《工程信號處理》課程教學探索

羅久飛 蕭紅 蘇祖強 張毅

【摘要】《工程信號處理》是機電類專業中的一門基礎課程。其在工程技術領域中廣泛應用，它以培養學生掌握科學測試與信號分析理論技術、提高學生實踐能力為主，但是學習《工程信號處理》課程需要良好的數學基礎以及對相關概念理論的深入理解。因此，學生學習該門課程有較大難度。基于此，本文對《工程信號處理》課程進行探索。

【關鍵詞】工程信號處理 課程探索

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0244-01

以秦樹人所著的《工程信號處理》為例，該課程注重對基本原理介紹，如傅立葉變換、窗函數類型及性質，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驗設備采集信號、處理信號的過程；通過這些內容學習《工程信號處理》可以較好的彌補因實驗設備昂貴而無法讓學生參與實踐學習的問題。因此掌握《工程信號處理》課程將為以后我們的學習打下基礎；但是目前《工程信號處理》課程在教學過程中還面臨很多問題。在此背景下，我們將對《工程信號處理》課程進行教學探索。

1.教學內容的設置

《工程信號處理》分為線性、平穩信號處理和非線性、非平穩信號處理兩部分，第一章至第四章為線性、平穩信號處理，第五章至第九章為非線性、非平穩信號處理，第一章主要介紹了信號分析的一些基礎知識，如卷積、離散傅立葉變換等。第二章介紹現代譜分析的方法。第三章主要介紹自適應濾波器。第四章討論了高階統計分析在《工程信號處理》中的應用。第五章介紹了獨立分量分析在《工程信號處理》中的應用。第六章講解時域分析方法。第七章介紹了小波分析的理論知識及其在《工程信號處理》中的應用。第八章重點講解Hilbert—Huang變換。最后，第九章介紹了神經網絡技術和其在《工程信號處理》中的應用。

2.教學中存在的問題

從目前工程信號處理課程中看，仍然存在諸多問題：1）目前《工程信號處理》課程主要是以理論學習為主，學生對工程信號處理實驗涉及較少；2）沒有清晰完整的實踐教學體系，同時由于實驗設備成本較高，特別是帶有頻譜分析和測量功能的儀器價格更為昂貴，使得《工程信號處理》課程的實驗無法普遍實施；3）實驗設備無法滿足教學要求，學生不能通過實驗去直觀的學習工程信號知識；4）學生在學習《工程信號處理》課程之前，需掌握《高等數學》、《復變函數》和《電路分析》等課程。在學習過程中，大多數學生只是孤立的學習《工程信號處理》，一般很難將之前學過的課程與本門課程聯系起來。5）學生不僅要學習傳統的工程信號處理知識，還要不斷的吸收理解最新的信號處理技術與知識。因此，目前的教學問題導致學生的學習內容抽象難懂。

3.考學方法的改革

為了提高教學效果，我們需要對傳統的教學方法進行改革。利用仿真軟件Matlab進行同步仿真可以很好的提高教學效果。Matlab是信號處理領域最為強大的軟件之一，其編程語言規則簡單，程序編制簡單易學；老師可以在課堂教學中，簡單介紹一下Matlab的應用，給出相關的習題，讓學生利用Matlab進行仿真學習，不僅能夠讓學生很好的理解課本內容，而且還可以讓學生了解到信號采集、生成的過程。《工程信號處理》課程第一章介紹工程信號分析的一些基礎知識，基礎知識非常重要但是抽象難懂，因此可以結合Matlab布置一些作業（如利用Matlab實現卷積等）。第二章介紹現代譜分析的方法，可以結合理論內容利用Matlab編程理解其公式方法。第三章介紹了各種自適應濾波器，學生理解各自適應濾波器的功能、優劣即可。第四章講解高階統計分析，可以結合Matlab實現相關算法，從而加深對算法的理解。第五章介紹了獨立分量分析在《工程信號處理》中的應用，利用Matlab編程實現FastICA算法，充分理解其實現過程。第六章和第七章分別講述了視頻分析方法和小波分析，老師可以結合課本內容讓學生利用Matlab編寫程序理解兩種分析方法。第八章重點介紹Hilbert—Huang變換，同樣采用Matlab編寫程序學習其相關內容（如利用Matlab編寫程序實現經驗模態分解的算法步驟）。第九章介紹神經網絡，學生熟悉了解神經網絡即可。

4.結束語

《工程信號處理》是一門應用性很強的課程，結合Matlab仿真軟件學習《工程信號處理》，不僅提高了學生的動手實踐能力，增加了學生學習課程的興趣，而且使抽象難懂的知識更加具體化，有助于學生學習工程信號處理課程。但是，對于更好的提高教學效果，我們還需要從教學方法上繼續探索改革。

參考文獻：

[1]秦樹人.工程信號處理[M].高等教育出版社，2008.

[2]李杰，曹昕燕，張猛.《信號與系統》與《數字信號處理》課程教學改革探索[J].長春大學學報：自然科學版， 2007，17（10）：35-37.

作者簡介：

羅久飛（1987.02-），男，漢族，四川綿陽人，重慶郵電大學機械工程系講師，博士，主要從事信號處理研究。