數字信號處理論文大全11篇

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一、隨著集成電路的運算速度更快，集成度更高，就有可能耐復雜目益增加均一些多維數字信號處理。

所它在最近才開始出現的一個新領域。盡管如此，多維信號處埋仍然對以下一些間提了解決的辦法，這些問題是：計算機輔動斷層成術(CAT)，即綜合來自不同方向的X射線的投影，以重建人體某一部分的三維圖，源聲納陣列的設計及通過人造衛星地球資源。多維數字信號處理除具有許多引人注目和淺顯易行的應用之外，它還具有堅賣的數學基礎，這不僅使我們能了解它的實現情況，而且當新問題出現時，也當及時解決。

典型的信號處理任務就是把信息從一種信號傳遞到另一種信號上，例如，可將一張照片加以掃描、抽樣，并將共存儲在計算機的存儲器中，在這種情況下，信息是從可變的銀粒密度轉換戌可見光束，再變成電的波形，最后變戍數字的序列，隨后該數字序列用。磁盤上磁疇的排列來表示CAT掃描器是一個比較復雜，經過處理，最后顯赤射線管(CRT)的熒光屏上或膠片上。數字處理能增加信息，但可以重新排列信息，使觀察者能更方便地理解它.觀察者不必觀看多個不同測面的投影而可直接觀察截面圖。

人們感興趣的是信號所包含的信息，而不管信號本身是什么形式。也許可以概括地說，信號處理涉及兩個基本任務一一信息的重新排列和信息的壓縮。

二、數字信號處理涉及到用數的序列表示的信號的處理，而多維數字信號處理則涉罰用多維陣列表示的信號的處理，例如對同時從幾個傳感器所接收的抽樣圖像和抽樣的時間波形的處理。由于信號是因而它可以用數字硬件處理，同時可以將信號處理的運算規定為算法。

促使人們采用數字方法的是不言而喻的。數字方法既有效靈活。我們可以用數字系統使其有自適應性并易于重新組合?？梢院芊奖愕匕褦底炙惴ㄓ梢粋€廠商的設備上轉換到另一個廠商的設備上去，或者把專用數字硬件來實現。同樣，數字算法也可用來處理作為時間函數或空間信號，數字算法自然地和邏輯算符如模式分類相聯系。數字信號能夠長時間無差錯地存儲。對很多種應用而言，數字方法Ⅸ其它方法更為簡單，對另外一些應用，則可能根本不存在其他方法。多維信號處理是不同于一維信號處理，想在多維序列上實現的多運算，例如抽樣、濾波和交換等，用于一維序列，然而，嚴格芯說，我們不得不說多終信號處理與一維信弓有很大差別的。

信號處理與一維信號處理還是有很大差別的，這是由三個因素造成的；(l)二維通常比一維問題包含的數據量大得多；(2)處理多維系統在數些上不如處理一維系統那樣完備；(3)多維信號處理有更多的自由度，這給系統設計音以一維情況中無法比擬的靈活性。雖然所有遞歸數字濾波器都是用差分方程實現的，一維情況下差分方程是全有序的，而在多維情況下差分方程僅是部分有序的，岡而就存在著靈活性，在一維情況小，離散傳里旰變換CDET)可以用快速傅里葉變換CEPT)算法來計算，而在多維情況下，有多且每一個OFT又可用多種AFT算法來計算。在一維情況下，我們可以調整速率。而且也可以調整抽排列。從另一方面來說，多維多項式不能進行因式分解，而一維多項式是可以進行因式分解的。因而在多維情況下，我們不能論及孤立的極，氣、孤立的零點及孤立的根。所以，多維信號處理與一維信號處理有相當大的差別。在20世紀60年代初期，用數字系統來模仿模擬系統的想法，使得一維數字信號處毫的各種方法得到了發展。這樣，仿照模擬系統理論，創立了許多離散系統理論。隨后，當數字系統可以很好地模仿模擬系統時，人們認識到數字系統同時也可以完成更多的功能。由丁這種認識及數字硬件工藝的有力推動，數字信號處理得到了發展，而且現今很多通用的方法，已成為數字方法所特有的，沒有與其等效的模擬方法，在發展多維數字信號處理時，可觀察到同一發展趨向。因為沒有連續時間的(或模擬的)二維系統理論可以仿效，因而最初的二維系統是以一維系統為基礎的，80年代后期，多數二維信號處理都是用可分的二維系統。可分的二維系統與用于二維數據的一維系統幾乎沒有差別。隨后，發展了獨特的多維算法，該算法相當于一維算法的邏輯推理。這是一段失敗的時期，由干許多二維應用要求數據量很大，且IT缺少二維多項式太分解理論，很多一維方法不能很好地推廣到二維上來。我們現在正處于認識的萌芽時代。計算機工業以其部件的小型化和價格日趨低廉而有助于我們解決數據量問題。盡管我們總是受限于數學問題，但仍然認識到，多維系統也給了我們新的自由度。以上這些，使得該領域既富于挑戰性又無窮樂趣，電子信息技術的結合之軟件結臺，傳統產業中可用電產信息技術的地方，仍然可以在生產或很低的條件下使用人力或傳統機械。電予信息技術應到限制，在不同領域和不同水平有各種原因，但爛有一個共大原因是缺乏認識。沒有認識，便沒有應層。

事實上，在一維和二維信號處理理論之間有實質性的差別，而在二維和更高維之間，除了計算上的復雜世方耐差異之外，似乎差別較小。

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作者簡介：李磊（1981-），男，河南南陽人，鄭州大學物理工程學院，講師；楊潔（1983-），女，河南商丘人，鄭州大學物理工程學院，講師。（河南 鄭州 450001）

基金項目：本文系2012年度教育部大學生創新創業訓練計劃課題（項目編號：1210459084）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0056-02

“數字信號處理”課程是電子信息、通信工程、自動化工程及相近專業必修的專業課，在電氣工程、測控技術、計算機技術等領域得到了廣泛應用。[1]當前國家越來越重視大學生的創新意識和實踐能力的培養。通過實施教育部大學生創新創業訓練計劃和卓越工程師計劃，促進高等學校轉變教育思想觀念，改革人才培養模式，強化創新創業能力訓練，增強高校學生的創新能力和在創新基礎上的工程實踐能力，培養適應創新型國家建設需要的高水平創新人才。為了提高學生的創新意識和應用知識解決實際問題的工程實踐能力，需要調整“數字信號處理”課程的教學內容，引入新的教學手段和教學方法來提高學生學習的積極性，這是專業基礎課教師所面臨的重要課題。筆者介紹了一種針對本科生教學的分層教學模式，突破單一的理論灌輸的教學弊端，顯著提高學生們學以致用的能力，并運用實例介紹了這種分層教學模式。

一、“數字信號處理”課程教學現狀

數字信號處理是一門理論性很強的課程，內容抽象，公式繁多，課程內容涉及很多數學推導與計算。目前，傳統的教學模式主要存在以下問題：[2，3]

1.教學內容過度重視理論推導，不注重理論和實踐相結合

國內大學的很多任課老師往往注重講授公式性質、定理的由來，注重理論的嚴謹與正確性，這勢必大大占據有限的授課時間。這種教學思路使課程陷于數學推導和計算，而使學生感到枯燥乏味，抓不住重點，教學效果大打折扣。

2.課程實驗內容單一，與工程實踐還有距離

課程實驗內容一般都以MATLAB軟件作為仿真平臺，對課程中的時域離散信號、系統的時頻域理論和數字濾波器設計理論進行仿真實驗。誠然，MATLAB仿真軟件作為信號處理的實驗手段，具有信息量大、形象直觀的特點，在很大程度上補充了單一的理論教學模式。但是仿真手段畢竟是理論的數學編程，還是脫離了工程應用的實際背景。仿真不能完全取代本課程的實驗和實踐內容。算法仿真內容過于形式化、過于簡單，只能作為工程實踐的前期階段設計內容。

二、分層教學法原則與內容

傳統的數字信號處理課程大多只討論算法的理論及其推導，較少涉及工程實現方法及相應的軟硬件技術。大學的教學應是理論教學、實踐教學和科學研究為一體的，實踐教學作為理論和科學研究的橋梁，是現有理論的源頭，也是未來科研開拓的基礎。理論課程應實現教學形式的多樣化，包括多種實驗、課程設計、科技競賽和創新活動等。數字信號處理課程可以分為理論學習，算法仿真，數字信號處理工程應用平臺實驗，課題為導向的數字信號處理課程工程實踐拓展訓練四個層次。[4]

1.第1層：理論學習

廣義來說，數字信號處理是研究用數字方法對信號進行分析、變換、濾波、檢測、調制、解調以及快速算法的一門技術學科。目前本科生只是學習經典的數字信號處理理論，主要包括有關數字濾波技術、離散變換快速算法和譜分析方法。因為教學時間有限，現代信號處理或者數字圖像處理的內容只能根據項目需求有針對性進行學習和研究。教師可以鼓勵學生去搜索相關文獻，查找資料，激發他們的自學熱情和能力。

2.第2層：算法仿真

算法仿真往往是電子信息工程實施以前必經的重要階段。MATLAB語言具有強大的科學計算和可視化功能。它作為數字信號處理的有力助手，成為教學的重要部分。其以矩陣運算為基礎，具有豐富的數值計算功能，強大的繪圖功能，更重要的是具有完備的數字信號處理函數工具箱。比如FIR濾波器的設計，包含三種方法：程序設計法、FDATool設計法和SPTool設計法。其中FDATool（Filter Design & Analysis Tool）是MATLAB信號處理工具箱專用的濾波器設計分析工具，操作簡單、靈活，可以采用多種方法設計FIR和IIR濾波器。在MATLAB命令窗口輸入FDATool后回車就會彈出FDATool界面。SPTool是MATLAB信號處理工具箱中自帶的交互式圖形用戶界面工具，它包含了信號處理工具箱中的大部分函數，可以方便快捷地對信號、濾波器及頻譜進行分析、設計和瀏覽。學生可以采用MATLAB進行電子工程中算法的前期仿真，然后將MATLAB程序轉換成C語言移植到硬件平臺上。

