時間：2022-02-14 15:44:30
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇數字信號處理論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】測控技術與儀器；數字信號處理；教學內容與方法
【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。“授人以魚，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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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，并將畢業論文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。
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。因而英語論文在多維情況下，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?？煞值亩S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缺少二淮多項式太分解理論，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。
關鍵詞：大班教學；形象化教學；學習共同體；數字信號處理
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?！皵底中盘柼幚怼闭n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。
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一、招生人數
學院2016年計劃招收博士研究生46名，實際招生人數以總部下達計劃為準。
二、報考條件
我院博士研究生只面向現役軍人招生，報考2016年博士研究生應當具備以下條件：
1、品德優良，遵紀守法，立志獻身國防事業；未受過紀律處分。
2、軍隊在職干部按師（旅）級單位推薦、軍級單位政治部審批、軍區級單位政治部干部部門核準、總政治部干部部備案的程序進行審批，由師（旅）級單位干部部門開具介紹信。軍隊院校應屆碩士畢業生經所在院校政治機關審批同意。
3、身體健康，體能達標，年齡不超過40周歲（1976年9月1日以后出生）。
4、在職干部須獲得碩士學位，其中本院在職干部報考工學博士須有被SCI或EI收錄的以第一作者發表的學術論文；應屆碩士畢業生須完成學位論文初稿，在中文核心期刊（含錄用通知）或國際會議發表2篇以上學術論文。
5、有兩名與報考學科相關的高職人員推薦。
三、報名手續
考生持公民身份證和軍官證（學員證）于2015年9月20日至30日到學院教學實驗綜合樓研究生招生辦公室（1127室）報名，外地考生可函報。報名時應提交：
1、填制完畢的《2016年報考攻讀博士學位研究生登記表》和《報考軍隊院校研究生政治審查表》（9月1日后，院內考生可從學院研究生處網站下載；院外考生可來電索要）。
2、已獲碩士學位者，提交碩士課程成績單、碩士學位論文及評閱意見書復印件；應屆碩士畢業生提交碩士課程成績單、碩士學位論文初稿、已發表學術論文版權頁或錄用通知。
3、碩士學歷、學位證書原件及復印件(應屆生于獲得證書后補交)。
4、檔案所在師（旅）級單位干部部門同意報考的證明信。
5、一寸正面半身免冠照片3張，報名費300元。
上述手續齊備，審查合格者發放準考通知，考生可于10月9日到研招辦領取《準考證》。
四、考試安排
博士研究生入學考試總分值為600分，包括六項內容：英語筆試、數學筆試、科研學術成果計分、碩士學位論文評分、專業綜合面試、綜合素質面試，每項內容滿分100分。
考試時間擬定于2015年10月11至12日，考試地點和具體安排詳見《準考證》。
五、其他
1、考生可于2015年11月初查詢錄取情況，入學時間為2016年3月份（詳見通知書）。
2、我院提供部分往年考試試題，考生可登錄學院研究生處網站下載。
六、聯系方式
聯系人：譚繼帥（參謀） 手機：13831189507座機：0311-87992123（地）；0221-92123（軍）
