研究生信号处理课程改革研究

刘志刚,赵 舵

(西南交通大学电气工程学院,四川成都 610031）

研究生信号处理课程改革研究

刘志刚,赵 舵

(西南交通大学电气工程学院,四川成都 610031）

针对电气工程类研究生培养的特点,结合目前电气工程类学科发展的实际需求,以切实提高电气工程类研究生培养质量为目标,我们总结多年了讲授“现代信号处理技术及应用”课程的经验,提出该类课程的改革实施方案。该方案主要从课程开设、电子课件、讲授方式和考核形式等方面,详细论述了现代信号处理课程改革实施过程,并通过问卷调查和培养成果验证了该方案的可行性和有效性,为其他课程的改革提供有益的借鉴。

电气工程;研究生培养;现代信号处理

现代信号处理是工程领域应用研究最广的理论体系之一,几乎涉及电气工程的所有领域。近年来,有关和电气工程类课程的教学改革论文比较多[1-3]。但是,针对电气工程类研究生信号处理课程改革的讨论尚不多见。

1 现代信号处理在电气工程中重要性

1.1 现代信号处理的发展

近年来信号处理理论的发展,使非线性、非因果、非最小相位、非高斯和非平稳信号成为信号处理的研究对象;高阶统计量、时频分析理论和小波变换等技术成为研究的热点。这些新发展的理论成为现代信号处理技术的主要标志之一[4]。现代信号处理不仅广泛应用于通信、雷达、生物医学和地球物理等领域,而且已经扩展到电气工程、机械工程、化学材料和航空航天等领域,甚至渗透到经济管理和交通工程等领域。尤其是小波变换理论在绝大数涉及信号处理的领域均有应用。

1.2 电气工程类研究生培养

目前电气工程研究的课题大多集中在与交叉学科的结合领域,如与信号处理、人工智能、仿生算法和计算机技术等。其中与信号处理结合方面的研究占据非常重要地位。如在电力系统中的信号滤波与去噪、暂态信号检测与分类、谐波分析、继电保护、故障测距、电能质量检测、负荷预测、数据压缩、故障录波和设备故障诊断等方面,无一不涉及现代信号处理的应用。在电气工程类研究生论文选题方面,很多研究内容都涉及现代信号处理技术的应用。

1.3 存在问题

我校电气学院2004年以前的研究生课程设置中,没有与现代信号处理相关的课程。很多研究生在硕士论文开始,并不知道基本的短时傅里叶变换,更不了解现代谱估计理论。

文献[5]为一本系统介绍现代信号处理技术的专著,但其理论性较强,缺少具体的实际工程应用。因此,我们在开设“现代信号处理技术及应用”课程时,不仅要讲授现代信号处理的基本理论,而且还要将最新的现代信号处理技术及工程应用引入到课程之中。

2 信号处理课程改革措施

2.1 课程开设

我院在2004年为硕士研究生开设了“现代信号处理技术及应用”课程。课程通过介绍常用现代信号处理技术的基本知识及近几年最新研究成果,使研究生掌握这些现代信息处理中的基本理论和应用工具,尤其是在电气工程应用方面有一定的深入理解。

在2005年为博士研究生开设了“非平稳信号分析与应用”课程。

2.2 “现代信号处理技术及应用”课程内容设置

(1)我们开设了现代信号处理技术应用专题,包括:参数估计在电力系统稳定控制中的应用;ARMA模型在电力系统负荷预测中的应用;时频分析、小波变换在电气工程故障信号检查与处理中的应用等。这些应用专题主要是通过对学术论文进行归纳总结,在课堂上进行方法分析和应用举例。

(2)现代信号处理技术涉及背景知识较多,我们开始讲授现代信号处理理论之前,对一些重要的背景知识,如信号与系统、概率论、随机过程和泛函分析等方面进行补充。

(3)我们在课程中加强前沿知识补充。如:小波的延伸及应用、非平稳信号估计理论和 Hilbert-Huang变换理论等。

2.3 授课和考核

“现代信号处理技术及应用”课程的授课方式包括:理论讲授、专题讨论、论文分析及分组报告。

该课程的考核形式包括:①试卷考试占40分;②分组报告占20分;③学术论文占40分。

论文考核按照熟练掌握基本理论、详细了解某一专题及进展和能够使用某种方法进行专业应用三个方面进行。

3 改革效果

3.1 问卷调查

我们通过2005年至2008年四次对“现代信号处理技术及应用”课程的问卷调查表明,学生对2008年课程讲授方式的满意度为82.3%,内容安排的满意度为89.3%,整体评价的满意度为85.7%。由此可见,硕士研究生对“现代信号处理技术及应用”课程的总体评价相当满意,而且满意度趋势是逐年提高的。

3.2 研究生培养

为了客观地评价“现代信号处理技术及应用”课程的改革研究效果,以笔者培养涉及现代信号处理方面毕业的硕士研究为例进行说明。

自2004年至2009年,笔者培养的涉及现代信号处理应用方面毕业的硕士研究生共四届14人,他们在SCI和EI收录的期刊上发表论文20余篇。其中2人获得“四川省优秀硕士毕业生”称号;1人获得“四川省优秀硕士学位论文”奖;4人获得“西南交通大学优秀硕士毕业生”称号;7人获得“西南交通大学优秀硕士论文”奖;1人获得“第六届全国信息获取与处理学术会议优秀论文”一等奖。其相关成果获得了“四川省高等教育教学成果”一等奖。

4 结语

“现代信号处理技术及应用”是目前电气工程类研究生培养重要的课程之一。我们通过分析现代信号处理在电气工程类研究生培养中重要性,提出了电气工程类研究生信号处理课程改革实施方案。研究生培养取得的成果表明“现代信号处理技术及应用”课程在研究生论文创新和发表方面起到了重要的作用。为他们提供了比较坚实的知识基础,也为他们的论文创新提供了很好的平台。

[1] 王展,黄纪军,吴京.信号处理与系统课程教学改革初探[J].北京:高校教育研究,2008(12):20,22

[2] 赵舵,冯晓云.电气工程及其自动化专业人才培养方案及课程体系改革的研究[J].南京:电气电子教学学报,2008(7):88-90

[3] 郑君里,试谈电工程与信息科学领域基础课程教学改革[J].南京:电气电子教学学报,2006(1):1-5

[4] 胡广书.现代信号处理教程[M].北京:清华大学出版社.2004

[5] 张贤达,现代信号处理[M].北京:清华大学出版社.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 基金项目:西南交通大学学位与研究生教育科学研究项目(2009YY01)

刘志刚(1975-),男,博士,教授,主要从事现代信号处理及其在电力系统和牵引供电系统的应用,E-mail:liuzg@sw jtu.cn

赵 舵(1975-),男,博士,副教授,主要从事电气工程及其自动化专业的教学与科研工作.