3.第3層：數字信號處理工程應用平臺實驗

數字信號處理算法需要借助特有的硬件平臺實現工程應用，采用的編程語言一般是C語言。目前數字信號處理系統的硬件實現方式一般有三種：（1）利用通用可編程DSP芯片進行開發的方式。由于是采用基于C語言進行編程，算法實現過程簡單，但資源受到限制，并行度差。（2）采用專用集成電路ASIC方式進行開發。雖然效率高，但開發流程長，成本高，開發出來的系統不能更改。（3）采用FPGA芯片進行開發?？梢蕴峁└咝屎透哔|量的數字系統。在實際硬件平臺選型中，使學生能夠對單片機、ARM、DSP、FPGA的應用領域加以區分，從而更加深刻認識到DSP和FPGA實現數字信號處理的巨大優勢。

4.第4層：課題為導向的“數字信號處理”課程工程實踐拓展訓練

課題為導向的教學模式是提高學生實踐能力的新型教學模式。它以大學生創新實驗項目為平臺，以基于案例為教學模式，以科學研究的方式組織和引導學生獲取和運用知識，培養學生創新性思維和分析解決問題的能力。這種方式克服了教學和實驗中單純模仿的弊端，發揮學生的主觀能動性，拓展學生的眼界，引導學生解決開放性問題，促使學生不斷提出新問題、發現新問題和解決新問題。

以上這四個層次并不是單一的順序遞進關系，而是不斷交互的關系。比如工程實際問題的解決過程往往促使學生回歸理論學習層次去深入研究，反過來能夠更好地去解決工程實踐中遇到的技術難題。算法仿真采用的MATLAB語言需要轉換成數字信號處理工程應用平臺實驗使用的C語言進行移植，這也需要第二層和第三層內容的不斷交互。

三、教學實例

為了實現對學生實踐能力的綜合培養、潛力開發和工程創新精神的激勵，學校積極為學生們搭建工程實驗平臺，為學生參加“全國電子設計競賽”、全國挑戰杯、大學生創新實驗計劃項目等活動奠定基礎。下面基于教育部大學生創新實驗課題“基于麥克風陣列聲源定位的動態視頻跟蹤系統”來例證“數字信號處理”課程的分層教學模式。[5]

首先，學生們經過調研確定項目需求，選取合適的算法模型進行研究?；谡n題驅動的教學模式促使學生從需求這個工程項目源頭進行考慮。經過廣泛的調研，學生們發現在日常生活中，常規的攝像頭監控系統的攝像頭安裝是固定的，監控方位是靜態的，只能監控有限的方位區間。這樣的監控系統監控方位區間狹窄，難免存在很大的監控盲區，無法很好地實現監控功能。由人類的耳朵和眼睛協調工作的仿生原理得到啟發，人類的耳朵相當于一個二元聲音傳感器陣列，捕捉到聲源信息，通過大腦判斷，得到聲源的方位信息。然后驅動我們的脖子扭轉到聲源方向，我們的眼睛就可以實時看到聲源目標，做出視覺的判斷。為此，學生們用微型麥克風陣列來代替人耳，用一個步進電機來代替脖子，用攝像頭代替眼睛，用DSP處理器來代替人腦實現信號的運算處理和控制功能，從而實現一個基于麥克風陣列聲源定位的動態視頻跟蹤系統，如圖1所示。這樣，該視頻監控系統通過麥克風陣列進行多傳感器聯合信號處理，可以首先根據聲源的聲音有無來判斷是否啟動監控，再通過聲源的方位可以驅動步進電機，自動轉動攝像頭跟蹤實時運動的目標，實現無盲區、全角度實時自動監控。

算法模型的確定促使學生廣泛閱讀文獻，最終找到了陣列信號處理理論作為麥克風陣列數學建模的理論基礎。通過MATLAB仿真分別分析了仿真的寬帶音頻信號和實驗采集的音頻信號，驗證理論模型和實驗結果能夠很好地匹配。該本科生研發團隊把寬頻聲音信號的特點和傳統的遠場聲源方位估計算法相結合，依據到達時間差的聲源定位原理，提出了一種頻域波束形成算法，系統框圖如圖2所示。系統上電后，多路麥克風分別接收音頻信號，并進行采樣緩存，送入DSP處理器中進行端點檢測，如當前信號為噪聲或無用信號，則丟掉已采集的信號幀數據；如檢測到有用信號，則對其進行頻域波束形成和進一步處理，最后采用基于能量值的譜搜索算法計算出聲源的方位，從而控制步進電機驅動攝像頭轉向聲源所在方位，使聲源出現在攝像頭視野范圍內。該課題針對當前智能視頻監控存在的監控盲區的問題，提出并實現了一種基于麥克風陣列的寬頻聲源定位系統。通過采用頻域波束形成和基于能量值的譜搜索算法，實現了二維空間聲源的快速準確定位。經驗證該系統在室內及室外對各種聲源的實時響應表現良好，在現代視頻監控中具有一定的工程實用意義。通過該課題學生們申請了實用新型專利和發明專利各一項，學術期刊論文2篇，了解了電子信息工程設計的步驟和培養了科學研究的基本素養。

四、結語

按照上述的分層次遞進教學模式，使學生按照基礎理論實驗、仿真實驗和DSP工程實現理論和實踐的交互學習。這一體系從簡單到復雜，從理論到實踐，循序漸進，逐步提高。經過工程實踐的訓練，激發了學生們學習“數字信號處理”課程的熱情，鞏固了課本上的知識，拓展了工程實踐的視野。同時，大大提高了學生們獨立解決問題的能力和工程實踐創新能力。學生在專利申請和論文撰寫的訓練中，實踐了科學研究的方法，為將來的科學研究奠定基礎。通過上述的教學實踐，取得了良好的教學效果，得到了廣大師生的認可。

參考文獻：

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【Abstract】The view of comprehension and application of digital signal processing techniques vary with different major. Some discussion is apposed in the paper about the consummation and innovation of digital signal processing teaching contents and methods under the characteristic and demand of the major of measurement & control techniques and instruments.

【Keywords】measurement & control techniques and instruments， digital signal processing， teaching contents and methods

數字化和信息化的迅速發展，使得數字信號處理技術與應用在日常生活中的地位越來越突出，新的算法（或改進算法）層出不窮，新的器件頻繁更替。對于儀器科學與技術學科下的測控技術與儀器專業，“數字信號處理”是一門重要的專業基礎課程，該課程不僅理論性強，工程應用背景也十分明確。作為一門涉及面廣的學科專業基礎課程，如何與學科的應用需求接軌、與學生的知識體系融合，改革教學內容與授課方法，全面提高教學質量與效果，與時俱進、科學發展，創建有專業特色的示范性課程是課程組面臨的問題。

論文以學校課程體系建設的目標與要求為出發點，結合國防科學技術大學測控技術與儀器本科專業的特點和建設需求，在“數字信號處理”課程教學內容的完善、教學方法的革新等方面進行了探討，提出了一些觀點和看法。

1 學科與專業對數字信號處理的專門需求

儀器是信息獲取、處理與應用的工具，而儀器學科與技術則是研究以獲取信息為目的的信息轉換、處理、傳輸、存貯、顯示與應用等技術與裝置的應用科學，其核心內容可以用四個關鍵詞概括，即：計量、測量、儀器和傳感器[1]。沒有測量就沒有科學，儀器科學與技術的領先程度決定了科研和生產的先進程度和競爭能力[2]。從這個角度來看，測控技術與儀器專業更加強調數字信號處理的物理意義，也就是信號對象的物理屬性，包括：時間屬性、頻率熟悉、誤差范圍、測量精度等。

目前該校儀器科學與技術學科逐漸形成了以現代傳感技術及系統、空間儀器工程、無線電測量理論及應用為主要方向，以信息獲取與處理為主要內涵的省重點特色學科，本科專業為測控技術與儀器，要求學生掌握信號采集、分析與處理等方面的基礎理論與技術，在測控、測量及測試等方面具有良好的理論素養和技術基礎。開設了“電工與電路基礎”、“信號系統與控制”、“數字信號處理”、“現代測試系統”等一系列專業課程。主要課程見表1。

表1：測控技術與儀器主要專業課程情況

從表中可見“數字信號處理”首當其沖成為一門重要的專業基礎課，并且為測控技術與儀器專業服務，有著明顯的信號采集、測量、微弱信號檢測、儀器系統設計等方面的應用需求。在本專業知識體系中，“數字信號處理”緊密連接傳感器的信號調理，與信息轉換、處理甚至是傳輸和存儲等有密切的關系，其內涵更加偏向于真實信號物理量的采樣與處理，目標更加注重于數字信號的物理意義和應用方向。課程內容包括：采樣過程及誤差分析、離散時間信號與系統、離散變換及其快速算法、數字濾波器設計、數字信號處理系統的實現、多采樣率信號處理等。課程將通過講授、練習、實驗使學生掌握數字信號處理的基本理論和方法，并能使用軟硬件工具進行相應的數字信號處理工作。

2 依據學科專業特點改革教學內容與方法

根據課程體系建設的需求，在教學內容與方法方面嘗試提出了如下建設目標：

2.1 結合學科專業特點，吸收國外先進教學理念，與國際著名院校課程內容設置充分融合，以經典“數字信號處理”課程體系為基礎，以現代測量系統中備受關注的信號處理方法和技術為導向，緊扣真實信號物理量采樣與處理的學科背景，結合國外相關專業知名教材，在專業課程體系內將教學的內容、課程間的關系與教學實踐緊密配合一起，積極梳理課程體系之間的關聯，根據學科和理論技術的發展，科學地完善教學內容。

2.2 開拓國際化視野，充分采用啟發式、交互式、研討式的教學方法和課堂、網絡和實踐相結合的教學手段；嘗試通過引進國外教學名師開展課外專題講座，提高學生的興趣、拓展學生的專業思路，提升授課效果；用儀器科學與技術大專業的通識教育理念，建立典型案例素材庫，完善學生的專業知識體系及應用能力；結合科研條件，采用軟件仿真和硬件驗證相結合實踐教學系統，實踐環節的比重達到30%以上；網絡教學突出互動性，答疑和研討環節能夠通過網絡教學平成。

3 開拓思路積極探索改革舉措

測控技術與儀器專業學生有著明顯的工程技術培養需求，“數字信號處理”課程是專業理論和實踐相結合的橋梁，必須結合學科特點，與國際化教學內容融合，與電工技術、信號系統與控制等課程密切配合、融合[3，4]，充分體現測控技術、儀器、傳感器對信號處理的更高要求和需求、拓展數字信號處理的廣度和深度，在無線電測量、精密儀器信號處理和微弱信號處理等方面突出授課重點，為學科專業打下堅實基礎。舉措如下：

