第一篇：《數(shù)字信號處理》理論教學(xué)大綱（共）

《數(shù)字信號處理》理論教學(xué)大綱

先修課程：概率論、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、C語言程序設(shè)計(jì)、信號與系統(tǒng)。

一、課程性質(zhì)和任務(wù)

《數(shù)字信號處理》是電子信息工程、通信工程專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)必修課。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生建立 “數(shù)字信號處理”的基本概念，掌握數(shù)字信號處理基本分析方法和分析工具，為從事通信、信息或信號處理等方面的研究工作打下基礎(chǔ)。

二、教學(xué)內(nèi)容和要求

通過對本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生系統(tǒng)地掌握數(shù)字信號處理的基本原理和基本分析方法，能建立基本的數(shù)字信號處理模型。學(xué)會運(yùn)用數(shù)字信號處理的兩個主要工具—快速傅立葉變換（FFT）與數(shù)字濾波器，為后續(xù)數(shù)字技術(shù)方面課程的學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)。

課程的主要內(nèi)容如下:

1、時(shí)間離散信號與系統(tǒng)

教學(xué)內(nèi)容：理解信號數(shù)字處理的基本原理、數(shù)字信號處理的應(yīng)用及研究內(nèi)容。掌握離散信號----序列的產(chǎn)生及描述，掌握離散（數(shù)字）系統(tǒng)的表示----差分方程及系統(tǒng)時(shí)域卷積分析方法。

教學(xué)難點(diǎn)：離散系統(tǒng)的表示方法

2、Z變換 教學(xué)內(nèi)容：理解并掌握z變換及其收斂區(qū)（ROC）的概念、z變換和反z變換的計(jì)算方法。

3、離散傅立葉變換（DFT）

教學(xué)內(nèi)容：理解并掌握常用離散信號DFT變換和性質(zhì)和計(jì)算、離散傅立葉級數(shù) DFS的概念及意義和性質(zhì)、DFT的定義及性質(zhì)、周期卷積和圓周卷積以及線性卷積的關(guān)系、離散（數(shù)字）系統(tǒng)的變換分析方法、系統(tǒng)頻響和系統(tǒng)函數(shù)H（z）的概念及其計(jì)算。

教學(xué)難點(diǎn)：DFT的應(yīng)用

4、數(shù)字濾波器基本結(jié)構(gòu)

教學(xué)內(nèi)容：理解并掌握數(shù)字濾波器的常用結(jié)構(gòu)形式（IIR直接型、級聯(lián)型、并聯(lián)型，F(xiàn)IR直接型、級聯(lián)型）。

5、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)

IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法

教學(xué)內(nèi)容：主要理解并掌握沖激響應(yīng)不變法等，數(shù)字濾波器參數(shù)（通帶、阻帶、階數(shù)等）的物理概念。

教學(xué)難點(diǎn)：實(shí)際IIR濾波器的設(shè)計(jì)

FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法 教學(xué)內(nèi)容：主要理解并掌握FIR數(shù)字濾波器特點(diǎn)，理解數(shù)字濾波器（主要是低通）的雙線性變換法（IIR）和窗函數(shù)法（FIR）兩種設(shè)計(jì)方法，各種濾波器的設(shè)計(jì)。

教學(xué)難點(diǎn)：窗函數(shù)設(shè)計(jì)法

6、離散希爾伯特變換

教學(xué)內(nèi)容：了解時(shí)間連續(xù)信號的希爾伯特變換、時(shí)間離散信號的希爾伯特變換、因果序列FT下的希爾伯特變換。

7、數(shù)字信號處理技術(shù)的實(shí)現(xiàn) 教學(xué)內(nèi)容：了解DSP技術(shù)概述

三、教材和參考資料

（一）建議教材

《數(shù)字信號處理》，丁玉美，西安電子科技大學(xué)出版社，2005年。

（二）參考書目

1、《數(shù)字信號處理教程》，程佩青編著，清華大學(xué)出版社，2001年。

2、《數(shù)字信號處理》，陸光華、張林讓、謝智波，西安電子科技大學(xué)出版社，2005年。

3、《數(shù)字信號處理（第二版）學(xué)習(xí)指導(dǎo)》，高西全，丁玉美編著，西安電子科技大學(xué)出版社，2001年。

4、《離散時(shí)間信號處理（第二版）》，A.V.奧本海姆，R.W.謝弗，J.R.巴克，劉樹棠，黃建國譯，西安交通大學(xué)出版社，2001。

修訂：羅仁澤 審定：汪亞南，羅朗

《數(shù)字信號處理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱

課程編號：10103535 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí) 學(xué)分：3.5 先修課程：概率論、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、C語言程序設(shè)計(jì)、信號與系統(tǒng)。