E-mail：tanjishuai@126.com 通信地址：河北省石家莊市和平西路97號研究生招生辦公室（050003）
招生專業目錄
專業代碼、名稱及研究方向
導師
專業綜合（面試）
數學（筆試）
080200機械工程
01機械性能檢測與診斷
張英堂
測試技術與信號處理
矩陣理論
02地面運載平臺維修理論與技術
張培林
狀態監測與智能診斷技術
03機械振動與沖擊防護
白鴻柏
振動理論
04機電液集成系統控制技術
何忠波
車輛工程
05機械制造及其自動化
倪新華
斷裂力學
080300光學工程
01軍用光電系統設計與應用
劉秉琦
陳志斌
應用光學、物理光學、光電測試技術
矩陣理論
02激光技術
沈學舉
激光原理及應用
03光學信息安全
光學信息技術原理與應用、光學信息安全
04微納光學
汪岳峰
光電子技術
080402測試計量技術及儀器
01測試性設計與分析
黃考利
測試技術
矩陣理論
02精密儀器與微系統
王廣龍
03裝備狀態監測與故障預測
李洪儒
測試與診斷技術
矩陣理論或應用數理統計
04網絡安全技術
王 韜
計算機網絡
081100控制科學與工程
01裝備測試與故障診斷
尚朝軒
測試與診斷
矩陣理論或應用數理統計
02火力與指揮控制理論及應用
全厚德
孫世宇
數字信號處理
矩陣理論
03武器系統建模與仿真
朱元昌
系統仿真
04電子裝備自動測試、故障診斷及可靠性
蔡金燕
測試與診斷
05目標識別與信息處理技術
王春平
圖像工程
06精確制導理論與技術
楊鎖昌
精確制導、控制與仿真技術
07無人機數據鏈抗干擾技術
陳自力
線性系統理論、數字信號處理
08目標探測與識別
馬彥恒
數字信號處理、現代控制理論
09飛行器控制
齊曉慧
線性系統理論
10無人機協同控制
李小民
現代飛行控制理論、導航控制技術
11無人機信息處理與傳輸技術
王長龍
數字信號處理
12非線性系統的穩定性與控制
徐 瑞
動力系統的穩定性理論
082600兵器科學與技術
01裝備輕量化技術
鄭 堅
火炮與自動武器原理、材料學
應用數理統計
02兵器試驗理論與技術
秦俊奇
火炮專業相關理論
矩陣理論
03裝備維修理論與技術
陶鳳和
火炮與自動武器原理、現代機械測試技術
04兵器性能檢測與診斷技術
房立清
機械裝備故障診斷與預測、武器系統裝備知識
應用數理統計
馮廣斌
火炮與自動武器原理、工程信號處理、現代機械測試技術
矩陣理論
05兵器結構動力學理論與應用
王瑞林
槍炮設計原理、振動理論、電磁場理論
06武器系統仿真與虛擬樣機技術
馬吉勝
振動理論、動力學仿真
07彈道學理論及應用
宋衛東
彈道學理論、制導理論與技術
08彈道修正理論與技術
彈道學、自動控制與導彈設計理論
矩陣理論或應用數理統計
09兵器性能檢測與故障診斷
唐力偉
振動理論
10兵器新材料技術
王建江
材料學
應用數理統計
11彈藥系統設計與試驗評估
高欣寶
系統仿真技術及其在信息化彈藥工程中的應用
矩陣理論
羅興柏
爆炸及其防護技術在彈藥保障中的應用
12彈藥保障與安全技術
安振濤
炸藥理論、彈藥保障及安全風險評估
穆希輝
彈藥保障
矩陣理論或應用數理統計
13信息感知與控制技術
齊杏林
彈藥引信論證、設計、試驗及評估理論與技術
14防護材料與特種能源技術
杜仕國
防護材料與特種能源技術及其在彈藥工程中的應用
矩陣理論
15電磁發射理論與技術
雷 彬
電磁場理論、測試技術
16武器系統建模與仿真
蘇群星
武器系統仿真與模擬器設計
17紅外圖像末制導技術
高 敏
彈道學、自動控制與導彈設計理論
矩陣理論或應用數理統計
18裝備維修保障理論與技術
賈希勝
石 全
康建設
趙建民
可靠性、維修性、維修工程
應用數理統計
朱小冬
可靠性、維修性、維修工程、建模與仿真
矩陣理論或應用數理統計
19裝備維修性理論與應用
郝建平
可靠性、維修性、維修工程、虛擬仿真
20電磁防護理論與技術
劉尚合
魏光輝
電磁場理論、微波與天線
矩陣理論
王慶國
大學物理、有機化學、固體物理、電磁場理論
譚志良
電子技術基礎、通信原理、微波與天線
21脈沖電磁場測試技術
朱長青
電路分析、電磁場理論和微波技術、數電模電
110900軍事裝備學
01裝備保障信息化
盧 昱
網絡信息安全保障
軍事運籌學
02裝備保障理論與應用
石 全
軍事裝備學、戰役基本理論
應用數理統計或軍事運籌學
于永利
可靠性、維修性、維修工程、建模與仿真
軍事運籌學
