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1、2006年6月北京联合大学学报(自然科学版)Jun.2006第20卷第2期总64期JournalofBeijingUnionUniversity(NaturalSciences)Vol.20No.2SumNo.64《数字信号处理》课程教学手段的改革与实践陈 鸽,周小龙,许立群(北京联合大学信息学院,北京 100101)[摘 要]介绍了在《数字信号处理》课程中使用了科学计算软件MATLAB语言,对传统教学手段的改革与实践,获得了良好的教学效果。并结合实例阐述了如何利用MATLAB语言强大的计算和绘图功能,实现对连续时间信号的时域和频域分析,以及利用M
2、ATLAB中的Simulink仿真工具,以时域抽样定理为理论基础,实时演示如何从抽样信号中恢复连续时间信号。[关键词]MATLAB语言;Simulink仿真;抽样;滤波;信号的恢复[中图分类号]TN911172[文献标识码]A[文章编号]100520310(2006)0220093204MATLAB语言是一个面向科学与工程的优秀、∞高效、方便、快捷的科学计算与可视化应用软件,并-at-ωjtecos(ω0t)edt=且还有直观的Simulink动态系统仿真环境。∫0MATLAB已在众多领域,如数值分析、信号处理、自∞-(a+ωj)t动控制、神经网络
3、、系统仿真等有着广泛的应用,因∫cos(ω0t)edt=0此,深受广大教学和科研人员的喜爱。目前世界上∞ωjt-ωjt许多高校已采用MATLAB语言作为重要的教学与e0+e0-(a+ωj)tedt=∫2科研手段,借鉴国外的经验,并结合多年以来教授0∞《数字信号处理》课程的经验,在《数字信号处理》课1-[a+j(ω-ω)]t-[a+j(ω+ω)]te0+e0dt=2∫程中引入MATLAB工具进行教学改革和实践,取得0了较好的效果。下面以信号分析和信号处理为例111+=2a+j(ω-ω0)a+j(ω+ω0探讨新的教学方法。a+jω221 连续时间信号分
4、析(a+jω)+ω0 可见,公式推导比较枯燥,结论为一个复函数,以单边减幅余弦信号:f(t)=-at比较抽象,学生较难想像其幅频和相频的特性波ecos(ω0t)u(t);a≥0为例进行时域和频域的分形。老师要讲解其幅频和相频特性,仍然需要进一析。步的推导整理,而且很难画出其准确的频率特性波111理论分析方法形。当信号参数改变时,手工画图很难对多种变化在没有引入计算机为辅助教学手段时《数字,波形进行快速准确的描述,信号复杂时更是如此。信号处理》课程一直采用黑板式的单一教学方式,尤其频域在大多数情况下是复函数,其幅频和相频授课大多数是通过繁杂的手工数
5、学运算和大量的的理论推导困难,手工也不宜画出其准确的图形,公式的推导,比较抽象,学生难于理解。例如-at给讲解带来了很大的难度。f(t)=ecos(ω0t)u(t);a≥0的频率特性为112MATLAB语言分析方法∞-ωjtMATLAB语言非常适合数值分析、矩阵运算和F(ω)=∫f(t)edt=-∞图形绘制。并且,MATLAB语言提供了丰富的函数[收稿日期]2005-11-06[作者简介]陈 鸽(1956—),男,江苏常州人,北京联合大学信息学院讲师,工学学士,从事电子信息技术方面的教学与研究;周小龙(1953—),男,江苏无锡人,北京联合大学信息
6、学院讲师;许立群(1957—),男,广东揭阳人,北京联合大学信息学院讲师。94北京联合大学学报(自然科学版)2006年6月命令,以及强大图形绘制功能。利用MATLAB语言编写程序,简单易掌握,避免了传统计算机算法中繁杂的编程过程。使得许多复杂问题的求解,归结为执行一条或多条命令,而使程序清晰明了,可读性较强,见图1。图3 单边等幅余弦信号图1 连续时间信号分析程序框图 根据图1连续时间信号分析程序框图,用MATLAB语言编写程序运行结果如下所示。以下为三种不同参数时,时域f(t)波形和幅频
7、F(ω)
8、波形的运行结果图,见图2、图3、图4。1)因为
9、a=100;ω0=2π×200,所以图2是单图4 单边衰减指数信号-at边减幅余弦信号:f(t)=ecos(ω0t)u(t)。需要有很好的数学推导和分析能力,但是如果信号复杂即使数学能力再强也无法准确的绘制出其波形,更无法了解信号的分布情况和处理信号所需的准确数据。如果掌握了MATLAB分析方法,就相当于在理论分析的基础上,又有了一个强有力的工具,利用其强大的图形功能可以非常方便的观察和分析信号。从MATLAB分析方法中可以看出,程序简单易懂效率高,稍加改变参数就能得到各种分析结果,图2 单边减幅余弦信号非常适合在课堂教学中实时演示讲解,大大提高了
10、教学效果,不用很费时的理论推导就可以了解各种2)因为a=0;ω0=2π×200,所以图3是单边复杂信号的各种特性,得出对信