考核方式：平時(shí)動手能力、實(shí)驗(yàn)報(bào)告，占課程總分20%。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)

數(shù)字信號處理是發(fā)展迅速的一門學(xué)科，應(yīng)用極其廣泛，是電子信息工程、通信工程專業(yè)本科的必修專業(yè)課。通過本課程實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生更好地掌握數(shù)字信號處理的基本概念和基本分析方法，培養(yǎng)分析問題、解決問題的實(shí)踐能力，使學(xué)生具有初步的算法分析和運(yùn)用MATLAB編程的能力。

二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)分配

實(shí)驗(yàn)一 FFT分析信號頻譜（2學(xué)時(shí)）

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模杭由顚FT的理解，掌握FFT分析信號的方法。

2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

（１）編制FFT程序，并用于分析正弦、矩形、三角形信號的頻譜；

（２）觀察混迭泄漏，柵欄效應(yīng)；（３）加窗作用。

3、主要儀器設(shè)備：計(jì)算機(jī)、打印機(jī)。實(shí)驗(yàn)二 線性卷積（２學(xué)時(shí)）

１、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆者\(yùn)用循環(huán)卷積實(shí)現(xiàn)快速線性卷積的方法。

２、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

（１）編制直接法和ＦＦＴ方法計(jì)算線性卷積的程序；

（２）比較給定輸入信號和沖激響應(yīng)下，不同的卷積方法的結(jié)果以及計(jì)算速度。

3、主要儀器設(shè)備：計(jì)算機(jī)、打印機(jī)。實(shí)驗(yàn)三 IIR濾波器結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)（２學(xué)時(shí)）

１、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆誌IR濾波器三種結(jié)構(gòu)的編程方法。

２、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

（１）編制IIR濾波器三種結(jié)構(gòu)（直接型、級聯(lián)型和并聯(lián)型）的程序；

（２）對給定的三個傳遞函數(shù)選擇合適的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)之；

（３）使信號通過濾波器，觀察輸出序列及濾波器頻域響應(yīng)。

3、主要儀器設(shè)備：計(jì)算機(jī)、打印機(jī)。實(shí)驗(yàn)四 FIR濾波器結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)（２學(xué)時(shí)）

１、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆誇IR濾波器二種結(jié)構(gòu)的編程方法。２、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

（１）編制FIR濾波器二種結(jié)構(gòu)（直接型和級聯(lián)型）的程序；（２）對給定二個傳遞函數(shù)選擇合適的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)之；

（３）使信號通過濾波器，觀察輸出序列及濾波器的頻域響應(yīng)。

３、主要儀器設(shè)備：計(jì)算機(jī)、打印機(jī)。

實(shí)驗(yàn)五 IIR濾波器設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)，必選）

１、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆彰}沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR濾波器的原理及其方法。

２、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

（１）編制脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR濾波器的程序；

（２）設(shè)計(jì)給定要求的低通濾波器；

（３）觀察階數(shù)的影響。

３、主要儀器設(shè)備：計(jì)算機(jī)、打印機(jī)。

實(shí)驗(yàn)六 FIR濾波器的設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)，必選）

１、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆沾昂瘮?shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器程序； ２、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

（１）編制窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器程序；

（２）設(shè)計(jì)給定要求的FIR濾波器；（３）觀察長度、窗函數(shù)對頻率特性的影響。

３、主要儀器設(shè)備：計(jì)算機(jī)、打印機(jī)。

三、實(shí)驗(yàn)教材及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

（一）《數(shù)字信號處理》，陸光華、張林讓、謝智波，西安電子科技大學(xué)出版社，2005年。

（二）《數(shù)字信號處理》，丁玉美，西安電子科技大學(xué)出版社，2005年。

（三）《數(shù)字信號處理》，程佩青，清華大學(xué)出版社，2001年。

第二篇：數(shù)字信號處理教學(xué)大綱-研究生

數(shù)字信號處理教學(xué)大綱

1．課程名稱：數(shù)字信號處理 編號： 2．任課教師姓名：張俊華 職稱：副教授 3．開課學(xué)期：1 4．授課學(xué)時(shí)、總學(xué)時(shí)數(shù)：4/54 5．課程學(xué)分：3 6．內(nèi)容提要：