3.1 結合學科專業特點，與國際著名院校類似專業課程內容設置充分融合，將教學的內容、課程間的關系與教學實踐緊密配合一起，充分提升授課效果，結合學科需求，將“數字信號處理”教學內容與國際接軌，并能根據學科和理論技術的發展而動態適應。

優秀教材與普通教材的區別，并不在于內容及其先進性，也不僅僅在于語言，主要在于教學的理念和方法[5]，對于本專業的“數字信號處理”課程更是如此。因此必須融合國外教材和國內教材的特點，合理安排教學內容的講授方式、時機與深度，引入概念方法時，注重啟發性、直觀性，可使學生先知其然，而后再知其所以然。在敘述方式上，同一內容由淺入深，在不同章節，從不同層次加以闡述，力圖體現各部分間有機聯系；同時注意結合自上而下和自下而上的方式，注重啟發、實用的同時，多幫助同學拎出主線和脈絡[6]，如表2所示。必要時做一些知識補充，以使學生不僅掌握一些具體的原理、實用的方法，還建立起比較系統的認識，以供進一步深造之需。

表2：數字信號處理課程內容分類

3.2 結合“電工與電路技術基礎”、“信號系統與控制”課程內容，與之優化整合，使“數字信號處理”課程內容與專業課程體系融會貫通。用儀器科學的通識教育理念，優化“數字信號處理”課程的授課內容、提升授課效果，完善學生的專業知識體系及應用能力。

“電工與電路技術基礎”、“信號系統與控制”和“數字信號處理”三門課程構成了專業體系中重要的“電路、系統、信號分析與處理”基礎課程體系?！半姽づc電路技術基礎”課程主要學習電路基本理論與分析方法相關的經典理論；“信號系統與控制”課程主要學習確定性信號的時頻域分析方法，線性時不變系統的描述方法與特性，以及線性時不變系統的變換域分析方法；“電工與電路技術基礎”和“信號系統與控制”是“數字信號處理”的理論基礎，“數字信號處理”是“電工與電路技術基礎”和“信號系統與控制”在離散域中的深入擴展與應用。

然而，傳統情況下“電工與電路技術基礎”、“信號系統與控制”和“數字信號處理”課程各自施教，在一定程度上存在授課內容重復、銜接不合理、綜合不夠等諸多問題，這些問題隨著教學計劃的修改和課時的減少顯得更加突出。如，在 “電工與電路技術基礎”課程中，已涵蓋了許多“信號與系統”課程中連續信號與系統分析的相關內容，而“數字信號處理”課程中也存在“信號與系統”課程中大量離散信號與系統分析內容的重復[3]。各門課程自身內容體系的最優不一定是整個教學計劃的最優，因此，有必要結合“電工與電路技術基礎”、“信號系統與控制”課程內容，與之優化整合，使“數字信號處理”課程內容與專業課程體系融會貫通，如此才能更好地完善學生的專業知識體系及應用能力。

3.3 儀器科學與技術是一個應用性較強的學科，“數字信號處理”是應用性很強的課程，因此該課程的教學應該是理論、實踐和科學研究的三元一體。

理論教學主要是通過課堂教學環節完成的。在教學過程中，應強調基本概念的建立和基本內容的深刻理解，淡化公式的推導和解題技巧，強化所學知識的綜合應用能力與創新能力的培養。加大教學內容和課程體系改革，建設形式上理論教學與實踐教學獨立設課，內容上互相交叉和融合，分層次按需設置的完整的理論和實踐教學體系[7]，通過實踐教學和簡單的科學研究思路，增強學生對基礎理論的認識，強化學生理解能力，深刻了解“數字信號處理”與專業相關課程的聯系。

配合課程教學預先安排了4 個教學實驗，要求學生用Matlab進行原理仿真，通過之后并在采樣信號處理綜合實驗系統上進行調試和運行，從而鍛煉學生對理論知識的掌握與應用能力，以及簡單的科研能力。如表3所示。

表3：數字信號處理課程的教學實驗內容

3.4 將授課效果作為第一評判標準，采用啟發式、交互式教學方法、通過多媒體、網絡、專題討論課等方法，提高學生對課程的掌握程度；在支撐學科發展的大視野下，根據課程在學科課程體系中的地位和作用，改革傳統教學手段，理論聯系實際，培養學生的創新思維和創新能力，加強梳理與其他課程或競賽之間的相互關聯，全面提高學生專業應用素質。

下面以文獻[6]中的實例為例，說明教學方法和教學手段的效果。在講授序列的傅里葉變換（DTFT）和離散傅里葉變換（DFT）時，學生很難理解這兩種形式傅里葉變換的區別。實際上，DTFT和DFT都是從頻譜分析的角度來分析一個序列。對于DTFT，只要該序列滿足絕對可和的條件，則它的傅里葉變換一定存在且連續，由于其一個域是連續的，因而不適合在計算機上運算。而DFT是專門針對序列“有限長”的特點而提出的，其頻譜也是離散的，因而適于在計算機上運算，同時也可以通過快速傅里葉變換（FFT）實現。為了讓學生不產生混淆，在教學過程中，可以利用MATLAB進行現場仿真，讓學生通過仿真結果直觀掌握二者的關系和區別。實驗中，采用矩形序列x（n）=R5（n），N=32。其中圖a是序列的波形圖及其DTFT變換的連續譜，周期為2π，圖中顯示的為主值區間（[0，2π]）頻譜。圖b是通過16點和32點FFT來實現的序列DFT變換，其中圖線的包絡即為信號的DTFT連續譜，從中明顯可以看出，DFT實際上是對主值區間上的DTFT連續譜在頻域進行抽樣，抽樣點數即變換的點數。通過這樣的現場仿真分析，學生很容易掌握和理解DTFT和DFT的關系和區別。

圖1：一種啟發式多媒體教學手段實例[6]

3.5 教師回歸“師者”的本位——傳道、授業、解惑，加強疏導，發揮學生主動性。所謂傳道就是傳授其中的基本規律和變化趨勢，引領學生入門；授業是傳授解決問題的方法和技能，發揮學生主動性；解惑就是答疑，持續發現并消除學生心中的疑惑。通過深入淺出、抓重點、理脈絡的方式解答學生在課程學習過程中的疑惑，提高其提出問題、分析問題、解決問題的能力?！笆谌艘贼~，不如授人以漁”。

4 結束語

“數字信號處理”是一個理論實踐性都很強的課程，每個學科對其應用和理解都可能會有所偏重，因此在教學內容與方法探索上應該認真分析本專業課程建設需求與現狀，不斷研究解決教學內容與方法建設中存在的問題，全面歸納、總結經驗，在充分研討的基礎上對教學內容與方法進行詳細地規劃，才持續地推進“數字信號處理”課程建設水平和授課效果，優化學生知識體系結構，滿足學科專業對本課程的需求。參考文獻

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【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006－9682（2011）05－0016－02

【Abstract】According to the characteristic of the course of digital signal processing, the innovation of the teaching, such as the contents, the methods, and the exam of teaching, network construction and improvement are presented in this paper. Facts have shown that this method has achieved a better teaching effect, it not only stimulate students to explore, but also and enhance the enthusiasm of the students’ comprehensive quality and designed.

【Key words】Digital signal processing Practice The exam of teaching Network construction

一、引 言

隨著計算機和信息學科的飛速發展，“數字信號處理”已成為一門重要的高新技術學科，是理論與實踐、原理與應用緊密結合的課程。目前數字信號處理課程已成為大多數電子、計算機、通信等相關專業的主干課程。但是該課程內容多、學時少，偏重理論與公式的推導，缺乏可視化的直觀表現，學生從純數學的角度學習，理解抽象，普遍反映課程難學、內容枯燥、不會應用。如何在有限的時間內提高教學質量，使實踐和理論兩個方面的教學和諧統一，是值得探索的。因此，為了提高教學質量，我們注重對其物理意義和實際應用的講解，并適當使用多媒體與具有計算功能和繪圖功能的Matlab相結合的教學方式，將抽象的數學以可視化的形式展示給學生，讓學生更易理解抽象的概念。

二、教學方法與實踐改革的探討

針對數字信號處理的學科特點和教學現狀，在現有教學工作的基礎上，提出以下教學方案：

1．合理選擇教材，嘗試雙語教學。

選擇一本內容和形式都好的教材是進行課程改革的基礎和關鍵。我們采用清華大學程佩青編著的《數字信號處理教程》。在教授過程中，嘗試采用雙語教學模式，以幫助學生更多的了解英語專業詞匯，為閱讀英文資料奠定基礎。

2．合理安排教學內容

該課程經過多次修訂教學大綱，逐步完善教學內容體系，加強基礎能力和實踐動手能力的培養，把與該課程相關的新技術及熱點研究課程及時充實到教學中，同時加強教學內容與工程實際的聯系，使學生更好地掌握技術原理，提高自主學習的熱情。

深入研究符合現代教育理念的教學方法，采用多元化的教學手段，豐富教學過程。注重以學生為主體的參與式教學，結合多媒體教學圖像對感官的刺激，運動互動式、討論式等多種教學方式，充分調動學生參與課堂教學活動的熱情。引導學生進行研究式學習，培養創新意識和能力。利用網絡電子資源、網上答疑等信息化教學手段，提高學習效率。

3．實踐環節改革

數字信號處理課程與實踐密切相關，只通過理論教學難以使學生理解數字信號處理的原理。實踐教學環節可以彌補學生對理論知識的感性認識不足的缺陷，建立理論聯系實際的概念，是培養學生分析解決問題能力、創新意識、實踐技能和提高綜合素質最有效的途徑。通過實踐教學，可以鍛煉學生的動手能力，培養學生的研究方法和鉆研精神。

Matlab是美國Math Works公司開發的用于概念設計、算法開發、建模仿真、實時實現的理想的集成環境。特別是它具有數字信號處理軟件包，可很方便地進行數字信號處理方面的有關運算和系統設計、仿真，極大地提高了設計的效率。將其用于數字信號處理課程當中，通過加入一些綜合性、設計性實驗，不僅把理論知識與實際應用聯系起來，更有利于培養獨立思考、綜合運用知識的能力，還可以鍛煉協作意識。

