《工程信號(hào)處理》課程教學(xué)探索

羅久飛 蕭紅 蘇祖強(qiáng) 張毅

【摘要】《工程信號(hào)處理》是機(jī)電類專業(yè)中的一門基礎(chǔ)課程。其在工程技術(shù)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，它以培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)測(cè)試與信號(hào)分析理論技術(shù)、提高學(xué)生實(shí)踐能力為主，但是學(xué)習(xí)《工程信號(hào)處理》課程需要良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及對(duì)相關(guān)概念理論的深入理解。因此，學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程有較大難度。基于此，本文對(duì)《工程信號(hào)處理》課程進(jìn)行探索。

【關(guān)鍵詞】工程信號(hào)處理 課程探索

【中圖分類號(hào)】G42 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）04-0244-01

以秦樹人所著的《工程信號(hào)處理》為例，該課程注重對(duì)基本原理介紹，如傅立葉變換、窗函數(shù)類型及性質(zhì)，以及傳感器的原理和類型等等，而且有的書籍專門介紹了利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備采集信號(hào)、處理信號(hào)的過(guò)程；通過(guò)這些內(nèi)容學(xué)習(xí)《工程信號(hào)處理》可以較好的彌補(bǔ)因?qū)嶒?yàn)設(shè)備昂貴而無(wú)法讓學(xué)生參與實(shí)踐學(xué)習(xí)的問(wèn)題。因此掌握《工程信號(hào)處理》課程將為以后我們的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)；但是目前《工程信號(hào)處理》課程在教學(xué)過(guò)程中還面臨很多問(wèn)題。在此背景下，我們將對(duì)《工程信號(hào)處理》課程進(jìn)行教學(xué)探索。

1.教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

《工程信號(hào)處理》分為線性、平穩(wěn)信號(hào)處理和非線性、非平穩(wěn)信號(hào)處理兩部分，第一章至第四章為線性、平穩(wěn)信號(hào)處理，第五章至第九章為非線性、非平穩(wěn)信號(hào)處理，第一章主要介紹了信號(hào)分析的一些基礎(chǔ)知識(shí)，如卷積、離散傅立葉變換等。第二章介紹現(xiàn)代譜分析的方法。第三章主要介紹自適應(yīng)濾波器。第四章討論了高階統(tǒng)計(jì)分析在《工程信號(hào)處理》中的應(yīng)用。第五章介紹了獨(dú)立分量分析在《工程信號(hào)處理》中的應(yīng)用。第六章講解時(shí)域分析方法。第七章介紹了小波分析的理論知識(shí)及其在《工程信號(hào)處理》中的應(yīng)用。第八章重點(diǎn)講解Hilbert—Huang變換。最后，第九章介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和其在《工程信號(hào)處理》中的應(yīng)用。

2.教學(xué)中存在的問(wèn)題

從目前工程信號(hào)處理課程中看，仍然存在諸多問(wèn)題：1）目前《工程信號(hào)處理》課程主要是以理論學(xué)習(xí)為主，學(xué)生對(duì)工程信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)涉及較少；2）沒(méi)有清晰完整的實(shí)踐教學(xué)體系，同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本較高，特別是帶有頻譜分析和測(cè)量功能的儀器價(jià)格更為昂貴，使得《工程信號(hào)處理》課程的實(shí)驗(yàn)無(wú)法普遍實(shí)施；3）實(shí)驗(yàn)設(shè)備無(wú)法滿足教學(xué)要求，學(xué)生不能通過(guò)實(shí)驗(yàn)去直觀的學(xué)習(xí)工程信號(hào)知識(shí)；4）學(xué)生在學(xué)習(xí)《工程信號(hào)處理》課程之前，需掌握《高等數(shù)學(xué)》、《復(fù)變函數(shù)》和《電路分析》等課程。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，大多數(shù)學(xué)生只是孤立的學(xué)習(xí)《工程信號(hào)處理》，一般很難將之前學(xué)過(guò)的課程與本門課程聯(lián)系起來(lái)。5）學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)傳統(tǒng)的工程信號(hào)處理知識(shí)，還要不斷的吸收理解最新的信號(hào)處理技術(shù)與知識(shí)。因此，目前的教學(xué)問(wèn)題導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容抽象難懂。

3.考學(xué)方法的改革

為了提高教學(xué)效果，我們需要對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行改革。利用仿真軟件Matlab進(jìn)行同步仿真可以很好的提高教學(xué)效果。Matlab是信號(hào)處理領(lǐng)域最為強(qiáng)大的軟件之一，其編程語(yǔ)言規(guī)則簡(jiǎn)單，程序編制簡(jiǎn)單易學(xué)；老師可以在課堂教學(xué)中，簡(jiǎn)單介紹一下Matlab的應(yīng)用，給出相關(guān)的習(xí)題，讓學(xué)生利用Matlab進(jìn)行仿真學(xué)習(xí)，不僅能夠讓學(xué)生很好的理解課本內(nèi)容，而且還可以讓學(xué)生了解到信號(hào)采集、生成的過(guò)程?！豆こ绦盘?hào)處理》課程第一章介紹工程信號(hào)分析的一些基礎(chǔ)知識(shí)，基礎(chǔ)知識(shí)非常重要但是抽象難懂，因此可以結(jié)合Matlab布置一些作業(yè)（如利用Matlab實(shí)現(xiàn)卷積等）。第二章介紹現(xiàn)代譜分析的方法，可以結(jié)合理論內(nèi)容利用Matlab編程理解其公式方法。第三章介紹了各種自適應(yīng)濾波器，學(xué)生理解各自適應(yīng)濾波器的功能、優(yōu)劣即可。第四章講解高階統(tǒng)計(jì)分析，可以結(jié)合Matlab實(shí)現(xiàn)相關(guān)算法，從而加深對(duì)算法的理解。第五章介紹了獨(dú)立分量分析在《工程信號(hào)處理》中的應(yīng)用，利用Matlab編程實(shí)現(xiàn)FastICA算法，充分理解其實(shí)現(xiàn)過(guò)程。第六章和第七章分別講述了視頻分析方法和小波分析，老師可以結(jié)合課本內(nèi)容讓學(xué)生利用Matlab編寫程序理解兩種分析方法。第八章重點(diǎn)介紹Hilbert—Huang變換，同樣采用Matlab編寫程序?qū)W習(xí)其相關(guān)內(nèi)容（如利用Matlab編寫程序?qū)崿F(xiàn)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的算法步驟）。第九章介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生熟悉了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即可。

4.結(jié)束語(yǔ)

《工程信號(hào)處理》是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，結(jié)合Matlab仿真軟件學(xué)習(xí)《工程信號(hào)處理》，不僅提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣，而且使抽象難懂的知識(shí)更加具體化，有助于學(xué)生學(xué)習(xí)工程信號(hào)處理課程。但是，對(duì)于更好的提高教學(xué)效果，我們還需要從教學(xué)方法上繼續(xù)探索改革。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦樹人.工程信號(hào)處理[M].高等教育出版社，2008.

[2]李杰，曹昕燕，張猛.《信號(hào)與系統(tǒng)》與《數(shù)字信號(hào)處理》課程教學(xué)改革探索[J].長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2007，17（10）：35-37.

作者簡(jiǎn)介：

羅久飛（1987.02-），男，漢族，四川綿陽(yáng)人，重慶郵電大學(xué)機(jī)械工程系講師，博士，主要從事信號(hào)處理研究。