本大綱是為“機(jī)械設(shè)計(jì)、制造與自動化”專業(yè)研究生必修棵制定的。本課程的先修課程是“信號與系統(tǒng)”，“信號分析”，“自動控制理論”，“MATLAB語言”。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程后應(yīng)達(dá)到以下要求：

（1）掌握離散時(shí)間信號的基本分析方法；（2）

能夠設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器；

（3）

能夠應(yīng)用數(shù)字信號處理的基本理論和方法,解決一些實(shí)際問題；

（4）

了解數(shù)字信號處理技術(shù)的最新進(jìn)展，為今后從事該領(lǐng)域的工作 打下良好的基礎(chǔ)。學(xué)時(shí)分配（共54學(xué)時(shí)）第一章

信號與系統(tǒng)概論

離散信號、連續(xù)信號、模擬信號、數(shù)字信號的概念。離散時(shí)間系統(tǒng)的概念，LSI系統(tǒng)的定義，輸入輸出關(guān)系和頻率響應(yīng)。第二章

離散時(shí)間系統(tǒng)與信號

掌握序列的概念及其幾種典型序列的定義,掌握序列的基本運(yùn)算，并會判斷序列的周期性。掌握線性/移不變/因果/穩(wěn)定的離散時(shí)間系統(tǒng)的概念并會判斷，掌握線性移不變系統(tǒng)及其因果性/穩(wěn)定性判斷的充要條件。理解常系數(shù)線性差分方程及其用迭代法求解單位抽樣響應(yīng)。了解對連續(xù)時(shí)間信號的時(shí)域抽樣，掌握奈奎斯特抽樣定理，了解抽樣的恢復(fù)過程。第三章 Z變換

掌握z變換及其收斂域，掌握因果序列的概念及判斷方法，會運(yùn)用任意方法求z反變換，理解z變換的主要性質(zhì)，理解z變換與Laplace/Fourier變換的關(guān)系，掌握序列的Fourier變換并理解其對稱性質(zhì)，掌握離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)和頻率響應(yīng)，系統(tǒng)函數(shù)與差分方程的互求，因果/穩(wěn)定系統(tǒng)的收斂域。第四章

離散傅里葉變換

理解傅里葉變換的幾種形式，了解周期序列的傅里葉級數(shù)及性質(zhì)，掌握周期卷積過程，理解離散傅里葉變換及性質(zhì)，掌握圓周移位、共軛對稱性，掌握圓周卷積、線性卷積及兩者之間的關(guān)系，了解頻域抽樣理論，理解頻譜分析過程，了解序列的抽取與插值過程。第五章

快速傅里葉變換

理解按時(shí)間抽選的基-2FFT算法的算法原理、運(yùn)算流圖、所需計(jì)算量和算法特點(diǎn)，理解按頻率抽選的基-2FFT算法的算法原理、運(yùn)算流圖、所需計(jì)算量和算法特點(diǎn)，理解IFFT算法，了解混合基、分裂基和基-4FFT算法，了解CZT算法，理解線性卷積的FFT算法及分段卷積方法。

第六章

數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)

理解數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)的表示方法，掌握IIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)，掌握FIR濾波器的直接型、級聯(lián)型、線性相位結(jié)構(gòu)，理解頻率抽樣型結(jié)構(gòu)，了解數(shù)字濾波器的格型結(jié)構(gòu)。第七章 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法

理解數(shù)字濾波器的基本概念，了解最小相位延時(shí)系統(tǒng)，理解全通系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用，掌握沖激響應(yīng)不變法，掌握雙線性變換法，掌握Butterworth、Chebyshev低通濾波器的特點(diǎn)，了解利用模擬濾波器設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)過程，了解利用頻帶變換法設(shè)計(jì)各種類型數(shù)字濾波器的方法。

第八章

FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法

掌握線性相位FIR數(shù)字濾波器的特點(diǎn)，掌握窗函數(shù)設(shè)計(jì)法，理解頻率抽樣設(shè)計(jì)法，了解設(shè)計(jì)FIR濾波器的最優(yōu)化方法，理解IIR與FIR數(shù)字濾波器的比較。第九章

數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn)

掌握在通用微機(jī)上，用軟件實(shí)現(xiàn)，掌握用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，了解專用數(shù)字信號處理芯片DSP。教學(xué)方式和考核方式、授課、考試 8 指定教材與參考書目