在實驗教學任務的制定和實施上，在加強基礎實驗的同時，增設綜合性、設計性實驗項目或課程設計，用以訓練學生綜合分析問題和解決問題的能力。以信號頻譜分析及IIR數字濾波器的設計這一綜合實驗為例，實驗指導書給出基本步驟：首先采集語音信號，對采集的語音信號進行采樣并混進加性噪聲，然后用FFT進行頻譜分析，根據含噪信號的頻譜，用雙線性變換法設計相應的IIR數字濾波器進行濾波，得出濾波前后的頻譜，分析信號的變化。具體實施和調試由學生借助Matlab實現。

另外，在設置設計內容時，鼓勵學生自擬設計題目。如將數字信號處理課程中的FIR濾波器設計、音頻信號處理課程中的音頻信號采集與回收通過DSP硬件平臺實現，對軟件實驗利用Matlab語言和DSP匯編語言實現算法仿真或設計，硬件實驗通過實驗平成。這些課程設計培養了學生的工程實踐能力?？傊?，在教學過程強調理論與實踐并重，促進理論與實踐緊密結合。

4．創新作業形式、考核方法和手段

目前的考核方式只是對課堂教學的“檢查”，缺乏實踐和創造性的內容，不能適應素質教育的要求。我們將卷面考試與實驗情況以及撰寫有關課程內容的小論文相結合，將傳統的單一考試方式改為多種模式相結合的形式?？己藘热莩Ａ粼瓉砘靖拍詈椭R點的問答計算外，增加一些對實踐問題的分析、判斷及解決方法，加強對實驗結果分析的考察，促使學生深入思考和分析問題。這樣既可以更好的檢驗學生的綜合能力和創新能力，又能將學生的學習重點從應試轉移到應用上。

5．建立和完善教學網站

學校在網絡建設上的投入使得數字信號處理基礎課程的網絡資源建設取得了跨越式的發展。在學校的網頁上，提供了本門課程的所有教學資源，包括教學大綱、教學日歷、教案、課件、學習指導與習題解答、實驗內容等，供學生自主學習參考。此外，還設置網上測試、在線答疑和在線交流等，利于與學生的互動和溝通。

三、評價與思考

經過近兩年的教改探索，基本已形成理論與實踐并重的教學新體系，在提升實踐教學地位的同時，激發了學生探索的積極性，學生的綜合素質和專業應用能力得到較大提升。

但是由于受到課時數的限制，一些較多的、較大的實踐教學內容無法實施，學生的應用能力培養受到一定影響。因此，應根據具體需要，適當的增加課時數，以便能更好的達到預期目標。

四、結束語

本文結合我校應用型人才培養的教學目標，依托河南工業大學《測控技術與儀器專業信號類課程的多元化實踐教學改革》項目，針對信號類課程教學面臨的共性問題，從理論、實踐與考核方式等方面探討了教學方法的改革。經過幾年的探索，這種教學模式取得了較好的教學效果，提升了學生綜合應用素質和核心競爭力。

參考文獻

1 金海紅等.“數字信號處理課程”的改革探索與實踐［J］.科技資訊，2010（33）

2 李燈熬、張海燕、王華奎.“數字信號處理”課程教學改革與實踐［J］.研究與探討，2010（8）

篇（5）

“數字信號處理”課程是工科信息類專業的一門專業基礎課，我院電子信息科學技術專業和電子信息工程專業以及特色試驗班開設了這門專業基礎課．我們選用的是丁玉美主編的《數字信號處理》教材．由于這門課程，理論內容比較多，概念比較抽象［1，2］，因此對于學生來說理解和掌握起來比較困難，此課程是在“信號與系統”課程的基礎上進行的，數學概念多，如果學生在“信號與系統”課程中掌握和理解的知識不牢靠，對本課程的學習將會更加吃力，需要我們積極的探索更加有利于學生的科學教學方法和實踐方法．本文結合我院電子信息專業特色實驗班的“數字信號處理”課程教學和教改工作，分析了本課程存在的一些問題，探索更加有益于教學的教學方法，并通過對比采用本文的教學方法前后特色試驗班學生的成績，實踐表明采用本文提出的教學方法，可以提高特色試驗班“數字信號處理”課程的教學質量，取得了比較好的效果，為其他專業課程的教學研究提供了有意義的研究方向．

1“數字信號處理”課程教學存在的問題

隨著信息化技術的發展，數字信號處理的發展也日新月異，理論和技術方面不斷創新，成為多學科相互連接的橋梁和紐帶［3－5］．要使“數字信號處理”課程的知識內容跟上時代的發展，必須克服在當前的教學教改中存在的一些問題．根據當前教學實際，我校特色試驗班主要存在以下一些基本的問題，急需探索新方法進行解決．（1）數學知識的基礎不牢靠影響學生對本課程的學習和運用，需要學生對數學的基礎知識熟練掌握．由于本課程的許多內容和實際的工程應用直接相關，充分運用好信號處理的知識，需要使用數學工具對實際工程中的一些采集的數據進行分析和處理．（2）特色試驗班學生許多是從其他的非電子類專業中招收的學生，甚至是招收其他學院的學生，因此特色實驗班中的學生對電子信息方面的基礎專業課程的基礎知識掌握參差不齊，比如“信號與系統”，這門課程是“數字信號處理”的前置課程，使“數字信號處理”課程的教學難度加大．（3）“數字信號處理”課程的部分內容和其他課程的內容有一定的重復，比如“信號與系統”課程等，存在重復浪費教學資源以及教師之間缺乏溝通等問題，需要對特色實驗班的課程進行整合優化，提高不同專業背景的特色實驗班學生的學習效率．（4）“數字信號處理”課程的概念抽象，難于理解，需要探索比較形象化的教學方法來提高教學質量．（5）“數字信號處理”的教學內容比較多，但是特色實驗班安排的課時有限，需要探索合理的進行主要教學內容的教學方法．

2“數字信號處理”課程教學方法研究

針對我校特色試驗班學生存在的一些基本問題，本文探索了一些教學方法，并在特色試驗班中進行了相關的教學，主要體現在以下幾個方面：（1）加強數學基礎知識的引導，采用形象化的教學方法．針對特色試驗班學生的數學基礎參差不齊的問題，我們在教學的過程中，進行相關基礎知識的引導，補充了相關的知識點，給學生提醒一些參考內容，使這部分學生能夠課前學習相關的數學基礎，不至于使學生因本課程涉及的數學基礎知識不足而不能掌握本課程的內容．同時，我們針對課程中的數學公式多而且概念抽象的特征，提出了采用形象化的教學方法，將復雜的數學公式形象化，將抽象的概念形象化，我們通?？紤]運用波形圖或者框圖的方法來實現形象化．例如在涉及到數學公式：f1（t）＝a0＋∑∞n＝1（ancosw1t＋bnsinw1t）的講解過程中，就采用框圖標定其中的分量的方法來加強理解，如圖1所示．又比如我們在“數字信號處理”課程教學過程中由于FFT變換的理解比較困難，可運用相關軟件，演示將一正弦信號進行FFT變換前后的波形圖進行對比，讓學生更加清晰的理解FFT變換的內涵和物理意義．（2）整合優化兩課程的教學內容，避免重復教學，優化教學資源．對于特色實驗班學生的這兩門課程可考慮合并為一門課程，安排好教學內容，提高教學質量．由于兩課程之間存在一定的重復，不僅理論教學方面存在重復，而且實踐教學也存在相關問題，本文提出了優化兩課程的整合方案，節約了大量的教學時間．優化整合兩課程后的教學內容如表1所示．（3）注重理論聯系實踐，結合科研，注重電信專業的專業需求．“數字信號處理”課程的內容學習，要充分考慮特色試驗班學生專業的知識結構特點，重點講授在電子信息領域實用性強的內容．著重培養特色試驗班學生理論聯系實踐的動手能力和創新能力．我們在針對特色試驗班的教學過程中加入了適當的實踐環節，主要運用Matlab軟件以及origin軟件進行相關信號的處理與分析．比如我們在實驗環節加入了橫向項目：中石化武漢分公司水力除焦監測系統研究的內容，對采集信號進行分析處理，可以用MAT－LAB編寫相關程序進行FFT變換，提取信號的特征，分析信號的頻譜特性，如圖2所示，通過運用MATLAB得到的采集的聲信號頻譜圖．通過實際項目，讓學生深刻體會本課程的工程應用，加深對理論知識的理解，也可培養學生的學習熱情，從而提高教學質量．（4）加強對“數字信號處理”課程虛擬網絡實驗室的建設，充分利用網絡資源．為提高特色試驗班學生的數字信號處理課程的教學質量，充分利用網絡資源，建立了數字信號處理網絡虛擬實驗室．了數字信號處理課程虛擬實驗室主要由身份驗證、網絡課堂、網絡測試以及實驗方案幾個模塊構成，提供登陸管理、作業管理、作業提交、遠程實驗、實驗范例、實驗論壇等欄目和功能，供學生網絡學習使用．（5）加強我校特色試驗班“數字信號處理”課程的雙語教學，提高學生綜合競爭力．

3結語

我校特色試驗班的“數字信號處理”課程雖然存在一些問題，但是運用本文探索和研究的教學方法，極大提高了學生學習的積極性和主動性，提高了學生實踐分析能力，培養了創新能力，使“數字信號處理”課程的教學質量明顯得到提高．

作者:鐘東 陳春 單位:湖北科技學院電子與信息工程學院 湖北科技學院體育學院

參考文獻：

［1］OppenheimAV，SchaferRW，BuckJR．Discrete－TimeSignalProcessing［M］．SecondEdition．Prentice－Hall，Inc，1999．

［2］SanjitKMitra．DigitalSignalProcessing－AComputer－BasedApproach［M］．ThirdEdition．TheMcGraw－HillCompanies，Inc，2005．

篇（6）

人們感興趣的是信號所包含的信息，而不管信號本身是什么形式。也許可以概括地說，信號處理涉及兩個基本任務一一信息的重新排列和信息的壓縮。

數字信號處理涉及到用數的序列表示的信號的處理，而多維數字信號處理則涉罰用多維陣列表示的信號的處理，例如對同時從幾個傳感器所接收的抽樣圖像和抽樣的時間波形的處理。由于信號是因而它可以用數字硬件處理，同時可以將信號處理的運算規定為算法。

