研究生信號處理課程改革研究

劉志剛,趙 舵

(西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,四川成都 610031）

研究生信號處理課程改革研究

劉志剛,趙 舵

(西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,四川成都 610031）

針對電氣工程類研究生培養(yǎng)的特點,結(jié)合目前電氣工程類學(xué)科發(fā)展的實際需求,以切實提高電氣工程類研究生培養(yǎng)質(zhì)量為目標,我們總結(jié)多年了講授“現(xiàn)代信號處理技術(shù)及應(yīng)用”課程的經(jīng)驗,提出該類課程的改革實施方案。該方案主要從課程開設(shè)、電子課件、講授方式和考核形式等方面,詳細論述了現(xiàn)代信號處理課程改革實施過程,并通過問卷調(diào)查和培養(yǎng)成果驗證了該方案的可行性和有效性,為其他課程的改革提供有益的借鑒。

電氣工程;研究生培養(yǎng);現(xiàn)代信號處理

現(xiàn)代信號處理是工程領(lǐng)域應(yīng)用研究最廣的理論體系之一,幾乎涉及電氣工程的所有領(lǐng)域。近年來,有關(guān)和電氣工程類課程的教學(xué)改革論文比較多[1-3]。但是,針對電氣工程類研究生信號處理課程改革的討論尚不多見。

1 現(xiàn)代信號處理在電氣工程中重要性

1.1 現(xiàn)代信號處理的發(fā)展

近年來信號處理理論的發(fā)展,使非線性、非因果、非最小相位、非高斯和非平穩(wěn)信號成為信號處理的研究對象;高階統(tǒng)計量、時頻分析理論和小波變換等技術(shù)成為研究的熱點。這些新發(fā)展的理論成為現(xiàn)代信號處理技術(shù)的主要標志之一[4]。現(xiàn)代信號處理不僅廣泛應(yīng)用于通信、雷達、生物醫(yī)學(xué)和地球物理等領(lǐng)域,而且已經(jīng)擴展到電氣工程、機械工程、化學(xué)材料和航空航天等領(lǐng)域,甚至滲透到經(jīng)濟管理和交通工程等領(lǐng)域。尤其是小波變換理論在絕大數(shù)涉及信號處理的領(lǐng)域均有應(yīng)用。

1.2 電氣工程類研究生培養(yǎng)

目前電氣工程研究的課題大多集中在與交叉學(xué)科的結(jié)合領(lǐng)域,如與信號處理、人工智能、仿生算法和計算機技術(shù)等。其中與信號處理結(jié)合方面的研究占據(jù)非常重要地位。如在電力系統(tǒng)中的信號濾波與去噪、暫態(tài)信號檢測與分類、諧波分析、繼電保護、故障測距、電能質(zhì)量檢測、負荷預(yù)測、數(shù)據(jù)壓縮、故障錄波和設(shè)備故障診斷等方面,無一不涉及現(xiàn)代信號處理的應(yīng)用。在電氣工程類研究生論文選題方面,很多研究內(nèi)容都涉及現(xiàn)代信號處理技術(shù)的應(yīng)用。

1.3 存在問題

我校電氣學(xué)院2004年以前的研究生課程設(shè)置中,沒有與現(xiàn)代信號處理相關(guān)的課程。很多研究生在碩士論文開始,并不知道基本的短時傅里葉變換,更不了解現(xiàn)代譜估計理論。

文獻[5]為一本系統(tǒng)介紹現(xiàn)代信號處理技術(shù)的專著,但其理論性較強,缺少具體的實際工程應(yīng)用。因此,我們在開設(shè)“現(xiàn)代信號處理技術(shù)及應(yīng)用”課程時,不僅要講授現(xiàn)代信號處理的基本理論,而且還要將最新的現(xiàn)代信號處理技術(shù)及工程應(yīng)用引入到課程之中。

2 信號處理課程改革措施

2.1 課程開設(shè)

我院在2004年為碩士研究生開設(shè)了“現(xiàn)代信號處理技術(shù)及應(yīng)用”課程。課程通過介紹常用現(xiàn)代信號處理技術(shù)的基本知識及近幾年最新研究成果,使研究生掌握這些現(xiàn)代信息處理中的基本理論和應(yīng)用工具,尤其是在電氣工程應(yīng)用方面有一定的深入理解。

在2005年為博士研究生開設(shè)了“非平穩(wěn)信號分析與應(yīng)用”課程。

2.2 “現(xiàn)代信號處理技術(shù)及應(yīng)用”課程內(nèi)容設(shè)置

(1)我們開設(shè)了現(xiàn)代信號處理技術(shù)應(yīng)用專題,包括:參數(shù)估計在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用;ARMA模型在電力系統(tǒng)負荷預(yù)測中的應(yīng)用;時頻分析、小波變換在電氣工程故障信號檢查與處理中的應(yīng)用等。這些應(yīng)用專題主要是通過對學(xué)術(shù)論文進行歸納總結(jié),在課堂上進行方法分析和應(yīng)用舉例。

