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1、 信號分析與處理 課程名稱：信號分析與處理（Signal Analysis and Processing） 課程編碼：121020 學(xué) 分：4分總學(xué)時：64學(xué)時，其中，理論學(xué)時：58學(xué)時；實驗學(xué)時：6學(xué)時 適用專業(yè)：地球物理學(xué)、勘查技術(shù)與工程 先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、工程數(shù)學(xué) 一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù) 《信號分析與處理》是勘查技術(shù)與工程和地球物理學(xué)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要為地震勘探原 理、地震資料和測井資料數(shù)字處理、地震波理論等課程奠定基礎(chǔ)。本課程以信號的正交分解為基 點，闡明連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的時域分析、頻域分析和復(fù)頻域分析方法，以及離散時間信號與系 統(tǒng)的頻域和Z域分析方法。通

2、過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握信號分析的基本理論和方法，對連續(xù) 與離散的分析理論之間有一個清晰的框架結(jié)構(gòu)，掌握濾波器的設(shè)計理論和方法。 二、理論教學(xué)基本要求 課堂教學(xué)應(yīng)力求使學(xué)生弄清基本概念，熟練掌握基本內(nèi)容。在了解基木概念的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng) 結(jié)合各專業(yè)特點，理論聯(lián)系實踐，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析問題和解決問題的能力，努力克服死記硬背的學(xué)習(xí)方法。 三、理論教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時分配 第一章信號與系統(tǒng) 本章重點和難點：常用基本信號、信號的基本運算 第一節(jié)信號與系統(tǒng)的基本概念及其分類 第二節(jié)常用基本信號 第三節(jié)周期信號和能量信號的判別 第四節(jié)信號的基本運算 第五節(jié)系統(tǒng)的性質(zhì)及其判別 第二章時域分析

3、 本章重點和難點：信號的正交分解 第一節(jié)信號的正交分解 第二節(jié) 卷積運算（線性卷積、周期卷積、循環(huán)卷積） 第三節(jié)相關(guān)分析 第三章頻域分析 本章重點和難點：抽樣定理 第一節(jié)連續(xù)時間周期信號的付立葉級數(shù)及頻譜特征（CTFS） 第二節(jié)連續(xù)時間信號的付立葉變換及頻譜特征（CTFT） 第三節(jié)線性時不變系統(tǒng)的頻域分析 第四節(jié)抽樣定理 第四章復(fù)頻域分析 本章重點和難點：系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 第?節(jié)連續(xù)時間信號的拉普拉斯變換（LT） 第二節(jié)線性時不變系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 （系統(tǒng)函數(shù)、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、LT與CTFT的關(guān)系、系統(tǒng)的相位類型） 第五章離散信號的付立葉分析 的學(xué)習(xí)方法。 三、理論

4、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時分配 第一章信號與系統(tǒng) 本章重點和難點：常用基本信號、信號的基本運算 第一節(jié)信號與系統(tǒng)的基本概念及其分類 第二節(jié)常用基本信號 第三節(jié)周期信號和能量信號的判別 第四節(jié)信號的基本運算 第五節(jié)系統(tǒng)的性質(zhì)及其判別 第二章時域分析 本章重點和難點：信號的正交分解 第一節(jié)信號的正交分解 第二節(jié) 卷積運算（線性卷積、周期卷積、循環(huán)卷積） 第三節(jié)相關(guān)分析 第三章頻域分析 本章重點和難點：抽樣定理 第一節(jié)連續(xù)時間周期信號的付立葉級數(shù)及頻譜特征（CTFS） 第二節(jié)連續(xù)時間信號的付立葉變換及頻譜特征（CTFT） 第三節(jié)線性時不變系統(tǒng)的頻域分析 第四節(jié)抽樣定理 第四

5、章復(fù)頻域分析 本章重點和難點：系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 第?節(jié)連續(xù)時間信號的拉普拉斯變換（LT） 第二節(jié)線性時不變系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 （系統(tǒng)函數(shù)、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、LT與CTFT的關(guān)系、系統(tǒng)的相位類型） 第五章離散信號的付立葉分析 的學(xué)習(xí)方法。 三、理論教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時分配 第一章信號與系統(tǒng) 本章重點和難點：常用基本信號、信號的基本運算 第一節(jié)信號與系統(tǒng)的基本概念及其分類 第二節(jié)常用基本信號 第三節(jié)周期信號和能量信號的判別 第四節(jié)信號的基本運算 第五節(jié)系統(tǒng)的性質(zhì)及其判別 第二章時域分析 本章重點和難點：信號的正交分解 第一節(jié)信號的正交分解 第二節(jié) 卷積運算（線性卷積、周期