篇（7）

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）06-0023-02

“數字信號處理”課程是電子類學科和專業的一門重要專業基礎課，涉及知識面廣泛，如信號與系統、信號處理、通信等，課程內容抽象，理論性強，概念多，學習難度較大，加上先修課程的學習的好壞也影響到本課程的學習。這些因素導致學生難以在有限的教學時間內掌握好本門課程的內容，學習的畏難情緒增加，學習效果隨之下降，導致逐漸喪失學習信心和學習熱情[2]。如何培養并保持學生的學習興趣，充分發揮學生的學習主動性是數字信號處理課程教學中需要面對的一個重要問題。因此對傳統的教學方法進行改進，采用多種教學方式激發學生的學習興趣，取得了較好的教學效果。

一、多種教學手段結合激發學習興趣

傳統的課堂教學方式采用黑板板書方式，其優點是師生互動直接，可以自由控制時間，學生在老師板書的過程中有足夠的時間理解和思考，跟進老師思路的壓力較小，適合公式推導、例題講解等內容的教學。但是板書方式形式單調，不適合對抽象的概念和復雜的過程的講解，而且，數字信號處理課程本來每堂課內容多，全采用板書講授方式將很難完成教學任務，加快速度則有些重要難以講到，久之影響教學效果。同時，本課程涉及信號流圖（如FFT流程圖等）、濾波器設計內容中的頻譜圖及設計的結果，如果板書出來將占用珍貴的課堂時間。因此僅用黑板板書的方式顯然并不合適。投影教學方式的優點是形象生動，尤其是有的復雜過程可采用動畫形式展現，學生容易理解，且傳遞的信息量豐富。但長久的盯著亮的屏幕容易造成視覺疲勞，快速的翻頁也會造成部分學生跟不上進度，一堂課下來感覺很累。因此，在課堂教學中，宜采用板書、多媒體教學相結合的授課方式，充分發揮各自教學方式的優點。公式推導、例題講解等可采用板書方式，抽象的概念和理論、復雜的處理過程等則采用MATLAB仿真進行演示或采用動畫形式展現。多媒體課件宜做得精煉，防止出現大幅的內容敘述。由于抽象概念的形象解釋有助于學生的理解，學習興趣也隨之提高。比如在講解長信號的線性卷積時，牽涉到重疊相加法、重疊保留法兩種方法，可采用板書和投影教學相結合的方式進行講解。先提出問題：兩個長度相當的信號的線性卷積可以利用FFT進行快速卷積，但若一個信號很長甚至是無限長時如何實現快速卷積？讓學生進行討論。再使用板書方式推導出長信號的分段卷積式，對分段卷積結果如何處理則采用MATLAB仿真來演示和驗證這一過程。通過MATLAB仿真，長信號的快速卷積就形象的展現出來，學生易于理解了，枯燥的定義和概念也變得生動起來，原本復雜的過程變得簡單而容易接受，有利于知識的理解和掌握，也激發了學生的學習興趣。

二、改進教學方法，激發學生學習興趣

“數字信號處理”理論知識多，學習起來枯燥。但是，如果學生認識到所學的知識有用會激發他們的學習興趣。因此，應加大應用性內容的教學，讓學生參與到相關的實踐活動中有助于提高學生的學習熱情。

1.課程設計提升學習興趣

課程設計是綜合性實踐教學環節，完成課程設計需要綜合應用所學知識，包括查閱資料、方案設計、方案實施、結果分析、方案改進等。實施計劃過程中遇到的困難和障礙構成了學生渴望以挑戰的問題，正是這些問題激勵學生積極思考并尋找解決問題的辦法，在此過程中學習的積極性得以充分發揮。一般而言，學生在接到課程設計的任務后，需要對設計課題進行分析，確定完成此設計需要用到的知識，這些知識可能是已經學習過的，也有未學習過的。學生通過查閱相關資料后，綜合所學的知識、技能，明確需解決的問題和達到的目標，并形成解決問題的技術方法。

比如在FFT的教學中，給定課程設計要求“語音信號的頻譜分析”，要求綜合運用數字信號處理的理論知識對語音信號進行頻譜分析并對語音信號進行處理。在此課程設計中，要求學生掌握Windows 環境下語音信號采集方法，掌握用 MATLAB對信號進行分析和處理的編程方法，設計算法和應用程序，對結果進行分析，撰寫總結和報告等。學生通過理論推導得出相應結論，利用MATLAB作為編程工具實現語音信號的譜分析和濾波。在設計的完成過程中互相交流學習心得，共同探討出現的新問題，培養獲取知識與解決問題的能力。與此同時，學習過程中獲得的成就感激發了他們的學習熱情，并培養了勇于探索開拓進取的學習精神。

在教學中，課程設計的題目可以由教師指定，由學生選擇，如語音信號卷積的實現、圖像信號的濾波等；也可以在教師指導下學生自己選擇。學生通過參與數字信號處理的課程設計，加深了對“數字信號處理”理論的理解，提高了學習的熱情，鞏固了學生數字信號處理的基礎知識，增強了學習興趣。

2.探索性實驗激發學習興趣

探索性實驗是指人們從事開創性的研究工作時，為探尋未知事物或現象的性質以及規律所進行的實踐活動。它對培養學生的觀察能力、思維能力、探索精神以及良好的學習方法具有重要意義。

目前數字信號處理課程配備的實驗大多是驗證性實驗，旨在對所學知識進行驗證，如快速傅里葉變換（FFT）、RIR濾波器設計、IIR濾波器設計等，學生只是使用MATLAB 對教材或實驗指導書上的實驗進行驗證，對實驗結論也是驗證與所學的知識是否一致，遇到不一致的往往知其然不知其所以然，難以結合教材內容進行深入分析。實驗過程中遇到的問題也很難獨立思考和解決。因此，實驗設計僅讓學生懂得實驗的基本過程及僅僅驗證教材上的內容是不夠的，更重要的是培養學生的分析和思考問題能力。探索性實驗將使得學生在實驗過程中通過自己的觀察、思考得出結論，不僅能啟迪思維，培養科學精神和創新能力，更能激發學習興趣。探索性實驗內容可由教師提出，學生依據實驗課題內容查閱資料，設計實驗方案，最終完成實驗并撰寫實驗報告。如卷積在信號去噪處理中的應用，就可以采用高斯模板對被污染的圖像進行卷積以去除噪聲（二維卷積），或對一段被噪聲污染的歌曲進行卷積運算去除噪聲（一維卷積）。通過探索性實驗的開展，改變了傳統實驗的單調性，調動了學生的主動性，提高學生的學習熱情。將驗證性實驗與探索性相結合，不僅有助于知識的掌握和能力的培養，還培養了學生科學素養，對激發學生的學習興趣具有積極意義。

3.建立有利于激發學習熱情的考核方法

作為一門重要的專業基礎課，學生很在乎自己學習成績，設計一套好的評價考核方法能最大限度的激發學生的學習熱情，變被動學習為主動學習。為全面考查學生課堂學習、課外學習、課程設計及探索性實驗效果，需設計閉卷考試、實驗考核、課程設計考核及平時綜合考核的全面考核方式。閉卷考試主要考核基本概念、基本原理等理論知識，實驗考核主要考查學生的實驗技能及分析和解決問題的能力；課程設計考核主要考察獲取知識與解決問題的能力，同時鼓勵學生依據學習內容撰寫小論文，并建立相應的加分制度。

三、結語

“數字信號處理”的特點是理論性強，公式多，比較枯燥難學，學生容易提不起興趣。興趣是最好的老師，是構成學習心理的最活躍的因素。為了達到較好的教學效果，教學實踐中，我們改進傳統的教學方法，在課堂教學中采用多種教學手段結合激發學習興趣，并從課程設計、探索性實驗及建立有利于激發學生學習熱情的考核方法幾個方面著手， 激發學習熱情，促進學生以研究的態度進行學習，在學習中獲得的成就感激發了學生求知欲和學習興趣，這些措施的實施取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]程佩青.數字信號處理教程（第三版）[M].北京：清華大學出版社，2012.

[2]任淑萍，王欣峰.“數字信號處理”的優化教學研究[J].電力學報，2008，23（3）：255-257.

[3]劉永紅，王娜，劉琚.“數字信號處理”課程學習興趣的培養[J].電氣電子教學學報，2014，36（2）：9-11.

[4]馬永奎，高玉龍，張佳巖，張中兆.“數字信號處理”課程設計導向型教學初探[J].電氣電子教學學報，2012，34（4）：96-97.

[5]郭建濤.“數字信號處理”課程的Matlab教學研究[J].電氣電子教學學報，2010，32（3）：117-119.

篇（8）

數字信號處理是一門面向各大專院校電子信息學科的專業基礎課，它的基本概念、基本分析方法已經滲透到了信息與通信工程，生物醫學工程，導航、制導與控制，動力工程，航空工程等領域。學生應采取主動的方式獲取本課程所講述的基本概念和基本分析方法，并可利用其分析、解釋和計算信號、系統及其相互之間約束關系的問題。但多年來，我們的課程教學中仍然普遍采用教師主動、學生被動的滿堂灌輸的教學理念和方法，看似傳遞給學生的信息容量大，實質上學生接受質量和效率并不高。鑒于此，本課題組從理論教學和實踐教學環節入手[1]，經過多年的研究、實踐和探索，對該課程的教學進行了改革，并取得了較好的成效。

二、課程現狀分析

當前的課堂教學存在著以下弊端。

1.學生缺乏對本學科整個課程體系的全貌了解，各門專業課程之間缺乏整體聯系。這使得學生對該課程的前續知識準備不夠，對后續知識認識不足。

2.數字信號處理課程理論性強，內容抽象，涉及的數學知識較多，學習難度較大。傳統的教學模式下，學生會感到內容枯燥難懂，學習興趣不足，學習的積極性、主動性不高。

3.實驗內容中設計性實驗偏少，驗證性內容偏多，缺乏綜合性課程設計內容。致使很多學生沒有興趣在課前搜集整理相關資料，了解相關內容，還是依賴教師課堂講授，被動等待教師解惑。

4.隨著高校不斷擴招，學生人數不斷增加，導致學生整體平均水平相對下降，大班授課教學效果不佳。

三、課程改革思路

課程改革是指教師教學方式及學生學習方式的改變，是教師和學生雙向的改變，是教與學的相互溝通[2]。對于教師來說，要與時俱進，不斷更新教學觀念、教學思想、教學模式，變灌輸式、單向式為啟發式、討論式、研究式教學；對于學生來說，要形成積極主動的學習態度，使獲得知識與技能的過程成為學會學習和形成正確價值觀的過程，由傳統學習方式的被動性、依賴性、統一性、虛擬性、認同性轉變為現代學習方式的主動性、獨立性、獨特性、體驗性與問題性。針對當前國內高等教育中教師過分主動、學生過分被動，理論學習相對過多、實踐動手機會相對太少的特點，應該想辦法調動學生學習主動性、積極性，鼓勵學生充分發揮自己的個性和特長，不斷自主學習、獨立思考、自由創新，努力增加學生動手實踐機會，提高他們的綜合素質和解決實際問題的能力。針對課程現狀，提出以下具體改革措施。

