信號分析與處理實驗

前言

　　如何通過實踐環(huán)節(jié)來培養(yǎng)工科大學生的創(chuàng)新意識以及如何更好地開展實驗教學等問題已成為當前高等院校工科專業(yè)教學改革的熱點與難點問題?！敖逃筷P于啟動高等學校教學質(zhì)量與教學改革工程精品課程建設工作的通知”（教高[2003]1號文件）中明確指出：“理論教學與實踐教學并重。要高度重視實驗、實習等實踐性教學環(huán)節(jié)，通過實踐培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新能力。要大力改革實驗教學的形式和內(nèi)容，鼓勵開設綜合性、創(chuàng)新性實驗和研究型課程?！钡?，目前實驗教材的現(xiàn)狀卻不容樂觀，正式出版的實驗教材品種很少；多數(shù)院校的實驗教材都是校內(nèi)講義，驗證性實驗內(nèi)容偏多，綜合性、設計性實驗內(nèi)容很少，不利于學生能力培養(yǎng)；優(yōu)秀實驗教材不多，與理論教材相比尤其明顯。這樣，眾多學校很難選到合適的優(yōu)秀實驗教材?！　¤b于上述情況，“教育部電子信息科學與電氣信息類基礎課程教學指導分委員會”與高等教育出版社共同策劃組織了示范性電工電子實驗系列課程教材的建設項目，該項目以國家電工電子教學基地院校為基礎，發(fā)揮這些院校在理論教學和實踐教學方面的示范作用，組織編寫電工電子實驗系列教材?！　?003年12月在云南大學召開了“電工電子實驗系列課程教學與教材建設研討會”，成立了“電工電子實驗系列教材編審委員會”（見附件）。30余所院校的參會代表圍繞電工電子實踐教學所涉及的知識點進行了充分研討，確定了電工電子實踐教學基本要求，為實驗教材的編寫提供參考依據(jù)。通過研討達成了以下共識：（1）實驗教學是非常重要的教學環(huán)節(jié)，是學生學習科技知識的重要手段。學生應能通過實驗獲取科學知識、驗證相關理論，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。（2）從培養(yǎng)學生能力的角度，實驗一定要單獨設課，而且要有不同于理論課程的實驗課程體系。要改變依附于某一理論課程的原有模式。（3）實驗能力培養(yǎng)包含實驗設計、測試與儀器使用、仿真、簡單故障排除、數(shù)據(jù)分析、實驗報告與總結、查閱器件手冊等方面的能力。（4）實驗教學應按基礎性、設計性、綜合性等不同層次、循序漸進地提出要求?！　?004年4月14日一15日在華中科技大學召開了由全體編審委員會成員參加的教材評審會。本著保證水平、突出特色、寧缺毋濫的原則，編審委員會成員對東南大學、華中科技大學、西安交通大學、哈爾濱工業(yè)大學、西安電子科技大學、上海交通大學、浙江大學等15所院校申報的38種實驗教學改革成果教材進行了評審。

內(nèi)容概要

　　《信號分析與處理實驗》是信號分析與處理系列課程理論教材的延伸，側重培養(yǎng)學生綜合利用信號處理的理論和技術解決實際問題的能力。教材按照“信號分析與處理、系統(tǒng)分析與設計、信號處理綜合應用、信號處理軟硬件實現(xiàn)”四個層面展開，共有25個實驗課題，每個實驗包含實驗目的、實驗原理、實驗內(nèi)容及實驗思考題。實驗內(nèi)容涉及“信號與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號處理”以及“DSP技術及應用”等課程的理論和技術，體現(xiàn)了軟件仿真和硬件實現(xiàn)并重。軟件實驗基于MATLAB仿真環(huán)境，側重提高學生分析信號和設計系統(tǒng)的能力；硬件實驗基于TI公司TMS320C54x開發(fā)環(huán)境，側重培養(yǎng)學生開發(fā)應用DSP系統(tǒng)的能力?！　”窘滩氖恰敖逃侩娮有畔⒖茖W與電氣信息基礎課程教學指導分委員會”立項實驗教材，同時也被列入“高等教育百門精品課程教材建設計劃”。教材中的前三篇可作為電子信息與電氣信息類專業(yè)本科生“信號與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號處理”等理論課程的實驗內(nèi)容，第四篇可作為“DSP技術及應用”等實驗課程的教學內(nèi)容。本教材也可作為研究生學習信號處理相關課程的輔助教材。