6、卷積、循環(huán)卷積） 第三節(jié)相關(guān)分析 第三章頻域分析 本章重點和難點：抽樣定理 第一節(jié)連續(xù)時間周期信號的付立葉級數(shù)及頻譜特征（CTFS） 第二節(jié)連續(xù)時間信號的付立葉變換及頻譜特征（CTFT） 第三節(jié)線性時不變系統(tǒng)的頻域分析 第四節(jié)抽樣定理 第四章復(fù)頻域分析 本章重點和難點：系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 第?節(jié)連續(xù)時間信號的拉普拉斯變換（LT） 第二節(jié)線性時不變系統(tǒng)的復(fù)頻域分析 （系統(tǒng)函數(shù)、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、LT與CTFT的關(guān)系、系統(tǒng)的相位類型） 第五章離散信號的付立葉分析 （8學(xué)時） （6學(xué)時） （8學(xué)時） （6學(xué)時） （8學(xué)時） 本章重點和難點：DFT、FFT的應(yīng)用 第

7、一節(jié)離散時間付立葉級數(shù)（DTFS） 第二節(jié)離散時間付立變換（DTFT） 第三節(jié)離散時間又離散頻率付立變換（DFT） 第四節(jié)DFT的快速算法（FFT） 第五節(jié)FFT應(yīng)用（線性卷積、相關(guān)、Hilbert變換） 第六章Z變換 木章重點和難點：離散系統(tǒng)的Z域分析 第一節(jié)Z變換的定義及收斂域 第二節(jié)Z變換的性質(zhì) 第三節(jié)逆Z變換 第四節(jié) 離散系統(tǒng)的Z域分析第七章數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu) 本章重點和難點：數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu) 第一節(jié)IIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)第二節(jié)FIR數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu) 第三節(jié)信號流圖第八章IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計本章重:點和難點：Butterworth低通濾波器的設(shè)計

8、第一節(jié)Butterworth低通濾波器的設(shè)計 第二節(jié)模擬濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的方法 第三節(jié)頻率變換法 第九章FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計木章重點和難點：窗函數(shù)法設(shè)計濾波器、最小平方法 第一節(jié)窗函數(shù)法 第二節(jié)頻率抽樣法 第三節(jié)最小平方法 四、實驗 （8學(xué)時） （4學(xué)時） （6學(xué)時） （4學(xué)時） 1.實驗?zāi)康呐c任務(wù) 信號分析與處理是勘查技術(shù)與工程和地球物理學(xué)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要為地震勘探原理、 地震資料和測井資料數(shù)字處理、地震波理論等課程鋪墊基礎(chǔ)。通過本課程的實驗教學(xué)，使學(xué)生加 深對理論知識的理解，提高學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹?shù)目茖W(xué)作風(fēng)及分析問題、解決問題的 能力。 2.實

9、驗教學(xué)基本要求 要求學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識和《程序設(shè)計》方法設(shè)計出實驗所要求的程序，通過設(shè)計程序來掌握卷積運算、相關(guān)運算和FFT變換的方法原理。 3.實驗項目與類型4.實驗教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配 序號 實驗項目 學(xué)時 實驗類型 備注 演示 驗證 綜合 設(shè)計 必做 選做 1 合成地震記錄（卷積實驗） 2 V V 2 信號檢測（相關(guān)實驗） 2 V V 3 頻譜分析（FFT實驗） 2 V V 實驗一 合成地震記錄（2學(xué)時） （1）目的要求 通過對合成地震記錄的制作，讓學(xué)生掌握卷積運算方法。 （2）方

10、法原理 給定一多層介質(zhì)模型，通過層速度和密度求其反射系數(shù)；給定一理論子波，求子波與反射系數(shù)的卷積，即得合成地震記錄（炮集記錄） 實驗二信號檢測（2學(xué)時） （1）目的要求 通過對合成地震記錄進行相關(guān)運算，讓學(xué)生掌握相關(guān)在地震勘探中的應(yīng)用。 （2）方法原理 對炮集合成記錄逐道與近炮道進行相關(guān)，求相關(guān)函數(shù)的最大值對應(yīng)的時移量，加 上近炮道的初至?xí)r間，即得該道的初至?xí)r間，將各道初至?xí)r間連線即為初至拾取結(jié)果。 實驗三頻譜分析（2學(xué)時） （1）目的要求 通過對合成地震記錄進行頻譜分析，讓學(xué)生掌握振幅譜和相位譜的求取方法。 （2）方法原理 給定一道合成記錄，用窗函數(shù)將其不重疊分成三段，分別對每一段記錄用FFT求取振幅譜和 相位譜，觀察主頻向低頻移動的現(xiàn)象。 5.實驗考核辦法 實驗操作60%；實驗報告40%?？己顺煽円?0%計入課程總成績 五、大綱說明 本課程教學(xué)總時數(shù)為64學(xué)時，由于本課程難學(xué)，可安排一些習(xí)題課。 六、教學(xué)參考書 [1] 王云專等.信號分析與處理[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006年. [2] 劉順蘭等.數(shù)字信號處理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003年. [3] 丁玉美等.數(shù)字信號處理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999年. 七、學(xué)習(xí)網(wǎng)站 [1]信號與系統(tǒng)，麻省理工學(xué)院公開課，網(wǎng)址：