《信号与系统》是我国高等院校本科阶段计算机、通信、信号处理、自动化等电子信息类专业的一门专业基础必修课,一般在本科二年级开设。该课程主要介绍信号与系统的基本概念和系统分析的基本方法,是学生认知信号、分析系统的入门课。它是一门理论性很强的课程。该课程的前置课程为《大学物理》、《高等数学》、《积分变换》和《电路分析基础》。同时也是后续的《通信原理》,《数字信号处理》和《自动控制原理》等课程的基础,具有重要的承上启下的作用。
《信号与系统》课程体系的结构与分析过程,体现了科学思维方法与研究科学问题的过程。本慕课的内容体系参考吴大正先生的《信号与线性系统分析》第5版(高等教育出版社),慕课内容体系共分为6个教学单元:1、信号与系统;2、连续系统的时域分析;3、离散系统的时域分析;4、连续系统的频域分析;5、连续系统的复频域分析;6、离散系统的z域分析。
第一单元:信号与系统
第一单元主要介绍信号及系统的分类方法;信号的基本运算;系统分析中最重要的两个函数—冲激函数和阶跃函数,以及线性系统的定义、性质和描述方式。本单元教学内容的重点是信号的基本运算;冲激函数、阶跃函数的定义及特征;线性系统的定义及性质。计划6个学时完成。
第二单元:连续系统的时域分析
第二单元主要介绍连续系统时域分析的两种经典分析方法:微分方程的经典解法和卷积积分,同时引出本课程的两个重要概念——单位冲激响应和阶跃响应。本单元教学内容的重点是冲激响应和卷积积分,计划6学时完成。
第三单元:离散系统的时域分析
本单元主要介绍离散系统时域分析的两种经典方法:差分方程的经典解法和卷积和,同时引出离散系统分析两个重要概念——单位响应和单位阶跃响应。本单元计划4学时完成。
第四单元:连续系统的频域分析
本单元主要学习连续系统的频域分析法,也就是傅里叶变换法。从周期信号的傅里叶级数入手,引出周期信号频谱的概念,再扩展到非周期信号的频谱密度函数(傅里叶变换),在学习了12种常见信号的傅里叶变换对的基础上,结合傅里叶变换的性质,学习系统的频域分析法,重点解决通信及信号处理领域的三大问题:调制、滤波及抽样的原理。本单元教学重点是傅里叶级数、频谱的概念、傅里叶变换及其性质(包括常见信号的傅里叶变换)、频域分析法和抽样定理。计划16学时完成。
第五单元:连续系统的复频域分析
本单元主要介绍拉普拉斯变换法。重点是拉普拉斯变换的定义及收敛域,常见信号的拉普拉斯变换对、变换的性质以及拉普拉斯逆变换,最后利用拉普拉斯变换求解微分方程;利用系统函数分析系统特性;系统的s域框图以及电路的s域模型。本单元计划10学时完成。
第六单元:离散系统的z域分析
本单元主要介绍离散信号的z变换,包括z变换的定义及收敛域,常见信号的z变换对和逆z变换,结合z变换的性质,在z域中求解差分方程、零状态响应;利用系统函数分析离散系统的特性,离散系统的z域框图。本单元计划8学时完成。
由于慕课时长的限制,原教材第7章:“系统函数”和第8章:“状态变量分析”不在课内讲解,留作学生自学。