（1）胡廣書，數(shù)字信號處理——理論、算法與實(shí)現(xiàn)（第二版），清華大學(xué)出版社，2003年8月

（2）程佩青，數(shù)字信號處理教程，清華大學(xué)出版社（3）俞卞章，數(shù)字信號處理（第2版），西北工業(yè)大學(xué)出版社

（4）V.奧本海姆，R.W.謝弗著，黃建國等譯，離散時(shí)間信號處理，科學(xué)出版社

第三篇：數(shù)字信號處理課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱1213261

數(shù)字信號處理課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱

課程設(shè)計(jì)編碼：1213261 周數(shù)：1 學(xué)分：1 適用專業(yè)：通信工程、電子信息工程

一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)與任務(wù)

1.課程性質(zhì)：

《數(shù)字信號處理》是電子信息工程專業(yè)本科學(xué)生的集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一。主要在掌握數(shù)字信號基本概念、性質(zhì)以及數(shù)字信號處理的基本方法的基礎(chǔ)上，利用自己在數(shù)字信號處理課程中所學(xué)的知識進(jìn)行數(shù)字濾波器的綜合設(shè)計(jì)。2.課程設(shè)計(jì)的目的

通過對常用數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，掌握數(shù)字信號處理的工作原理及設(shè)計(jì)方法；掌握利用數(shù)字濾波器對信號進(jìn)行濾波的方法。并能夠?qū)υO(shè)計(jì)結(jié)果加以分析。3.課程任務(wù)：

通過對本門課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生深刻掌握數(shù)字信號處理的基本原理和基本實(shí)現(xiàn)方法；要讓學(xué)生能夠通過動手設(shè)計(jì)掌握數(shù)字信號處理基本實(shí)現(xiàn)方法，能夠作到舉一反三，觸類旁通，并為將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)作準(zhǔn)備。

二、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及其要求

課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：

1、設(shè)計(jì)一個數(shù)字濾波器（低通、高通、帶通、帶阻均可）。

2、將待處理信號送入數(shù)字濾波器。

3、觀察濾波結(jié)果。

4、將濾波結(jié)果與預(yù)期結(jié)果比較。

5、分析結(jié)果與預(yù)期有差異的原因并提出解決方法。本次課程設(shè)計(jì)的具體求為：

1、根據(jù)具體任務(wù)確定自己要設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的類別；

2、根據(jù)具體任務(wù)確定所設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的具體參數(shù)指標(biāo)；

3、根據(jù)擬定的濾波器類別和指標(biāo)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器；

4、利用所設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器對濾波對象進(jìn)行濾波并檢驗(yàn)濾波結(jié)果；

設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)課題需要，要求學(xué)生獨(dú)立完成或分組完成設(shè)計(jì)任務(wù)，至少完成上述內(nèi)容中的前四項(xiàng)的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)、調(diào)試。要求數(shù)字濾波器必需能夠?qū)Υ幚硇盘栠M(jìn)行相應(yīng)的處理，其整個處理過程要能夠正確演示，并提交包括下述內(nèi)容的課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告：

1、用戶手冊：說明如何設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器；

2、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及工作過程、結(jié)果分析總結(jié)（需指出所遇到問題，可行的解決途徑）。

三、課程設(shè)計(jì)的時(shí)間安排

日期 內(nèi)容安排

星期一 課程設(shè)計(jì)動員，按照設(shè)計(jì)要求分析設(shè)計(jì)參數(shù)和基本思路 星期二 濾波器設(shè)計(jì)的理論部分

星期三 濾波器設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)（編程調(diào)試等）星期四 濾波器設(shè)計(jì)結(jié)果分析，撰寫課程設(shè)計(jì)說明書 星期五 最后定稿，上交設(shè)計(jì)結(jié)果和說明書

四、主要參考文獻(xiàn)

《數(shù)字信號處理——基于計(jì)算機(jī)的方法》電子工業(yè)出版社.Sanjit K.Mitral 《數(shù)字信號處理——原理與實(shí)踐》清華大學(xué)出版社.方勇 《數(shù)字信號處理教程》清華大學(xué)出版社.程佩青

五、課程設(shè)計(jì)的成績評定

成績考核時(shí)，根據(jù)學(xué)生在設(shè)計(jì)中的表現(xiàn)和設(shè)計(jì)結(jié)果（包括演示和設(shè)計(jì)報(bào)告），綜合考核，成績分為5級分制，優(yōu)、良、中、及格、不及格。

六、有關(guān)說明

本門課程的先修課程主要包括：高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、模擬電子、數(shù)字電子、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等。