柏彥奇
高 崎
關鍵詞：電磁矢量，非圓信號，DOA，估計方法
1 緒論
1.1課題背景波達方向（Direction Of Arrival，DOA）估計（常稱為DOA估計）是陣列信號處理領域內的主要研究方向之一。論文格式。陣列信號處理[1]是近幾十年來綜合陣列理論和數字信號處理理論與技術而發展起來的一門學科分支。它是將一組傳感器在空間的不同位置上按一定規則布置形成的傳感器陣列。盡管采用的傳感器類型可以不同，如天線、水聽器、聽地器、超聲探頭、X射線檢測器，但是傳感器陣列的功能是相同的，它是連信號處理器和感興趣的空間的紐帶，用傳感器陣列接收空間信號，獲得信號源的空間觀測數據并加以處理。陣列信號的處理目的是從這些觀測數據中提取信號場的有用特征，獲取信號源的屬性等信息。近些年，隨著微電子技術、數字信號處理技術、并行處理技術的迅猛發展，陣列信號處理的理論和實際應用也得到了迅速發展。
盡管空間譜估計的理論與技術日益成熟，但是需要或者值得研究的方向仍然很多。譬如近幾年來，如何利用非圓信號(non-circularsi gnals)的特征來提高算法估計性能己經成為信號處理理論界的一個研究熱點。
1.2對非圓信號的研究意義對非圓信號的研究有著現實意義，一方面，非圓信號是現代通信系統中常用信號;另一方面，在實際應用場合中經常會遇到由于用戶的高密集性而使得陣列的接收信號數要遠大于陣元數的情況，并且為了處理的實時性，不可能獲得很多的快拍數。因此研究處理信號個數多、運算量小的算法顯得尤為迫切。
2 電磁矢量傳感器陣列非圓信號模型2.1電磁矢量傳感器輸出信號模型電磁矢量傳感器由于其獨特的同點極化分集接收能力，使得隱含于信號結構中的微觀信息得到充分利用，受到了人們的廣泛關注。電磁矢量傳感器[3]陣列是一種極化敏感陣列，由若干個相同形式的電磁矢量傳感器組成。每個電磁矢量傳感器又可視為一個6元子陣，由相位中心重合的三個正交電偶極子和三個正交磁偶極子組成，可以同時感應入射電磁信號的3個電場分量和相應的3個磁場分量。
2.2電磁矢量傳感器陣列流行矢量特點關于電磁矢量傳感器的陣列流形矢量有幾個重要的特點。首先單個矢量傳感器測量產生一個6×1維的導向矢量，因此，單個矢量傳感器本身能夠等效表示一個六元陣列。第二，矢量傳感器的陣列流形沒有時間延遲相位，也就是說矢量傳感器陣列流形矢量不同于空間平移陣列，單電磁矢量傳感器的導向矢量與空間抽樣間隔以及入射信號的頻率無關，這種頻率無關性是由于組成矢量傳感器的六個分量傳感器在空間同點放置。論文格式。第三，電磁矢量傳感器陣列流形矢量是極化敏感的；這就意味著具有相同DOA方向但是有不同極化狀態的信號有不同的陣列流形矢量，因而可以基于他們的極化分集區分開來。第四，任意寬帶或者窄帶電磁波信號的電場矢量和磁場矢量相互正交，并且正交于信號的歸一化玻印廷矢量，信號單位傳播矢量的三個分量是沿著笛卡爾坐標的三個方向余弦。
3 改進的非圓信號DOA估計方法3.1相干源的分辨問題在實際情況中，常由于多徑傳輸或人為干擾的影響，陣列有時會收到來自不同方向上的相干信號，相干信號會導致接收信號協方差矩陣的秩虧損，從而使得信號子空間“擴散”到噪聲子空間中去。因此，MUSIC算法[2]的空間譜搜索就無法在波達方向上產生譜峰；ESPRIT算法也會由于秩虧損而無法求解出正確的來波方向。相干源的問題要從解決矩陣的秩虧損入手。論文格式。當個信號非相干時，一次快拍得到的是個信號線性組合的陣列向量，其協方差矩陣具有秩為的信號子空間。如果個信號中有兩個相干，即這兩個信號的相位關系保持不變，再多的快拍數也只能得到個非線性相關的陣列向量，使信號子空間的秩降為，也就是產生了秩虧損。
由以上分析可知，在相干信號源情況下正確估計信號方向（稱為解相干或去相干）的核心問題是如何通過一系列有效變換使得信號協方差矩陣的秩得到有效恢復，從而正確估計信號源的方向。本章將考慮基于電磁矢量陣列的非圓信號DOA估計問題，提出一種廣義相位平滑算法，這種方法不僅可以提高非圓信號的DOA估計精度，還可以有效處理相干信號的估計問題。
3.2廣義相位平滑MUSIC與MUSIC算法比較廣義相位平滑算法能較好的對兩個相干非圓信號解相干。不僅如此，廣義直接相位平滑算法和廣義平方相位平滑算法還可以對非相干非圓信號DOA估計精度有明顯的改進。
下面將通過仿真來比較這三種算法的性能。仿真中采用電磁矢量傳感器均勻線陣，由6個指向相同的電磁矢量傳感器組成，陣元間距為半波長。通過第2節電磁矢量傳感器輸出信號模型的建立和電磁矢量傳感器陣列流行矢量的特點分析進行比較。比較步驟如下：