作者簡介

　　陳后金，教授，全國優(yōu)秀教師，工學博士，博士生導師，北京交通大學“國家電工電子教學基地”主任。主要研究方向為信號與信息處理等，在美國RICE大學、TEXAS大學研修信號處理多年?！　￠L期主講本科生“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”等必修課程，以及研究生“高級信號處理”學位課程，主持建設的“信號與系統(tǒng)”課程被評為首批國家精品課程。主編出版了普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材《數(shù)字信號處理》、北京市高等教育精品教材《信號與系統(tǒng)》等6本教材。主持10多項省部級以上科研和教研項目，發(fā)表40多篇科研和教研論文。獲得全國高等院校青年教師霍英東教學獎、省部級科技進步獎2項、北京市優(yōu)秀教學成果獎2項。被評為鐵道部青年科技拔尖人才、北京市教育創(chuàng)新標兵。

書籍目錄

第一篇 信號分析與處理實驗一 基本信號的產(chǎn)生實驗二 時域抽樣與頻域抽樣實驗三 窗函數(shù)的特性分析實驗四 利用DFT分析離散信號頻譜實驗五 利用DFT分析模擬信號頻譜實驗六 隨機信號功率譜分析第二篇 系統(tǒng)分析與設計實驗一 連續(xù)系統(tǒng)分析實驗二 離散系統(tǒng)分析實驗三 IIR數(shù)字濾波器設計及應用實驗四 FIR數(shù)字濾波器設計及應用實驗五 FIR數(shù)字濾波器的優(yōu)化設計第三篇 信號處理綜臺應用實驗一 信號的幅度調(diào)制和解調(diào)實驗二 希爾伯特變換與單邊帶幅度調(diào)制實驗三 電話撥號音合成與識別實驗四 回聲估計和回聲消除．實驗五 信號多速率變換及其應用實驗六 信號的時頻分析與小波分析實驗七 信號濾波第四篇 信號處理軟硬件實現(xiàn)實驗一 序列的卷積與相關運算實驗二 DSP系統(tǒng)定時器及其應用實驗三 信號發(fā)生器的實現(xiàn)實驗四 語音信號的壓縮與回放實驗五 利用DSP實現(xiàn)信號實時濾波實驗六 利用DSP實現(xiàn)信號頻譜動態(tài)分析實驗七 利用DSP實現(xiàn)信號調(diào)制與解調(diào)附錄一 DSP硬件實驗系統(tǒng)簡介附錄二 仿真軟件MATLAB簡介參考書目

章節(jié)摘錄

　　希爾伯特變換與單邊帶幅度調(diào)制　　一、實驗目的　　理解信號單邊帶幅度調(diào)制的基本原理，從時域與頻域認識希爾伯特（Hil-bert）變換以及單邊帶幅度調(diào)制的過程，掌握利用希爾伯特變換器實現(xiàn)信號單邊帶幅度調(diào)制的方法?！　《嶒炘怼　?.單邊帶幅度調(diào)制和Hilbert變換器　　抑制載波的正弦幅度調(diào)制和含有載波的正弦幅度調(diào)制的共同缺點是，已調(diào)信號的頻帶寬度是調(diào)制信號頻帶寬度的兩倍，占用頻帶資源過寬。在傳輸具有雙邊帶的已調(diào)信號時，將占用更多的信道資源。由于實調(diào)制信號x（t）的頻譜都對稱地存在于正、負頻率上，因此只需在發(fā)送端發(fā)送單邊帶調(diào)制信號，這就是信號的單邊帶（Single.Side Band，SSB）幅度調(diào)制。在單邊帶幅度調(diào)制中，可以保留上邊帶，也可以保留下邊帶。信號單邊帶調(diào)制可以提高信道的利用率。信號單邊帶調(diào)制（SSB）有上邊帶（USB）和下邊帶（LSB）兩種，一般利用希爾伯特變換來實現(xiàn)，利用希爾伯特變換實現(xiàn)單邊帶調(diào)制的原理框圖如圖3.2.1所示，圖中H（jw）為希爾伯特變換器。

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