執(zhí)筆人：王曉寧 審核人：周昕 教學(xué)院長： 范立南

第四篇：《數(shù)字信號處理》教學(xué)大綱

《數(shù)字信號處理》教學(xué)大綱

課程名稱：數(shù)字信號處理 課程編號：07071304 課程類別：專業(yè)基礎(chǔ)課

適用專業(yè)：電子信息工程、通信信息工程專業(yè) 授課學(xué)時(shí)：60+8 學(xué) 分：4

一、課程簡介

數(shù)字信號處理是用數(shù)字或符號的序列來表示信號，通過數(shù)字計(jì)算機(jī)去處理這些序列，提取其中的有用信息。例如，對信號的濾波，增強(qiáng)信號的有用分量，削弱無用分量；或是估計(jì)信號的某些特征參數(shù)等?？傊彩怯脭?shù)字方式對信號進(jìn)行濾波、變換、增強(qiáng)、壓縮、估計(jì)和識別等都是數(shù)字信號處理的研究對象。

數(shù)字信號處理課程是電子信息工程、通信工程等學(xué)科專業(yè)本科生必選的技術(shù)基礎(chǔ)課程。本課程介紹了數(shù)字信號處理的基本概念、基本分析方法和處理技術(shù)。主要討論離散時(shí)間信號和系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、離散傅立葉變換DFT理論及其快速算法FFT、IIR和FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)以及有限字長效應(yīng)。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握利用DFT理論進(jìn)行信號譜分析，以及數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)有關(guān)信息、通信等方面的課程打下良好的理論基礎(chǔ)。

二、課程內(nèi)容和基本要求

本課程是在學(xué)生學(xué)完了信號與系統(tǒng)的課程后，進(jìn)一步為學(xué)習(xí)專業(yè)知識打基礎(chǔ)的課程。本課程將通過講課、練習(xí)、實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握數(shù)字信號處理的基本理論和方法。課程內(nèi)容包括：離散時(shí)間信號與系統(tǒng)；z變換；離散傅立葉變換及其快速算法；數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)；有限字長效應(yīng)等。

1.緒論（講課2學(xué)時(shí)）介紹數(shù)字信號處理的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比存在哪些特點(diǎn)。數(shù)字信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域。它的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢。

基本要求

＋理解數(shù)字信號處理在各領(lǐng)域的重要性；

＋了解數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成、它的學(xué)科概貌、特點(diǎn)、應(yīng)用以及發(fā)展方向；

2.離散時(shí)間信號與系統(tǒng)（講課8學(xué)時(shí)）復(fù)習(xí)信號與系統(tǒng)的知識，并通過習(xí)題訓(xùn)練加強(qiáng)離散信號與系統(tǒng)的基本概念。

基本要求

＋掌握離散信號與系統(tǒng)的基本概念和分析方法；

＋掌握離散信號頻域分析的基本概念；

＋掌握連續(xù)信號抽樣中的理想模型及頻譜變化規(guī)律

3.Z變換（講課6學(xué)時(shí)）

基本要求

＋了解z變換及其性質(zhì)；

＋掌握系統(tǒng)函數(shù)的求解；

＋將離散信號的傅氏變換及Z變換能有機(jī)地聯(lián)系起

4.離散傅立葉變換（講課12學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）離散傅里葉變換物理意義及特性。

基本要求

＋掌握DFT的基本性質(zhì)；

＋掌握利用循環(huán)卷積計(jì)算線性卷積的方法；

＋掌握用DFT分析確定信號頻譜的方法；

＋理解DFT應(yīng)用中出現(xiàn)的一些問題原因及解決問題的方法。5.快速傅立葉變換（講課6學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）基本要求

＋掌握基2 FFT算法的基本思想和算法推導(dǎo)；

＋了解其它基的FFT算法；

＋掌握FFT在分段卷積的應(yīng)用。

6.數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)（講課4學(xué)時(shí)）

基本要求

＋掌握IIR 及FIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)；

＋了解同一傳遞函數(shù)可用不同的運(yùn)算結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，以及這些結(jié)構(gòu)在性能上的特點(diǎn)。

7.IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法（講課10學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)）基本要求

＋掌握利用模擬低通濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的基本原理；

＋掌握頻率變換法設(shè)計(jì)高通、帶通、帶阻濾波器的方法；

＋理解沖激響應(yīng)不變法和雙線性變換法的基本原理；

＋掌握IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)基本方法。

8.FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法（講課10學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)）

基本要求

＋掌握線性相位FIR系統(tǒng)的時(shí)域及頻域特性；

＋掌握FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的窗口法和頻率取樣法； ＋了解FIR 數(shù)字濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念。＋數(shù)字信號處理中的有限字長效應(yīng)（講課4學(xué)時(shí)）基本要求