1.針對課程內容之間的聯系問題，學院即將在各專業新生中課程中開設專業導論課程。在這門課中，會粗略講解本專業各課程內容之間的聯系。要想透徹理解數字信號處理課程內容，尤其要先深入理解前續課程信號與系統的精髓內容，即信號的三大變換以及線性時不變系統常用的各種表征方式之間相互聯系。由于信號與系統的內容較之數字信號處理更加抽象難懂，數學公式較多，使很多同學產生畏難情緒，學得一知半解，囫圇吞棗。這導致了相對容易的數字信號處理學起來也有些晦澀難懂了。因此在講述信號與系統課程時就要告知學生課程的重要性及與數字信號處理課程之間的聯系，而在講解數字信號處理課程時則要講述清楚和后續課程之間的聯系及對后續課程學習的影響。

2.針對數字信號處理課程理論性強、內容較為抽象的問題，教師應注重基本概念及其物理意義的講解，加強課程內容與學生生活及現代社會科技發展的聯系，教師應時刻關注本學科前沿動態，提升自身理論水平，將和本門課程有關的先進技術知識引入課堂，將學生感興趣的內容引入課堂，比如數字信號處理在短波通信、數字圖像處理、儀器儀表、汽車系統等領域的最新應用介紹給學生，可大大激發學生的學習興趣，也可讓學生初步了解自己畢業以后可能的就業方向。另外，教師應精選終身學習必備的基礎知識和技能，重點讓學生掌握核心理論、初步信號仿真能力及工程應用，適當減少復雜公式的計算和推導，避免學生陷入到復雜的計算中去。

針對學生學習主動性、積極性不強的問題，教師應改變課程實施過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練的現狀，積極引導學生，善于提問學生，善于培養學生提問，倡導學生主動參與、樂于探究、勤于動手，培養學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、交流與合作的能力。采取翻轉課堂的形式，讓學生到講臺上講解，還可適當給予學分獎勵，這樣既提高了學生學習積極性，又鍛煉了學生的思考及演講能力。本人在課程教學中采用課堂互動、討論、學生講授、分組論文寫作等新的教學方法和教學手段，取得了比較滿意的教學效果。

3.針對缺乏設計性及綜合設計性實驗的問題，由于課時較少，本課程只有4次8個小時的實驗，這種現狀下，課內設置50%的設計性實驗，一些綜合性的設計實驗只能作為學生的課后大作業來完成。將學生分為3―5人一組，每組選一個課題完成，課題內容盡可能接近實際項目。每個小組成員根據自身特點領取相應任務和資源，這樣既可鍛煉自身能力，又可培養團隊意識。在課題實施過程中，教師起引導作用，可以幫助學生分析所遇到的問題，鼓勵學生自己探索、思考解決問題的方法，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。

4.針對班型較大問題，在師資力量允許的情況下盡量小班授課，以保證授課質量。若師資力量薄弱，則采取理論課大班授課，而實驗課小班教學的方式，便于教師及時發現問題，學生能及時得到指?А2捎?MOOC教學也是不錯的解決辦法，MOOC教學突破了傳統課程時間、空間的限制，突破了傳統課程人數限制，便于學生學習，也便于和學生互動。我們已經著手錄制教學視頻，放到網絡平臺，作為課堂教學的有力補充，進一步提升學生的學習質量和學習效率。

四、?n程考核

篇（9）

作者簡介：盧迪（1971-），女，天津人，哈爾濱理工大學電氣與電子工程學院，教授；蘭朝鳳（1981-），女，黑龍江哈爾濱人，哈爾濱理工大學電氣與電子工程學院，講師。（黑龍江 哈爾濱 150080）

基金項目：本文系黑龍江省新世紀高等教育教學改革工程項目（項目編號：66996）、哈爾濱理工大學教育教學研究項目（項目編號：C201200011）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）16-0086-02

自大學擴招以來，各高校普遍存在學生多教師少現象，因此本科生的公共課、專業課的講授常采用大班額配課制度，學生數在百名左右。大班教學帶來的問題主要有兩個方面：一方面是大班教學對學生學習積極性的影響。在大班教學中，師生之間的交流較小班教學減少，學生的個性差異和獨特性被忽視，學生往往學習動機較低、學習積極性較差、學習被動、注意力不集中，師生之間和生生之間互不認識、互動很少。[1-3]另一方面，從教師的角度來說，由于大班教學導致學生發言、表達自己的意見機會大大減少，課堂氣氛比較沉悶，教師往往采用“一言堂”的教授模式，教學方法單一，而且由于課堂教學時間有限、學生數多，教師很難從學生那里得到有效反饋，不能全面了解學生對課程內容的接受、理解程度。

針對這些問題，越來越多的高校教師關注于大班教學方法的研究，從中國知網的統計來看，2010年發表的相關研究論文有123篇，2011年有203篇，2012年有155篇。這些論文中，80%左右的研究集中于大學英語等公共課程，而對專業課程的大班教學方法研究較少，因此本文針對“數字信號處理”這門專業課的大班教學方法進行了一些探討。“數字信號處理”課程是通信工程、電子信息工程、信息工程、自動控制、測控儀器等專業的重要專業基礎課。該課程理論性強、數學知識應用較多、物理意義不明顯，公式推導多，是學生普遍認為較難學懂、理解的課程之一。本文針對大班教學環境特點，從激發學生學習主動性，構建學習共同體方面出發，通過改善課堂效果，提高課堂上的學習效率，達到提升“數字信號處理”課程大班教學質量的目的。

一、建立“學習共同體”教學模式

“學習共同體”是指由學習者及助學者（包括教師、專家、輔導員等）共同構成的團體。團體成員在學習過程中經常進行溝通、交流，并分享各種學習資源，共同完成一定學習任務，形成相互影響、相互促進的人際聯系。學習是學習者主動構建內部心理表征的過程，學習過程需要與物和教材對話、與他人對話、與自己對話。為此，教師要在教學過程中給學生“自主學習的空間”，使學生針對任務或問題去思考、分析、理解、探究，和學生構建“學習共同體”，增進師生之間、學生之間的協作和互動，[4]將學習的主動權歸還給學習者，激發學生內在學習動力，將傳統課堂教學活動中教師負責“教”、學生負責“學”的單向活動回歸到師生互教、互學的雙向活動，師生關系不再是“管理者—被管理者”的關系，而是“民主平等”的關系。課堂上，教師不再是知識的主講者，而應像主持人一樣，是知識的介紹者和串聯者，學生應作為知識的“主講者”闡述其對知識的理解。只有理解“知識”，而不是死記硬背“知識”，才能應用“知識”。譬如在講授傅里葉變換時，教師在課堂上可以先從周期信號的分解歷史開始介紹，從18世紀Euler、Lagrange等科學家對弦振動的分析（此內容物理中有相應實驗），19世紀Fourier給出了周期信號級數的展開和積分、Parseval關于時域和變域的能量守恒原理、Dirichlet給出的級數和積分條件、Gibbs闡述的吉布斯現象，到20世紀無線電的產生、Nyquist采樣定理、Wiener功率譜、Cooley&Tukey給出的FFT算法等。通過對傅里葉變換演變歷史的介紹，學生很容易接受將任意信號分解為三角函數或指數函數形式的必然性，進而理解傅里葉變換的重要意義，掌握信號從時域到頻域的轉換過程。鼓勵學生利用強大的網絡資源，對教師介紹的有關歷史進行深一步的挖掘。在這個過程中，學生會對相關知識進行初步學習，當課堂上教師講解到相關知識點時，學生可以進一步補充自己了解的內容和對該知識點的理解。

大學工科專業課所講內容本質上是數學、物理、化學等基礎知識在工程實踐中的應用，如何將這些基礎知識與工程實踐相結合是工程類本科學生必須掌握的技能，而只有理解這些基礎知識才能很好地應用它們。英國著名哲學家和物理學家波蘭尼將人類的知識分為顯性知識和默會知識，其中默會知識本質就是理解力，是一種領會進而把握經驗、重組經驗，從而達到對它的理解和控制能力。相同的教師給同一批學生授課，但是每個學生的理解程度不一樣，這就是默會知識掌握程度不同。默會知識的獲得是與特定的問題或任務情景聯系在一起的，由于每個學生的理解方式都受其獨特的生活和文化環境影響，因此對相同問題的理解也是不一樣的。掌握默會知識的最好方法就是讓學生置身于知識所在的日常實踐情景和科學實踐情景中，通過參與專家、同伴的思考和行動過程而獲得那些不能明確表達的規范、準則等。

為加強“數字信號處理”這門課的實踐性，嘗試將學生分為Flash課件制作組、MATLAB課件制作組，DSP程序編寫組等，讓學生將比較抽象的數字信號理論知識用自己的方式形象化表達出來，以判斷其對默會知識的掌握。通過小組合作，學生可以充分闡述自己的學術觀點，在觀點的碰撞中，觸發靈感，加強批判性思維，提升對所學知識的理解程度。

二、課堂效果的掌控

“學習共同體”的建立是要激發學生內在的學習動力，調動學習主動性，而課堂學習效率的提高可以達到事半功倍的效果。首先要建立統一、規范的課堂秩序，如上課不遲到、不早退，上課時不準許使用手機、筆記本電腦等電子設備，不能無故大聲喧嘩，發言前要舉手示意教師等基本行為準則。沒有規矩不成方圓，在確保課堂教學秩序的前提下，才能保證教學效果，要使學生清楚了解、理解這些行為規范，并自覺遵守執行。其次，教師要利用語言表達能力和肢體語言吸引學生的注意力。教師的語言要簡潔、準確、生動、富有邏輯性，可以通過聲調的變化強調所講知識點的重要性。由于采用多媒體教學，教師不用一直站在講臺上，可以到學生座位附近邊走邊講，這樣，不僅可以縮短師生之間的空間距離，還可以縮短師生之間的心理距離。當教師走到學生身邊時，學生必定會將注意力轉移到教師身上，提高了其聽課的專注度。教師在教室內的走動，還有利于隨時維護課堂秩序，并隨時得到課堂信息的反饋。