1.通過計算信噪比與均方角度誤差的關系，信號為三個非相干的BPSK窄帶信號，入射角度為、和，初始相位為、和，極化狀態為、和，快拍數為200，所給結果為200次獨立實驗的平均；
2.快拍數與均方角度誤差的關系，信號步驟1相同，信噪比為-5dB；
3.在步驟1的基礎上將信號入射角度變為、和；
4.在步驟2的基礎上將信號入射角度變為、和。
通過比較，結果表明，在低信噪比和短快拍數兩種困難條件下廣義相位平滑算法對非相干的線極化非圓信號DOA估計精度有明顯的改善作用。
4 .總結本文主要研究了非圓信號的定義與性質；基于電磁矢量陣列的非圓信號DOA估計的數學模型；研究了一種改進的非圓信號DOA估計方法，即廣義相位平滑算法，并把它推廣到電磁矢量陣列。從而提高參數估計性能并且能估計多于陣元個數的信號。同時，廣義直接相位平滑算法和廣義平方相位平滑算法不僅可以很好的對兩個相干的非圓信號解相干，還對非相干的非圓信號DOA估計精度有明顯的改善作用。
【參考文獻】
[1]莊釗文等.極化敏感陣列信號處理[M].國防工業出版社，2006.
[2]Y Xu and Z Liu.Subspace-Based Single-Vector-Sensor Direction Finding for Two Coherent AcousticSources Having Real-Valued Constellations[C].in proc.IET internationalconference on wireless,Mobile&MultimediaNetworks,2006,HangzhouChina,994-997
[3] A. Nehorai andE. Paldi. Vector-sensor array processing for electromagnetic sourcelocalization. IEEE Trans. Signal Processing, Vol. 42, No. 2, 1994, pp. 376-398
關鍵詞：雙語教學；師生互動；調查研究
評價教學改革的措施及成果，最為有效的辦法是社會調查，既對在學的學生作調查，也對已畢業的學生作調查，統計和分析調查的結果，作為我們進行教學改革的重要依據。我們從開始設計“數字信號處理”課程雙語教學的改革起，就密切關注學生的反應，認真、切實地與同學們互動，并將這樣的互動貫徹教學和改革的始終。
一、基本情況
“數字信號處理”課是電子信息類專業的重要專業基礎課程。隨著數字化和信息化的迅速發展，數字信號處理的地位和作用越來越突出，新的算法層出不窮，有關的器件更是新品迭出，令人目不暇接。無庸諱言，新的算法和新的器件主要來自國外，有關的文獻和器件手冊，基本上都是用英文撰寫。
這就要求在本領域從事教育、研究、開發的工作人員，能夠用英文熟練地檢索、閱讀、理解有關的理論、方法、算法以及各種器件的使用手冊，并能用英文嫻熟地撰寫比較地道的學術論文、技術報告和文檔。還可以與國內外的同行自由地進行交流。
我們的英語課程占用學生的時間和精力太多而效果不佳，效率低下。數字信號處理課程的理論性很強，學好實屬不易。但是，課程組認為，我們的思考和改革還應該有更豐富的含義。
長期的應試教育給我國教育造成的后果是嚴重的。相當一部分學生只關心考試及成績，不能主動地、有意識地自主學習，培養與提高自己的學習能力。
更為嚴重的是，我們的課程教學中普遍采用的滿堂灌輸的教學方式，與世界一流大學的引導式、啟發式、互動的研究型教學思想和方法之間，存在較大的差距。
有鑒于此，我們響應教育部關于積極采用國外優秀原版教材和積極推廣使用現代化教育手段的要求，對該課程進行了重大的改革。
我們認真地關注著有關雙語教學的各種討論和爭論。作為工作在教學第一線的教師，我們沒有可能更多地參與教育理論的討論，而是希望通過自己的認真實踐和不斷總結，使我們的課程上得好一點，使學生的收獲大一點，使他們在日后的學習和工作里更順利一點。
因此，我們進行雙語教學的原則是積極、慎重、實事求是。
我們為雙語教學所設定的主要目標是：
(1)盡可能讓學生養成自主學習的意識和習慣。
(2)讓學生將英語作為工具來使用，而不是作為一個科目來學習，能夠熟練地閱讀、思考、理解英語原版教材和電子教案，用英語完成作業與試卷；能適應英語授課和討論，與老師及同學流暢地交流。
(3)建設一支高水平的雙語教師隊伍，既有高的學術造詣，又有高的教學水準，還有高的雙語教學能力。