＋初步了解有限字長效應(yīng)對數(shù)字信號處理的影響。

三、教材與參考資料

教材：

程佩青 著、《數(shù)字信號處理教程》（第二版）、清華大學(xué)出版社出版、2001年版。

參考資料：

1.吳湘淇編著，《信號、系統(tǒng)與信號處理》，電子工業(yè)出版社，1998年；

2.鄒理和編著，《數(shù)字信號處理》，國防工業(yè)出版社，1990年；

3.奧本海姆主編，《離散時(shí)間信號處理》，科學(xué)出版社，2000年；

4.鄭南寧主編，《數(shù)字信號處理》，西安交通大學(xué)出版社，1990年

四、本課程與其它課程的聯(lián)系與分工

本課程的先修課程有高等數(shù)學(xué)、信號與系統(tǒng)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等，后續(xù)課程有DSP原理及開發(fā)應(yīng)用及現(xiàn)代信號處理等。本課程是數(shù)字信號處理的入門理論課程，本課程主要是介紹信號處理的基礎(chǔ)理論和基本算法，對相應(yīng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求比較高，如級數(shù)、傅里葉變換、拉普拉斯變換等，與后續(xù)相關(guān)課程聯(lián)系緊密，如自適應(yīng)濾波、功率譜估計(jì)等。

五、說明

1． 課程采用閉卷考試形式，總評成績中平時(shí)成績占30％，其中作業(yè)和平時(shí)表現(xiàn)占10%，實(shí)驗(yàn)占20%，卷面成績占70%。

第五篇：數(shù)字信號處理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一 自適應(yīng)濾波器

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握功率譜估計(jì)方法

2、會用matlab對功率譜進(jìn)行仿真

二、實(shí)驗(yàn)原理

功率譜估計(jì)方法有很多種，一般分成兩大類，一類是經(jīng)典譜估計(jì)；另一類是現(xiàn)代譜估計(jì)。經(jīng)典譜估計(jì)可以分成兩種，一種是BT法，另一種是周期法；BT法是先估計(jì)自相關(guān)函數(shù)，然后將相關(guān)函數(shù)進(jìn)行傅里葉變換得到功率譜函數(shù)。相應(yīng)公式如下所示：

1?xx(m)?rN??PBTm???N?|m|?1?n?0x*(n)x(n?m)(1?1)??

(1?2)?xx(m)e?jwnr周期圖法是采用功率譜的另一種定義，但與BT法是等價(jià)的，相應(yīng)的功率譜估計(jì)如下所示：

1jw?

Pxx(e)?N其計(jì)算框圖如下所示：

觀測數(shù)據(jù)x(n)FFT?jwnx(n)e?n?0N?120?n?N?1(1?3)

取模的平方1/N Pxx(ejw)?

圖1.1周期圖法計(jì)算用功率譜框圖 由于觀測數(shù)據(jù)有限，所以周期圖法估計(jì)分辨率低，估計(jì)誤差大。針對經(jīng)典譜估計(jì)的缺點(diǎn)，一般有三種改進(jìn)方法：平均周期圖法、窗函數(shù)法和修正的周期圖平均法。

三、實(shí)驗(yàn)要求

信號是正弦波加正態(tài)零均值白噪聲，信噪比為10dB，信號頻率為2kHZ，取樣頻率為100kHZ。

四、實(shí)驗(yàn)程序與實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1）用周期圖法進(jìn)行譜估計(jì) A、實(shí)驗(yàn)程序： %用周期法進(jìn)行譜估計(jì) clear all;N1=128;%數(shù)據(jù)長度 N2=256;N3=512;N4=1024;f=2;%正弦波頻率，單位為kHZ fs=100;%抽樣頻率,單位為kHZ n1=0:N1-1;n2=0:N2-1;n3=0:N3-1;n4=0:N4-1;a=sqrt(20);%由信噪比為10dB計(jì)算正弦信號的幅度 wn1=randn(1,N1);xn1=a*sin(2*pi*f*n1./fs)+wn1;Pxx1=10*log10(abs(fft(xn1).^2)/N1);%周期法求功率譜 f1=((0:length(Pxx1)-1))/length(Pxx1);wn2=randn(1,N2);xn2=a*sin(2*pi*f*n2./fs)+wn2;Pxx2=10*log10(abs(fft(xn2).^2)/N2);f2=((0:length(Pxx2)-1))/length(Pxx2);wn3=randn(1,N3);xn3=a*sin(2*pi*f*n3./fs)+wn3;Pxx3=10*log10(abs(fft(xn3).^2)/N3);f3=((0:length(Pxx3)-1))/length(Pxx3);wn4=randn(1,N4);xn4=a*sin(2*pi*f*n4./fs)+wn4;Pxx4=10*log10(abs(fft(xn4).^2)/N4);f4=((0:length(Pxx4)-1))/length(Pxx4);subplot(2,2,1);plot(f1,Pxx1);xlabel('頻率');ylabel('功率(dB)');title('功率譜Pxx，N=128');subplot(2,2,2);plot(f2,Pxx2);xlabel('頻率');ylabel('功率(dB)');title('功率譜Pxx，N=256');subplot(2,2,3);plot(f3,Pxx3);xlabel('頻率');ylabel('功率(dB)');title('功率譜Pxx，N=512');subplot(2,2,4);plot(f4,Pxx4);xlabel('頻率');ylabel('功率(dB)');title('功率譜Pxx，N=1024');B、實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果：