(2)現(xiàn)代信號處理技術(shù)涉及背景知識較多,我們開始講授現(xiàn)代信號處理理論之前,對一些重要的背景知識,如信號與系統(tǒng)、概率論、隨機過程和泛函分析等方面進行補充。

(3)我們在課程中加強前沿知識補充。如:小波的延伸及應(yīng)用、非平穩(wěn)信號估計理論和 Hilbert-Huang變換理論等。

2.3 授課和考核

“現(xiàn)代信號處理技術(shù)及應(yīng)用”課程的授課方式包括:理論講授、專題討論、論文分析及分組報告。

該課程的考核形式包括:①試卷考試占40分;②分組報告占20分;③學(xué)術(shù)論文占40分。

論文考核按照熟練掌握基本理論、詳細了解某一專題及進展和能夠使用某種方法進行專業(yè)應(yīng)用三個方面進行。

3 改革效果

3.1 問卷調(diào)查

我們通過2005年至2008年四次對“現(xiàn)代信號處理技術(shù)及應(yīng)用”課程的問卷調(diào)查表明,學(xué)生對2008年課程講授方式的滿意度為82.3%,內(nèi)容安排的滿意度為89.3%,整體評價的滿意度為85.7%。由此可見,碩士研究生對“現(xiàn)代信號處理技術(shù)及應(yīng)用”課程的總體評價相當滿意,而且滿意度趨勢是逐年提高的。

3.2 研究生培養(yǎng)

為了客觀地評價“現(xiàn)代信號處理技術(shù)及應(yīng)用”課程的改革研究效果,以筆者培養(yǎng)涉及現(xiàn)代信號處理方面畢業(yè)的碩士研究為例進行說明。

自2004年至2009年,筆者培養(yǎng)的涉及現(xiàn)代信號處理應(yīng)用方面畢業(yè)的碩士研究生共四屆14人,他們在SCI和EI收錄的期刊上發(fā)表論文20余篇。其中2人獲得“四川省優(yōu)秀碩士畢業(yè)生”稱號;1人獲得“四川省優(yōu)秀碩士學(xué)位論文”獎;4人獲得“西南交通大學(xué)優(yōu)秀碩士畢業(yè)生”稱號;7人獲得“西南交通大學(xué)優(yōu)秀碩士論文”獎;1人獲得“第六屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議優(yōu)秀論文”一等獎。其相關(guān)成果獲得了“四川省高等教育教學(xué)成果”一等獎。

4 結(jié)語

“現(xiàn)代信號處理技術(shù)及應(yīng)用”是目前電氣工程類研究生培養(yǎng)重要的課程之一。我們通過分析現(xiàn)代信號處理在電氣工程類研究生培養(yǎng)中重要性,提出了電氣工程類研究生信號處理課程改革實施方案。研究生培養(yǎng)取得的成果表明“現(xiàn)代信號處理技術(shù)及應(yīng)用”課程在研究生論文創(chuàng)新和發(fā)表方面起到了重要的作用。為他們提供了比較堅實的知識基礎(chǔ),也為他們的論文創(chuàng)新提供了很好的平臺。

[1] 王展,黃紀軍,吳京.信號處理與系統(tǒng)課程教學(xué)改革初探[J].北京:高校教育研究,2008(12):20,22

[2] 趙舵,馮曉云.電氣工程及其自動化專業(yè)人才培養(yǎng)方案及課程體系改革的研究[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報,2008(7):88-90

[3] 鄭君里,試談電工程與信息科學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)課程教學(xué)改革[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報,2006(1):1-5

[4] 胡廣書.現(xiàn)代信號處理教程[M].北京:清華大學(xué)出版社.2004

[5] 張賢達,現(xiàn)代信號處理[M].北京:清華大學(xué)出版社.1995

The Reformation Research of Signal Processing Course for Graduate Student

LIU Zhi-gang,ZHAO Duo

(Schoolo f E lectr ica l Eng ineering,Southw est Jiaotong University,Chengdu 610031,Ch ina)

Based on the characteristic and demand of graduate students'education o f electrical engineering,themodern signal processing course reformation plan is proposed in order to improve graduate students'education quality.The teaching experiments in several years are summ arized.The plan is discussed from offering course,PPT lecture,teachingmeans,exam and quiz of the course.The practicability and effectiveness of course reformation are proved through the questionnaire survey and graduate training.

electrical engineering;graduate students'education;m odern signal processing

G423.07

A

1008-0686(2011)02-0015-02

2010-07-26;

2010-11-30 基金項目:西南交通大學(xué)學(xué)位與研究生教育科學(xué)研究項目(2009YY01)

劉志剛(1975-),男,博士,教授,主要從事現(xiàn)代信號處理及其在電力系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)的應(yīng)用,E-mail:liuzg@sw jtu.cn

趙 舵(1975-),男,博士,副教授,主要從事電氣工程及其自動化專業(yè)的教學(xué)與科研工作.