(4)研究雙語教學過程中教與學雙方出現的各種問題，并尋求解決的思路和途徑。
提高教學質量必須從“教”和“學”兩方面進行改革。我們依托國家精品課程“數字信號處理”，對雙語教學模式和課程的考核方式進行改革，在已有的實踐基礎上，不斷根據新的教學實踐認真研究和總結，以評估改革的效果，明確進一步改革的方向。
對已經進行的五輪教學實踐作認真的總結和研究，獲得有益的經驗和失敗的教訓。
加強和既往學生的聯系，特別是已經畢業的學生，他們后來繼續學習和工作的體驗，彌足珍貴。
進一步加強與在學學生的交流，既認真聽取他們的意見和建議，也對他們的學習加以引導。繼續進行學生的問卷調查，不間斷地積累資料，并進行分析和研究。認真研究國內外著名大學同類課程的建設和發展，認真加以借鑒。
二、課前和課中的互動
按照教學計劃，我們的課程在大三上開出。在大二下的暑假前，我們總會召開一個課程介紹會，由學生科負責組織，全體同學和課程組的全體老師參加。在會上，首先介紹課程的基本情況和特色，然后向同學們介紹全體任課教師及其特點。比如，哪些老師主要用英語授課，哪些老師的中文講得要多一點；哪些老師講得提綱一點，要求同學的自學能力要強一些，哪些老師講得細一點；等等。這樣做，有助于同學選課時針對性強一些，不至于盲目。還要向同學們介紹選用的外版教材和主要的參考書，提醒大家可以在高年級同學畢業時，購買二手教材，以減輕學生的經濟負擔。同學們從先修雙語課程的高年級同學處，都會得到一些經驗和教訓。我們也會認真聽取大家的意見和建議，并解答他們的一些疑問。
開課后的兩周內，允許同學根據自己的感受，在不同老師的授課班間流動。
在授課中，我們要舉行“教學公開日”活動，邀請有興趣的同學參加，就課程進行中教師和學生雙方的問題進行交流和討論。
至于課堂上教學活動中的互動，則是各位老師自行掌握的事情，不在本文的討論范圍。
三、課后的調查及結果分析
從2001年雙語教學改革開始，我們就堅持每輪課程結束后，對全體學生進行匿名的問卷調查，數百學生就數十個問題的選擇，對我們了解學生的感受和想法，意義重大迄今所進行過的五輪調查及其統計結果，成了我們的寶貴財富。以下是一些重要問題的調查和統計結果。
1、問卷調查的結果表明：
(1)贊成使用國外原版教材的學生，達到7成到8成。這和學生們體會到就業的國際化環境密切相關，也和本課程的先修課程“信號與系統”也采用了原版教材密切相關。
(2)贊成使用英語授課，或基本使用英語授課加部分中文解釋者，占到學生總數的5成到6成。近2／3的學生接受了這樣的雙語教學方式，我們有理由為教師和學生的進步而感到高興。
2、原則上贊成使用原版教材的學生盡管有7成到8成，但具體到所使用的教材，認為很好和比較好者都只占6成到7成，聯系到只用英語教材或其他英語參考書者，五個年級都只占3成到4成，其他同學同時在使用中文參考書，說明：
(1)學生閱讀和理解原版教材的能力尚待提高。
(2)不適應使用原版教材和中文教材學習上的差別。習慣于老師按照教材逐章逐節講得很細，下課后基本不復習或略為復習就可以做作業了。而英文教材容量很大，不可能都講到，也不可能講得很細，需要學生下課后認真讀書，自己去仔細地體會。這可能是學生不習慣原版教材的主要原因。學生在各種座談會上也同意這樣的分析。
3、我們認為，這已經不僅僅是雙語教學的問題，應該理解為教與學雙方的理念上的問題。據了解，國外使用同樣教材的大學，所用的授課學時，要比我們少得多。我們選用原版教材的初衷，就是要引導學生認真地讀書，
主動地學習，從而提高自主學習的能力。我們的初衷和理念并沒有改變，但任務比我們設想的要艱巨得多，需要我們付出更多的努力，更好地與學生溝通，給予更有力的引導和讀書指導。
4、我們積極地采用現代教育技術來提高教學效率。但是，現代教育技術本身僅僅是一種手段，而不是目的。
(1)在自教學實踐中，我們充分體會到，如何有效地利用這些手段來達到提高教學質量、改善教學效果的目的，還需要認真地總結、反復地實踐以及教師和學生之間的相互理解和良好的配合。
(2)尤其是使用電子教案進行課堂教學時，必須注意一些重要的問題。
(3)認為電子教案做得好和比較好的學生，從2000級的5成，提高到2001級的6成和2002、2003級的近7成，再到2004級的過8成。說明我們的電子教案不斷在改善，學生也在不斷地適應。但是，我們還是不斷地強調花大力氣改善。這涉及教師對教學大綱和教材的理解、電子教案的制作、使用電子教案教學的表達方式、電子教案與板書的配合、學生對使用電子教案教學的適應等多方面的問題。