（2）采用漢明窗，分段長度L=32，用修正的周期圖求平均法進(jìn)行譜估計(jì) A：實(shí)驗(yàn)程序: clear all;N=512;%數(shù)據(jù)長度 Ns=32;%分段長度

f1=2;%正弦波頻率，單位為kHZ fs=100;%抽樣頻率,單位為kHZ n=0:N-1;a=sqrt(20);%由信噪比為10dB計(jì)算正弦信號的幅度 wn=randn(1,N);xn=a*sin(2*pi*f1*n./fs)+wn;w=hamming(32)';%漢明窗

Pxx1=abs(fft(w.*xn(1:32),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx2=abs(fft(w.*xn(33:64),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx3=abs(fft(w.*xn(65:96),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx4=abs(fft(w.*xn(97:128),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx5=abs(fft(w.*xn(129:160),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx6=abs(fft(w.*xn(161:192),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx7=abs(fft(w.*xn(193:224),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx8=abs(fft(w.*xn(225:256),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx9=abs(fft(w.*xn(257:288),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx10=abs(fft(w.*xn(289:320),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx11=abs(fft(w.*xn(321:352),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx12=abs(fft(w.*xn(353:384),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx13=abs(fft(w.*xn(385:416),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx14=abs(fft(w.*xn(417:448),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx15=abs(fft(w.*xn(449:480),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx16=abs(fft(w.*xn(481:512),Ns).^2)/norm(w)^2;Pxx=10*log10((Pxx1+Pxx2+Pxx3+Pxx4+Pxx5+Pxx6+Pxx7+Pxx8+Pxx9+Pxx10+Pxx11+Pxx12+Pxx13+Pxx14+Pxx15+Pxx16)/16);f=((0:length(Pxx)-1))/length(Pxx);plot(f,Pxx);xlabel('頻率');ylabel('功率(dB)');title('加窗平均周期圖法功率譜Pxx，N=512');grid on;B：實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果：

五．參考文獻(xiàn)：

[1] 丁玉美，闊永紅，高新波.數(shù)字信號處理-時(shí)域離散隨機(jī)信號處理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.[2] 萬建偉，王玲.信號處理仿真技術(shù)[M].長沙：國防科技大學(xué)出版社，2008.實(shí)驗(yàn)二

卡爾曼濾波器的設(shè)計(jì)

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.熟悉并掌握卡爾曼濾波、自適應(yīng)濾波和譜估計(jì)的原理。

2.可以仿真符合要求的卡爾曼濾波器、自適應(yīng)濾波器和各種譜估計(jì)方法。

3.掌握卡爾曼濾波器的遞推公式和仿真方法。4.熟悉matlab的用法。二．實(shí)驗(yàn)原理

卡爾曼濾波是用狀態(tài)空間法描述系統(tǒng)的，由狀態(tài)方程和測量方程所組成?？柭鼮V波用前一個狀態(tài)的估計(jì)值和最近一個觀測數(shù)據(jù)來估計(jì)狀態(tài)變量的當(dāng)前值，并以狀態(tài)變量的估計(jì)值的形式給出。其狀態(tài)方程和量測方程如下所示：

xk?1?Akxk?wkyk?Ckxk?vk(1?1)