課堂秩序的規范不是要求學生沉默地聽，而是要保證正常的教學秩序，學生如果想要發表自己的見解，可以隨時舉手示意教師。教師鼓勵學生之間進行討論，而教師則處于一種裁判的地位，負責給出結論和維持課堂秩序。這樣，在課堂教學中，教師不再始終處于主講地位，而是將學習的主動權交給學生，激發學生主動學習的能力。

三、“數字信號處理”課程的形象化教學

在文獻[5]、[6]中都提到了“數字信號處理”課程形象化教學方法，目的是更好地幫助學生建立起數學描述與物理概念、物理過程之間的聯系。因此在課堂上，教師要鼓勵學生將數學描述用圖形的方式表達出來。譬如在學完DFT的定義后，可以啟發學生將拉氏變換，連續時間信號傅里葉變換（FT）、序列傅里葉變換（DTFT）與離散傅里葉變換（DFT）在s平面、z平面上畫出來。雖然教材上有相關圖形，但是可以讓學生將這幾個圖形及模擬濾波器的頻率響應、數字濾波器的頻率響應繪制在一張紙上，如圖1所示。在圖1（a）中，虛軸上的拉氏變換對應連續時間非周期信號的FT；當時間信號為非周期序列時，進行DTFT變換，那么z平面上（如圖1（b）所示）的單位圓對應的是序列的FT，此時學生可以清晰地看出數字頻率仍然是連續的，但是具有了周期性質，這種頻率連續的信號仍然不能用數字處理芯片進行處理，因此要在單位圓上進一步將連續的進行離散，如圖1（c）所示，將單位圓N等分，即，可清楚表明DFT的概念。在解釋圖1（d）（e）時，重點強調模擬濾波器的角頻率范圍是，而數字濾波器的數字角頻率是周期性的，只研究這一個周期就可以。

在課堂講授中，多媒體教學能將抽象、生澀的知識形象化、直觀化，改變了傳統教學中粉筆加黑板的單一、呆板的表現形式。在多媒體教學上，可以將PPT、flash和MATLAB綜合在一起應用。例如，在講解卷積、圓周卷積等概念時，由PPT給出相應概念與公式，用flash展現2個序列做卷積、圓周卷積的過程。將圓周卷積中的移動序列做成一條貪吃蛇的形狀，學生們看了之后，對圓周卷積有了一種直觀的認識，對其原理的理解也更透徹。此外，多媒體教學信息量大，可以提高課堂的教學效率。但是，對于“數字信號處理”這類理論較強的課程，單純使用多媒體教學，效果往往不佳，譬如在推導一些定理、公式時，推導過程直接呈現在PPT上，學生一眼掃過，導致思路跟不上（或也不愿意思考），理解不透徹，此時還是傳統的板書效果更佳。在授課中，將知識的重點、難點及重要公式的推導由板書的形式呈現出來，方便學生記筆記，有利于學生日后對資料的整理和復習工作。

四、小結

“數字信號處理”是一門理論強、公式多、難理解的課程，在大班教學環境學下，如果學生不積極參與到教學活動中，則教學效果不佳。通過推行“學習共同體”思想，激發學生學習的內在主動性，通過形象化教學，提高學生學習的外在興趣點，以達到學好、學透“數字信號處理”這門課的目的。

參考文獻：

[1]陳艷蓮.高校大班教學存在的問題及教學方法的優化[J].教育與職業，2011，（12）：164-165.

[2]劉曉利.“特朗普制”教學模式與大班課堂教學的控制[J].計算機教育，2011，（12）：59-61.

[3]于化新，劉慧慧，謝鑫.大班教學問題與策略的探討[J].當代教育論壇，2011，（6）.

篇（10）

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）22-0212-02

字信號處理是一門基礎性很強的課程，信號與系統是它的先修課程，通信原理是它的拓展課程，該課程集數學、計算機和電子學為一體，是一門交叉學科。在數字信號處理課程中，既涉及基礎理論和算法，還涉及硬件電路，覆蓋面很廣。對該課程的講授也不能僅僅采用理論教學的方法，尤其是在工程教育的背景下，對學生的要求越來越高?；诠こ探逃尘?，本論文以創新人才培養為目標，探索數字信號處理有效的教學方法和教學手段，培養學生分析問題和解決問題的能力。通過對教學方法的改革，將教學的指導思想變為以學生為主，改變學生傳統的學習方式，充分調動學生學習的積極性，激發學生的學習興趣，提高工程設計能力，為數字信號處理及其相關課程的改革提供參考和借鑒。

1.調整課程教學目標，強調工程素養及創新精神和實踐能力的培養。根據學校本科生培目標的要求，在教學中要以加強基礎、重視實踐、增強能力、提高素質為目標，課程體系要分層次、多模塊，即涉及基本技能培養有包含創新能力的培養。

2.調整教學理念。數字信號處理課程的教學理念應該是針對不同的教學內容，采用多種教學方式相結合，通過啟發的方式，調動學生學習的積極性和主動性，激發學生學習的興趣和能力，逐步提高學生獨立分析、解決問題的能力，為今后的學習和工作打下基礎。

3.改革教學方法。多種教學手段相融合，構建多元化、立體化教學模式。因為數字信號處理課程內容很抽象，理論性很強，傳統的教學方式是教師的講授式教學，學生往往處于被動接受的地位，這樣就抑制了學生的學習主動性。為了改變這一現狀，需要針對不同的教學內容，采用多種教學方式相結合的多元式教學模式，引導學生參與教學活動，變學生的被動學習為主動學習。①講授式教學，對于課程中那些基礎性較強，理論性較強的內容，學生難以理解，需要老師進行透徹的分析和細致的講解。在教學過程中，教師要注意啟發和引導學生，而不是全盤灌輸，要注意教學的生動性，用生動的案例來吸引學生。②研討式教學，采用研討式教學方法，教師需要針對不同的教學內容和教學目標要求，精心思考，提出難度適中符合邏輯的問題，使學生能和同伴之間通過積極的討論交流，達到自主學習的目的。研討的內容以教材為主，輔以周圍的生活實際，教學環境輕松自由，充分調動學生的學習積極性，鼓勵他們自由表達，提出問題，對問題進行探討，讓學生通過這種研討式的方式將所學的知識應用于解決實際的問題。③啟發式教學，在教師主持下，為學生創設一個良好的學習氛圍，調動其學習知識的積極性、主動性和創造性，引導學生對學習能夠舉一反三，激勵學生的學習興趣，促進學生的自學能力、分析和解決問題的能力、創新和組織能力的發展。④網絡環境下的自主學習與協作學習，充分利用網絡的信息開放性，構建多媒體化的協作、自主學習情境。數字信號處理課程網站主要有下面幾個特點：一是較為豐富的教學資源，選編和收集國內外與課程內容有關的多媒體素材等，向學習者提供豐富的學習資源。二是相對靈活的網絡交流，網站不僅實現了本課程的各個方面資源的表達共享，還通過服務器端程序的編制，實現一個的交流平臺BBS。通過在線交流，學生老師實現遠程交互，反饋信息。三是靈活的信息呈現，網站綜合運用圖片、多格式文本FTP系統等各種技術，把課程的資料以豐富多彩的形式呈現給學生。

4.完善教學文件。在教材建設方面，密切聯系本學科和交叉學科的國內外最新發展動態，在參考國內外優秀教材的基礎上編寫適合本專業培養方案的《數字信號處理》教材，輔之以MIT大學等一些在數字信號處理教學中有重要影響的高校教材，并在現代信號處理、MATLAB輔助信號處理、DSP原理與應用等方面配合指定了大量教學參考書，使學生學習目的和發展方向明確化。同時提供相應的CAI課件、網絡課程，以逐步形成立體化多媒體化的教材體系。

5.教學手段改革。教學手段上改變傳統的粉筆式教學，逐步輔以圖片、幻燈、錄像、投影、CAI課件等多媒體信息，讓抽象的原理能夠以形象實用的方式高效地展現。

6.考試改革。啟發式、探究式、討論式、參與式等多元化教學的同時，也要改革考試方式。考試方法從某種意義上來說，是引導學生學習的指揮棒，這根指揮棒的運用是否得當，對學生學習能力的培養將產生很大的影響。在考核方式上，可以采用開卷、閉卷等多種形式。注重學生的日常知識積累、檢測學生的綜合設計能力。在考核內容上，注重學生的分析和綜合能力，在強調考核知識的綜合應用、基本概念以及基本內容的同時加大分析與綜合型試題的比重，并有10%的拓展、創新題。這樣，可以在保證試卷適用于大部分學生的同時，也拉開了成績的分布，能夠較為客觀地考核學生的學習狀況。評價形式多元化，既有分數，也有評語；既有課內，也有課外?？梢宰寣W生參與課程考核的評價方案，讓他們及時了解自己在自我構建知識體系的過程中取得的成績和進展，使考核評價成為一個繼續學習的過程，充分體現學生在自主學習中的主題地位。

7.提高教師素質，打造教學和科研團隊。多元化教學方法的改革需要教師有充足的知識儲備，以應對學生可能提出的很多問題，所以教師要加強理論知識學習，增加理論知識儲備與應用能力，不斷完善自己的知識結構與智力結構。需要建立一支在素質上具備良好的職業道德和高尚的思想境界、具備現代教育理念、掌握現代教育技術、具備較強創新精神的教學科研能力的教師隊伍。

通過工程教育背景下實施數字信號處理多元化教學方法的改革與實踐，構建了新的課程體系，從整體上對“數字信號處理”課程內容進行了整合和優化，初步建立信號處理多元化教學新模式，將多種教學手段和方式相結合，取得良好的教學效果。

參考文獻：

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[2]趙春暉，張朝柱，楊莘元.多媒體教學課件的設計與制作[J].哈爾濱工程大學學報（教育科學版），2006，（3）：26-31.

[3][美]奧本海姆，著.信號與系統[M].劉樹棠，譯.西安交通大學出版社，2000.