(4)使用電子教案教學的節奏，尤其值得注意。2000和2001兩個年級都只有不到一半的學生認為現在的節奏合適，同樣多的學生認為節奏太快。經過教師經驗的積累和學生的適應，2002、2003以及2004級已有6～7成的學生認為節奏合適，3成的學生還是認為太快。聯系到只有1／4的學生作詳細筆記，4成的學生只作提綱式的筆記等現象，節奏仍然是教師和學生都關注的問題，成為教學成功與否的關鍵因素之一。只有通過更多的實踐、總結，以及與學生更好的溝通，來逐步地加以解決。
5、也有不少同學反饋的意見是負面的，甚至是相當負面的。2000和2001級有10％左右的學生認為，根本不應該使用原版教材和雙語教學，我們所作的所謂改革是完全失敗的。2002級和2003級的該比例降到4％～5％，2004級降到3％。
四、對已經畢業學生的調查及結果分析
2006年暑假，我們在學生科的配合下，對已經本科畢業參加過本課程雙語教學活動的2000和2001級的400余名同學，就他們本科期間接受雙語教學的感受，進行了一次大型的匿名問卷調查。調查對象分為在讀研究生(包括在本校讀研和在外校讀研)和參加工作兩部分。共發出調查問卷416份，回收有效問卷389份，有效率為93.5％。2000級回收有效問卷205份，其中在讀研究生63份，占30.7％，參加工作者142份，占69.3％。2001級回收有效問卷184份，其中在讀研究生56份，占30.4％，參加工作者128份，占69.6％。從這些有效問卷里，我們得到了一些很有意義的統計結果。以下是主要的調查問題的統計結果。
1、兩個年級的統計數據非常接近，而且都是基于200 左右的樣本的統計結果?？梢哉J為，統計數據是平穩而可信的。
2、86％以上的畢業生贊成我們使用的雙語教學，87％以上的畢業生認可我們選擇的原版教材。既超出了在校學生的認可程度，也超出了我們的預期，給我們以很大的鼓舞。
3、對目前工作的幫助可以作再細的分析，因為和他們從事的工作密切相關：
(1)在讀研究生，認為幫助很大和比較大者，達到80％～90％。
系統總結了當前電壓型可逆變流器控制策略的發展概況，并對其詳細分類研究。在比較各種控制方案優缺點的基礎上最終確定了以電流d-q變換結合滑?？刂谱鳛楸菊n題的控制策略。
詳細闡述了電壓型可逆變流器的數學模型，包括通用數學模型、d-q變換大信號數學模型、以及d-q變換小信號數學模型。根據d-q變換大信號數學模型建立了系統的電流環。結合d-q變換小信號數學模型設計了電壓環以及電壓環的滑?？刂破鳌?/p>
確定了電壓空間矢量(SVPWM)作為開關控制策略。詳細闡述了其基本原理?；贛ATLAB對其進行了仿真研究。針對可逆變流器使用常規的PID控制對系統參數變化的較為敏感性，電壓環采用了滑模變結構控制以期得到改善?；贛ATLAB仿真軟件完成了系統的忽略高次諧波、不忽略高次諧波下的SPWM、SVPWM的閉環系統仿真。
針對單片機控制系統的計算速度慢，實時性控制較差，因此本課題采用TI公司的數字信號處理器TMS320F240來控制系統，以期提高計算速度。
根據本課題的控制方案，設計了系統軟件流程，編寫了系統的電流電壓雙閉環程序?；赥MS320F240發出開關頻率fs =900Hz的空間矢量波形。理論上的分析結合實踐過程完成了系統的開環和閉環實驗，驗證了控制方案的可行性。
本課題獲得河北省教委科技基金支持，是國家自然科學基金的后續課題，對解決電網諧波污染，提倡綠色用電有著重大的經濟價值和理論上的指導意義。
關鍵詞 功率因數校正；可逆變流器；滑模變結構控制；空間矢量；數字信號處理器
Abstract
Development survey of control strategy of voltage type reversible converter is summarized systematically. Control strategy is studied in detail. Direct current d-q change and sliding mode controls are regarded as control strategy of this paper on the basis of comparing of advantages and disadvantages varieties of control strategy.