(1?2)其中，k表示時(shí)間，輸入信號wk是一白噪聲，輸出信號的觀測噪聲vk也是一個白噪聲，輸入信號到狀態(tài)變量的支路增益等于1，即B=1；A表示狀態(tài)變量之間的增益矩陣，可隨時(shí)間變化，Ak表示第k次迭代的取值，C表示狀態(tài)變量與輸出信號之間的增益矩陣，可隨時(shí)間變化，其信號模型如圖1.1所示(k用k?1代替)。

vkCk+ykWk-1+XkZ-1Xk-1Ak-1

圖1.1 卡爾曼濾波器的信號模型

卡爾曼濾波是采用遞推的算法實(shí)現(xiàn)的，其基本思想是先不考慮輸入信號wk和觀測噪聲vk的影響，得到狀態(tài)變量和輸出信號的估計(jì)值，再用輸出信號的估計(jì)誤差加權(quán)矯正狀態(tài)變量的估計(jì)值，使?fàn)顟B(tài)變量估計(jì)誤差的均方值最小。其遞推公式如下所示：

?x?k?e?0.02x?k?1?Hk(yk?e?0.02xk?1)??1??H?P(P?1)?kkk?

?Pk??e?0.04Pk?1?1?e?0.04??Pk?(I?Hk)Pk??(1?12a)(1?12b)(1?12c)(1?12d)假設(shè)初始條件Ak,Ck,Qk,Rk,yk,xk?1,Pk?1已知，其中x0?E[x0],P0?var[x0]，那么遞推流程見圖1.2所示。

Pk?1式(1-5)?Pk'式(1-4)Hk式(1-3)式(1-6)

圖1.2 卡爾曼濾波遞推流程圖

三．實(shí)驗(yàn)要求

一連續(xù)平穩(wěn)的隨機(jī)信號x(t),自相關(guān)rx(?)?e

??xkPk?，信號x(t)為加性噪聲所干擾，噪聲是白噪聲，測量值的離散值y(k)為已知。Matlab仿真程序如下：

%編卡爾曼濾波遞推程序，估計(jì)信號x(t)的波形 clear all;clc;Ak=exp(-0.02);%各系數(shù)由前面確定； Ck=1;Rk=0.1;p(1)=20;%各初值； Qk=1-exp(-0.04);

p1(1)=Ak*p(1)*Ak'+Qk;%由p1代表p'； x(1)=0;%設(shè)信號初值為0；

H(1)=p1(1)*Ck'*inv(Ck*p1(1)*Ck'+Rk);

zk=[-3.2,-0.8,-14,-16,-17,-18,-3.3,-2.4,-18,-0.3,-0.4,-0.8,-19,-2.0,-1.2,-11,-14,-0.9,0.8,10,0.2,0.5,-0.5,2.4,-0.5,0.5,-13,0.5,10,-12,0.5,-0.6,-15,-0.7,15,0.5,-0.7,-2.0,-19,-17,-11,-14] %zk為測量出來的離散值； N=length(zk);%要測量的點(diǎn)數(shù)； for k=2:N

p1(k)=Ak*p(k-1)*Ak'+Qk;%未考慮噪聲時(shí)的均方誤差陣； H(k)=p1(k)*Ck'*inv(Ck*p1(k)*Ck'+Rk);%增益方程； I=eye(size(H(k)));%產(chǎn)生和H（k）維數(shù)相同的單位矩陣； p(k)=(I-H(k)*Ck)*p1(k);%濾波的均方誤差陣；

x(k)=Ak*x(k-1)+H(k)*(zk(k)-Ck*Ak*x(k-1));%遞推公式； end, x %顯示信號x(k)的數(shù)據(jù)； m=1:N;n=m*0.02;

plot(n,zk,'-r*',n,x,'-bo');%便于比較zk和x(k)在同一窗口輸出； xlabel('t/s','Fontsize',16);ylabel('z(t),x(t)','fontsize',16);

title('卡爾曼濾波遞推——x(t)的估計(jì)波形與z(t)波形','fontsize',16)legend('觀測數(shù)據(jù)z(t)','信號估計(jì)值x(t)',2);grid;四．實(shí)驗(yàn)結(jié)果

五．實(shí)驗(yàn)小結(jié)

通過卡爾曼濾波估計(jì)信號與觀測信號比較知，卡爾曼濾波輸出的估計(jì)信號x(t)與實(shí)際觀測到的離散值z(t)還是存在一定的誤差，卡爾曼濾波是從初始狀態(tài) 就采用遞推方法進(jìn)行濾波，那么在初值迭代后的一段時(shí)間內(nèi)可能會出現(xiàn)較大的誤差，隨著迭代進(jìn)行，各參數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定，后面的估計(jì)值與觀察值的誤差就減少了。

六．參考文獻(xiàn)

[1] 丁玉美，闊永紅，高新波.數(shù)字信號處理-時(shí)域離散隨機(jī)信號處理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.[2] 萬建偉，王玲.信號處理仿真技術(shù)[M].長沙：國防科技大學(xué)出版社，2008.