《工程信号处理》课程教学探索

罗久飞 萧红 苏祖强 张毅

【摘要】《工程信号处理》是机电类专业中的一门基础课程。其在工程技术领域中广泛应用，它以培养学生掌握科学测试与信号分析理论技术、提高学生实践能力为主，但是学习《工程信号处理》课程需要良好的数学基础以及对相关概念理论的深入理解。因此，学生学习该门课程有较大难度。基于此，本文对《工程信号处理》课程进行探索。

【关键词】工程信号处理 课程探索

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0244-01

以秦树人所著的《工程信号处理》为例，该课程注重对基本原理介绍，如傅立叶变换、窗函数类型及性质，以及传感器的原理和类型等等，而且有的书籍专门介绍了利用实验设备采集信号、处理信号的过程；通过这些内容学习《工程信号处理》可以较好的弥补因实验设备昂贵而无法让学生参与实践学习的问题。因此掌握《工程信号处理》课程将为以后我们的学习打下基础；但是目前《工程信号处理》课程在教学过程中还面临很多问题。在此背景下，我们将对《工程信号处理》课程进行教学探索。

1.教学内容的设置

《工程信号处理》分为线性、平稳信号处理和非线性、非平稳信号处理两部分，第一章至第四章为线性、平稳信号处理，第五章至第九章为非线性、非平稳信号处理，第一章主要介绍了信号分析的一些基础知识，如卷积、离散傅立叶变换等。第二章介绍现代谱分析的方法。第三章主要介绍自适应滤波器。第四章讨论了高阶统计分析在《工程信号处理》中的应用。第五章介绍了独立分量分析在《工程信号处理》中的应用。第六章讲解时域分析方法。第七章介绍了小波分析的理论知识及其在《工程信号处理》中的应用。第八章重点讲解Hilbert—Huang变换。最后，第九章介绍了神经网络技术和其在《工程信号处理》中的应用。

2.教学中存在的问题

从目前工程信号处理课程中看，仍然存在诸多问题：1）目前《工程信号处理》课程主要是以理论学习为主，学生对工程信号处理实验涉及较少；2）没有清晰完整的实践教学体系，同时由于实验设备成本较高，特别是带有频谱分析和测量功能的仪器价格更为昂贵，使得《工程信号处理》课程的实验无法普遍实施；3）实验设备无法满足教学要求，学生不能通过实验去直观的学习工程信号知识；4）学生在学习《工程信号处理》课程之前，需掌握《高等数学》、《复变函数》和《电路分析》等课程。在学习过程中，大多数学生只是孤立的学习《工程信号处理》，一般很难将之前学过的课程与本门课程联系起来。5）学生不仅要学习传统的工程信号处理知识，还要不断的吸收理解最新的信号处理技术与知识。因此，目前的教学问题导致学生的学习内容抽象难懂。

3.考学方法的改革

为了提高教学效果，我们需要对传统的教学方法进行改革。利用仿真软件Matlab进行同步仿真可以很好的提高教学效果。Matlab是信号处理领域最为强大的软件之一，其编程语言规则简单，程序编制简单易学；老师可以在课堂教学中，简单介绍一下Matlab的应用，给出相关的习题，让学生利用Matlab进行仿真学习，不仅能够让学生很好的理解课本内容，而且还可以让学生了解到信号采集、生成的过程。《工程信号处理》课程第一章介绍工程信号分析的一些基础知识，基础知识非常重要但是抽象难懂，因此可以结合Matlab布置一些作业（如利用Matlab实现卷积等）。第二章介绍现代谱分析的方法，可以结合理论内容利用Matlab编程理解其公式方法。第三章介绍了各种自适应滤波器，学生理解各自适应滤波器的功能、优劣即可。第四章讲解高阶统计分析，可以结合Matlab实现相关算法，从而加深对算法的理解。第五章介绍了独立分量分析在《工程信号处理》中的应用，利用Matlab编程实现FastICA算法，充分理解其实现过程。第六章和第七章分别讲述了视频分析方法和小波分析，老师可以结合课本内容让学生利用Matlab编写程序理解两种分析方法。第八章重点介绍Hilbert—Huang变换，同样采用Matlab编写程序学习其相关内容（如利用Matlab编写程序实现经验模态分解的算法步骤）。第九章介绍神经网络，学生熟悉了解神经网络即可。

4.结束语

《工程信号处理》是一门应用性很强的课程，结合Matlab仿真软件学习《工程信号处理》，不仅提高了学生的动手实践能力，增加了学生学习课程的兴趣，而且使抽象难懂的知识更加具体化，有助于学生学习工程信号处理课程。但是，对于更好的提高教学效果，我们还需要从教学方法上继续探索改革。

参考文献：

[1]秦树人.工程信号处理[M].高等教育出版社，2008.

[2]李杰，曹昕燕，张猛.《信号与系统》与《数字信号处理》课程教学改革探索[J].长春大学学报：自然科学版， 2007，17（10）：35-37.

作者简介：

罗久飞（1987.02-），男，汉族，四川绵阳人，重庆邮电大学机械工程系讲师，博士，主要从事信号处理研究。