MATLAB信号处理 教学大纲

课程教纲 2021-2022学年第 2 学期 课程： MATLAB信号处理 班级： 教材：《MATLAB信号处理》 教师： 2022 年2月 24 日 一、致学生的话（25分） 同学们： 欢迎各位同学返回校园！ MATLAB是Matrix&Laboratory两个词的组合，意为矩阵实验室，主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、数理统计、系统仿真等功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，是国际公认的优秀数学应用软件之一。MATLAB被广泛应用在数学建模已经成为国内很多高校的重要教学工具。 MATLAB与信号处理作为是电信、通信等专业的一门专业必修课。通过本课程的学习，能够熟练利用MATLAB 进行矩阵的数学运算，利用MATLAB的符号运算功能进行代数方程的求解、能进行简单的编程，并对仿真结果能进行二维、三维图形的绘制，具体包括数字信号处理的基本理论、分析方法、算法的设计与实现、输出结果的数值与可视化展示。同时能构建系统的SIMULINK仿真模型。更进一步地，能够结合本专业知识利用MATLAB进行数据分析和处理，了解利用该软件环境进行建模的基础应用方法，为接下来的本科毕设、研究生理论和实践及工作需要奠定坚实的基础。 本课程的学习应掌握一些常用的函数，多动手操作练习，做到理论与上机相结合；掌握一些数值计算、数值分析以及最优化理论方法，提升编程算法，并按照规范设计和优化程序。作为一种计算机语言，本课程具有实践课的特点，在学习的过程中，指定的知识点一定要动手敲入运行。认真思索每行代码所表达的意义，并将运行的结果与自己的预测结果相印证，只有这样才能不断提升理解的深度。此外，由于MATLAB集成了大量了函数，例如信号的采集、Z变换、DFT、FFT、噪声分布函数、IIR滤波器以及FIR滤波器设计，设计了大量的案例，因此，同学们要善于运用matlab help工具，查询函数的使用方法和功能，培养独立的学习能力，以及在随机信号、功率谱分析、小波变换等实际应用中的设计能力。 本门课共32个学时，其中理论教学16个学时，实验教学（MATLAB软件操作）16个学时。本课程采用MATLAB理论与实验软件操作相结合地交叉方式进行教学，以提升学生们的动手操作能力，及对理论知识的理解。该课程的教学内容主要包含MATLAB基本环境和操作要旨；符号计算、数值计算、计算结果可视化及编程精要等。希望同学们通过本课程的学习能够掌握将MATLAB应用于分析和解决信号处理实际问题的基本技能。党的十九大指出：“青年兴则国家兴，青年强则国家强”。希望同学们能够认真学习，为中华民族伟大复兴的中国梦早日实现贡献自己的力量。 老师姓名： 2022年2月24日 二、课程简介（20分） 课程名称 MATLAB与信号系统实验 学分与学时 学分：2 学时：32 课程性质 双语（否） 多媒体（是） 新课（否） 精品课（否） 先修课程 高等数学 线性代数 课 程 简 介 （含教学目标和主要内容等） 知识目标：通过本课程的学习，使学生掌握MATLAB的基本功能和基本操作，以及MATLAB程序设计的一般方法，为后续的课程的学习打下基础。能力目标：具备MATLAB程序设计能力，能够结合专业知识利用MATLAB进行分析和解决实际问题。情感目标：本课程培养学生理论联系实际的能力，重视培养学生MATLAB编程的基本思想和方法，使学生能够综合应用所学知识分析解决工程问题。 本课程的内容主要包括4部分： 1、MATLAB计算功能 重点：符号表达式；符号微积分；微分方程的符号解法；符号变换和符号卷积；符号矩阵分析和代数方程解；数值数组；关系操作和逻辑操作；数值微积分；矩阵和代数方程；概率分布和统计分析；多项式运算和卷积 难点：矩阵点运算；数组操作；符号变换和符号卷积；多项式求解求根运算；数据拟合 2、MATLAB结果图形化分析 重点：二维曲线和图形；三维曲线和曲面；高维可视化 难点：绘制二维图形、三维曲线和曲面 3、MATLAB程序设计 重点：MATLAB；脚本文件和函数文件；MATLAB的函数类别；函数句柄 难点：系统函数文件的调用 4、Simulink仿真与图形用户界面 重点：连续和离散时间系统的建模与仿真；Simulink实现的元件级电路仿真；控件创建及应用；菜单及工具图标的设计 难点：Simulink的建模与仿真；GUI设计 教师姓名 职称 学历 学位 研究方向 信号处理 三、教学进度计划（25分） 学时分配 总学时 讲课 实验 上机 设计 32 16 16 0 0 周 次 教学内容 (讲课、习题课、实验课、设计等) 授课学时 课外/上机学时 作业布置与检查安排 第 1 周 课程概述（包含课程思政） 第1章 基础准备及信号采样与波形实现 第2章 Z变换与MATLAB信号处理 2.1 已知函数的Z变换 2.2 已知函数的逆Z变换 2.3 residuez部分分式展开 2.4 系统零极点分析 2.5 离散系统频域响应分析 2.6 离散系统的差分解析 4 课前预习第1章、第2.1至2.5节内容，并课后复习 （约2学时） 课上提问与讨论 第 2 周 第3章离散傅里叶变换与MATLAB实现 3.1 有限长序列处理 3.2 N点离散傅里叶变换 3.3 时域圆周积分 4 课前预习第3章内容，并课后复习 （约2学时） 课上提问与讨论 第3周 第4章 快速傅里叶变换与MATLAB实现 4.1 FFT函数调用格式 4.2 基于FFT的噪声信号分析 4.3 高斯脉冲信号分析 4.4 三角函数FFT分析 4.5 FFT快速卷积 第5章 噪声信号分布函数 5.1 均匀分布 5.2 正态分布 5.3 卡方分布 4 课前预习第4章、第5.1至5.3节内容，并课后复习 （约2学时） 课上提问与讨论 课后习题作业：P186-187页，5、11、12、13 第4周 5.4 F分布 5.5 T分布 第6章无限冲激响应（IIR）滤波器与MATLAB实现 第7章 有限冲激响应（FIR）滤波器 4 课前预习第5.4和5.5节、第6章内容，并课后复习 （约2学时） 课上提问与讨论 第5周 实验1：随机信号处理与MATLAB实