理论和方法。

 2、掌握线性非时变系统的各种描述方法。

 3、掌握线性非时变系统的时域和频域分析方法。

 4、掌握有关系统的稳定性、频响、因果性等工程应用中的一些重要结论。

（二）能力目标

使学生初步认识、掌握如何从实际问题出发，通过抽象建立信号与系统模型，经适当数学分析求解，对结果给以物理解释，赋予物理意义的系统科学研究方法。

（三）素质目标

通过本课程的学习，使学生提高分析问题、解决问题的能力，并初步具备系统分析和设计能力。

三、课程教学内容

（一）课程的知识体系

知识领域1：信号与系统概述（GS）

知识单元GS1：信号的类型及基本运算（4学时）

知识单元GS2：系统的性质及分类（2学时）

知识领域2：系统的时域分析（SY）

知识单元SY1：连续时间系统的时域分析（8学时）

知识单元SY2：离散时间系统的时域分析（6学时）

知识领域3：系统的频域分析（PY）

知识单元PY1：连续时间系统的频域分析（20学时）

知识单元PY2：离散时间系统的频域分析（10学时）

（二）课程涵盖的知识单元

（三）知识单元的描述

知识单元GS1：信号的类型及基本运算

参考学时：4学时

知识点：

信号的描述、分类

常用基本信号

信号的基本运算

信号的矢量空间分析

学习目标：

 1. 了解信号的基本概念与定义，会画一些常用函数的波形；

 2. 掌握常用基本信号的时域描述方法、特点与性质；

 3. 深刻理解信号的时域分解、变换方法、运算的原理与方法；

 4. 了解信号的正交函数分解以及完备正交函数集的求解方法。

知识单元GS2：系统的性质及分类

参考学时：2学时

知识点：

系统模型

线性时不变系统

学习目标：

 1. 了解系统的定义与分类；

 2．理解线性时不变系统的定义与性质。

知识单元SY1：连续时间系统的时域分析

参考学时：8学时

知识点：

线性时不变连续时间系统数学模型的建立
线性时不变连续时间系统的时域求解
单位冲激响应和阶跃响应
卷积积分及性质
线性时不变系统零状态响应的卷积积分求解方法

学习目标：

 1. 会建立描述系统激励与响应关系的微分方程；

 2. 了解系统的特征方程、特征根的意义；

 3. 深刻理解系统全响应的三种分解方式：零输入响应与零状态响应；自由响应与强迫响应；瞬态响应与稳态响应；

 4. 深刻理解系统单位冲激响应和阶跃响应；

 5. 牢固掌握卷积积分的运算规律和主要性质；

 6. 掌握应用卷积积分方法求线性时不变系统的零状态响应。

知识单元SY2：离散时间系统的时域分析

参考学时：6学时

知识点：

离散时间系统的数学模型建立
线性时不变离散时间系统的时域求解
卷积和
离散系统的时域模拟

学习目标：

 1. 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；

 2. 掌握卷积和运算，并会应用；

 3. 初步学会建立离散系统的数学模型——差分方程；

 4. 会画离散系统的时域模拟图；

 5. 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；

 6. 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。

知识单元PY1：连续时间系统的频域分析

参考学时：20学时

知识点：

傅立叶级数与周期信号的频谱
傅立叶变换与非周期信号的频谱密度
傅立叶变换性质
傅立叶逆变换
线性时不变系统的频域分析
不失真传输条件与理想低通滤波器
抽样定理

拉普拉斯变换的定义及收敛域

拉普拉斯变换的性质
拉普拉斯逆变换
S域电路模型
连续时间系统的复频域分析
系统的方框图、模拟框图与信号流图

学习目标：

 1. 了解周期信号的级数表示；

 2. 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；

 3. 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；

 4. 掌握部分分式展开法求傅立叶逆变换；

 5. 熟练掌握线性时不变系统的频域分析方法；

 6. 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；

 7. 深刻理解拉普拉斯变换的定义式、收敛域及基本性质；

 8. 能够根据拉普拉斯的定义式及基本性质，求一些常用信号的拉普拉斯变换；

 9. 掌握部分分式展开法求解拉普拉斯逆变换；

 10. 掌握S域中电路KCL，KVL的表示形式及电路元件的伏安关系；

 11. 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；

 12. 深刻理解系统函数H(S)的概念、梅森公式与H(S)的关系；

 13. 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；

 14. 掌握系统方框图、模拟框图与信号流图表示方法。

知识单元PY2：离散时间系统的频域分析

参考学时：10学时

知识点：

 Z变换的定义及收敛域
Z变换的性质
Z逆变换
离散时间系统的Z域分析
Z变换与拉普拉斯变换的关系
数字滤波器的基本概念

学习目标：

 1. 深刻理解Z变换的定义、收敛域及基本性质；

 2. 能够根据Z变换的定义和性质，求常用序列的Z变换；

 3. 深刻理解Z变换与拉普拉斯变换的关系；

 4. 熟练应用幂级数展开法、部分分式法，求Z逆变换；

 5. 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；

 6. 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)；

 7. 理解离散系统频率特性的定义、物理意义、求法及性质；

 8. 了解数字滤波器的基本概念。

四、教学方法与手段

1．教学方法与教学手段

讲授、课堂讨论、习题课、实验相结合。以基本理论、基本概念、基本分析方法为教学重点，以培养将数学分析转换到工程应用上的能力为教学目标。从时域到变换域，从连续到离散，从输入输出描述到状态量描述，力求以统一的观点阐明基本概念和分析方法；注意运用启发式教学，培养学生独立钻研教材、资料，自觉吸取知识的能力，提高学生分析、对比、归纳、总结的能力。

2．课程主要教学方式的学时分配

五、教材和主要参考书

（一）教材

【1】郑君里主编.信号与系统（第三版）.高等教育出版社，2011年

（二）主要参考书

【1】燕庆明主编.信号与系统教程（第二版）.高等教育出版社，2007年

【2】陈生谭等编.信号与系统（第三版）.西安电子科技大学出版社，2008年

六、课程考核

 1.考试命题

（1）组卷原则：

 a、在教学大纲和考核说明所规定的目的、要求和内容范围之内命题。在教学内容范围之内，按照理论联系实际原则，考察学员对所学知识应用能力的试题，不属于超纲。

 b、试题的考察要求覆盖面广，并适当突出重点。

 c、试题兼顾各个能力层次，熟练掌握60%，掌握占30%，了解占10%。

 d、试题的难易程度和题量适当，按难易程度分为三个层次：较易占30%，一般占50%，较难占20%。题量安排以平时基本能够独立完成作业者，他们能在规定的考试时间内做完并有一定时间检查为原则。

（2）试题类型：是非题、选择题、证明题、填空题、计算题、作图题等。

 2.考核方式

考核方式为考试：考试内容为大纲要求的所有内容。考试成绩占总成绩的70%，平时成绩（包括作业成绩、缺课和听课、教学实验等情况）占30%。