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篇（11）

中短波電臺在歷史上為保證航行安全做出了重要貢獻，至今仍承擔海上通信安全、遇險、救助等任務。目前在我國沿海有上海、廣州、天津、大連等電臺，它們的工作方式基本上是VHF，SSB，NBDP，Morse，覆蓋的頻段為400KHz到30MHz。由于各種通信技術的發展和應用，中短波通信受到越來越大的沖擊。不但它的應用范圍上有很大的局限性，而且更是由于中短波電臺系統大多采用模擬方式，它的抗干擾性差，不穩定性而產生的噪聲使它的通信質量難以得到保證。目前，通信數字化技術已相當成熟，基于這個技術本論文提出了中短波通信數字化的觀點。數字系統與模擬系統不同，它的特性不易隨使用條件的變化而變化，數字信號可以存儲，可以按照理論算法運算，可以獲得較高的指標。這些特點決定了中短波通信的噪聲可以通過數字化來解決。

1.2中短波電臺的發展方向

在我國不同區域、不同級別、不同用途、不同波段的無線電臺很多，無線電臺的這些特點，不但使相互間的聯合通信很困難，也給電臺的功能擴展增加了難度，同時更為重要的是，它使電臺無法適應新技術的飛速發展而及時更新換代。因此采用數字化技術，對來自天線射頻的信號直接進行采樣，以通用的數字信號處理器為硬件平臺，用軟件來完成無線電臺的所有功能，是無線電臺的發展方向。

根據我國的目前的情況，改造現有的模擬電臺具有非常重要的意義，因為它是使通信設備向小型化、模塊化、數字化和軟件化過度的一種切實可行的方法。對于短波無線電臺而言，隨著數字信號處理技術的發展和數字器件越來越多的應用到HF收發信機設備中，現有的HF收發信設備普遍采用微處理器作為電臺控制，有的采用了數字式頻率合成器，采用了數字式天線匹配器，有的還采用了數字信號處理器以實現自適應鏈路建立和抗干擾通信。

進入九十年代，國外的通信廠家推出的新型HF收發信設備，出現了數字化接收機，數字化發射激勵器、數字化電臺等設備。這類設備同以往設備的最大區別是采用數字信號處理技術代替了以往設備中與各種工作方式有關的模擬器件，這樣可以利用數字信號處理方面的許多優點，例如在模擬設備中的邊帶濾波器的群遲延特性在通帶范圍內是U型的，不是常數，而在數字信號處理中用FIR濾波器很容易實現群遲延特性為常數。

HF收發信設備數字化的實質是收發信設備中信道部分的數字化，它采用數字信號處理技術實現音頻與中頻之間的頻潛變換，涉及的內容主要有音頻處理，各種工作方式的調制/解調，中頻及射頻的自動增益控制/自動電平控制。

HF收發信設備信道數字化后，由于采用了大規模集成電路取代分立元件，用軟件實現濾波器等功能，簡化了硬件電路，同時提高了性能指標和可*性，也增加了電臺靈活性，為軟件無線電打下了基礎。

現有的模擬式HF收發信機設備均采用2至3個中頻，否則無法實現高的性能指標。理想的數字化方案應是*近天線的數字化，考慮到HF波段的特點和現有的技術，現在取消中頻直接在射頻上數字化在技術上是非常困難的，在目前是難以實現的，較好的數字化方案是應該在較適中的頻率上數字化。

收發信機普遍采用高中頻的方案：第一中頻在40MHz到100MHz之間，受到硬件技術發展水平的限制，在一中頻實現數字化是非常困難的，因此HF收發信機的數字化主要集中在9MHz、2.5MHz、500KHz、200KHz。

高于200KHz中頻的數字化通常只采用兩個中頻，而低于200KMz中頻的數字化往往要采用三個中頻。采用三個中頻的HF收發信設備較采用兩個中頻的HF收發信設備的硬件電路要復雜。在較低的中頻上數字化是采用三個中頻的主要原因，目前的技術在二中頻上實現數字化己經成熟，且在三中頻上數字化也沒有明顯的好處，所以新的數字化方案中避免在較低的中頻上數字化。

綜上所述，目前的HF收發信設備的數字化方案應采用雙中頻方案，在二中頻上實現數字化，二中頻的頻率應高于200KHz。在較高的中頻上實現數字化可以獲得較高的處理增益，達到較高的性能指標。

2．多級抽取數據處理原理

對于數字電視廣播信號反射回波的頻譜分布，我們只對其中心頻率附近可能出現的運動目標的一段頻譜感興趣，例如：由傳輸速率決定的數字電視廣播信號的頻譜寬度為432MHz，而實際目標可能覆蓋的頻段不會超過20kHz。如果對所有采樣點計算FFT，計算量非常大，且這樣的計算效率很低。如果采用信號抽取方法就可以做局部的譜分析，提高計算效率。實現局部頻譜分析的工作原理，如圖1所示。信號經過復調制，把要進行分析的一段頻譜（例如X0附近）搬移到零頻附近，然后進行MB1的抽取，這樣在較少的點數下做信號頻譜分析，達到細化頻譜的目的。

但是當抽取因子M很大時，一次抽取對濾波器的特性要求很高，為濾波器的設計帶來困難。如果采用多級采樣率變換來實現抽取，不但可以簡化濾波器的設計，而且可以進一步減少計算量和系統的存儲量。

3．多抽樣率數字信號處理技術

在一個信號處理系統中有時需要不同的抽樣率。這樣做的目的有時是為了系統中各處需要不同的抽樣率，以利于信號的處理、編碼、傳輸和存儲，有時是為了節省計算工作量。使抽樣率降低的抽樣率轉換稱為抽取；使抽樣率升高的抽樣率轉換稱為內插，抽取和內插是多抽樣率信號處理的基木環節。

3.1多抽樣率數字信號處理

實現多抽樣率變換的基本方法包括：整數抽取、整數內插、抽樣速率的有理數變換等。

（1）整數抽取

如圖2所示為整數抽取器的結構，其中為抗混疊低通濾波器，其理想頻域響應為：

（1）

設輸入信號的頻域響應為，通過計算可得輸出信號的頻域響應為

（2）

若滿足（1）式，則有。即整數抽取序列的數字譜是M個輸入序列經頻譜擴展（M倍）和周期移位后的迭加譜，提高了信號的頻域分辨率。

圖2整數抽取器的結構

（2）整數內插

如圖3所示為整數內插器的結構，其中為平滑低通濾波器，其理想頻域響應為：

（3）

圖3整數內插器的結構

設輸入信號的頻域響應為，通過計算可得輸出信號的頻域響應為

（4）

即整數內插序列的數字譜是輸入序列經L倍壓縮后的譜提高了信號的時域分辨率。

（3）抽樣速率的有理數變換

以上介紹的整數內插與抽取都屬于采樣速率的整數變換，將其推廣可得抽樣速率的有理數變換。有理數（L/M）倍的速率變換可以這樣來實現：首先通過L倍內插然后進行M倍抽取。其中為內插低通濾波器與抽取低通濾波器合二為一，滿足下式，式中

（5）

3.2濾波器設計及實現

在多抽樣率系統中我們總是設法把乘法運算安排在低抽樣率的一側以使每秒鐘內的乘法次數（MPS）最少。但在抽取器和內插器中濾波的卷積運算都是在抽樣率較高的一側，例如實現抽取器的運算，如果先做抗混迭濾波的卷積計算然后抽取，則必然有很多計算工作是徒勞的，而且一個卷積運算又必須再在輸入信號的抽樣時間間隔內完成，這樣就使得每秒鐘的乘法次數很高。在實現多抽樣率系統時，FIR結構具有很大的優越性。一方面它絕對穩定的，并具有很容易做成線性相位的優點，另一方面也容易實現高效結構。

多抽樣率系統的實現一般有3種結構：直接實現、多相結構的實現、時變網絡的高效實現。在實際中應用廣泛的是多相結構的實現，同時在HSP50215、HSP50214中也主要使用這種方式。多抽樣率系統中的多相表示和整數倍內插器表示兩種方式。其中多相表示又稱為多相分解，是指將數字濾波器的轉移函數H（z）分解成若干個相位不同的組。通常，對于簡單整系數濾波器，在抽取系統中，當抽取因子D不恰好是2的冪，但包含多個二倍抽取器的級連，我們常常在抽取系統的第一級（或內插系統的最后一級）采用運算極為簡單的整系數濾波器，因為這種簡單的整系數濾波器的的低通濾波性能并不很好，所以它只用于抽取系統的第一級或內插系統的最后一級，其余各級則仍使用半帶濾波器。這是HSP502I4中CIC濾波器和半帶濾波器級連這種結構設計的依據。

（1）數字高通濾波器的設計

設采樣頻率為F=250Hz，為了減少孔徑誤差，其頻率穩定度遠遠高于電網頻率穩定度（由需要的處理精度確定）。其中對于孔徑誤差，它指因采樣頻率不穩定造成采樣脈沖未在預定時刻t0出現，而是在t0之前或之后出現，所采樣的值與實際t0時刻的值之差。其頻率穩定度為max[|f－f0|]/f0，式中f0為標準頻率，f為實際出現或允許出現的頻率，且N=125，其中：

|Gd（k）|=[0，a1，a2，1，…，1，a2，a1]（6）

Gd（k）=exp（－jkpi（N－1）/N）k=0，1，2，…，N－1（7）

式中N為Gd（k）的長度，在計算機上調整a1和a2，可改變高通濾波器的頻率特性。由傅里葉反變換可求得其N點單位抽樣響應g（n）=IDFT（Gd（k）），且g（n）對稱。

（2）由數字高通濾波器到多帶阻帶通濾波器

根據多抽樣率思想，對g（n）進行插值，每一個g（n）后面插入K－1個0，令h（n）=g（n/K），n=0，K，2K，3K，…，（N－1）K；h（n）=0，n=其他。并取h（n）的長度為KN，K=F/50=5。

由多抽樣率理論很容易推導出h（n）的頻譜將是g（n）的頻譜的K倍壓縮。在matlab上仿真，由h（n）的頻譜圖可以看出，其阻帶中心頻率在0Hz，50Hz，100Hz，150Hz，200Hz處。

調整a1和a2的值，可達到阻帶寬度為0.36Hz時，衰減超過60dB；阻帶寬度為0.4Hz時，衰減超過52dB；通帶下限頻率（或上限頻率）與阻帶中心頻率的差為2（F/N）/（F/50）=2×50/N=0.8Hz，通帶減不超過3dB。在直流附近，低于0.18Hz的信號將被濾掉，衰減大于60dB，大于0.8Hz的信號將得到保留，其衰減不超過3dB，在通帶內的紋波系數小于1.2%。

參考文獻：

1．宗孔德，《多抽樣信號處理》，清華大學出版社，2004

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