Mathematics mode is set forth detailedly， including; current general mathematics mode; d-q change large signal mathematics model and d-q change small signal mathematics model. The system current loop is established according to d-q change large signal mathematics model. The voltage loop and its SMC are designed according to d-q change small signal mathematics model.
Space vector PWM is regarded as switch control strategy .Its essential principle is set forth detailedly and is simulated based on MATLAB. Voltage loop adopts variable structure control with sliding mode in order to improve with regard to conventional PID control， which is sensitive to system parameter. Close loop system simulation of SPWM and SVPWM is completed with neglecting high harmonics and without neglecting high harmonics based on MATLAB.
Because calculation speed of single chip microprocessor is slow and it realizes timing control poorly， digital signal processor TMS320F240 of TI Company is adopted to improve the calculation speed.
Flowchart of system software is designed according to control strategy of this paper. The double close loop program of current and voltage is complied. SVPWM wave of switch frequency (900Hz) is emitted based on TMS320F240.Open loop experimentation and close experimentation is completed according to theory analysis and practice process， validating feasibility of control strategy.
This paper obtains the sustainment of science and technology fund of committee of education in province HeBei and is the follow-up task of nature science fund of country and has the important value of economy and the guidance significance of theory.
Keywords power factor correction; reversible converter; variable structure control with sliding mode; space vector; digital signal processor
目 錄
摘要……………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論…………………………………………………………………1
1.1 功率因數校正技術的發展概況………………………………………1
1.1.1 單個三相PFC電路………………………………………………2
1.1.2 電流斷續狀態下三相單開關變換器……………………………3
1.1.3 電流斷續狀態下的三相升壓變換器……………………………4
1.1.4 電流連續狀態下三相升壓變換器………………………………4
1.1.5 三相降壓整流器…………………………………………………5
1.2 電壓型可逆變流器的開關控制策略…………………………………5
1.3 電壓型可逆變流器的控制方案………………………………………6
1.3.1 間接電流控制……………………………………………………6
1.3.2 直接電流控制……………………………………………………7
1.4 可逆變流器控制策略的新發展………………………………………9
1.4.1 單周控制…………………………………………………………10
1.4.2 占空比控制………………………………………………………10
1.4.3 基于Lyapunov非線性大信號方法控制………………………10
1.4.4 神經網絡和模糊邏輯控制………………………………………10
1.4.5 雙電流控制………………………………………………………11
1.4.6 輸出直流電壓的優化前饋補償控制……………………………11
1.5 本課題工作…………………………………………………………11
第2章 可逆變流器控制方案及數學模型…………………………13
2.1 可逆變流器數學模型概述…………………………………………13
2.2 系統數學模型的建立………………………………………………13
2.2.1 系統通用數學模型的建立………………………………………14
2.2.2 系統d-q數學模型的建立………………………………………16
2.2.3 系統小信號數學模型……………………………………………18
2.3 系統的控制方案……………………………………………………21
2.4 變流器電流環的設計………………………………………………22
2.5 滑模變結構控制理論………………………………………………25
2.5.1 滑模變結構控制的基本問題……………………………………26
2.5.2 滑模變結構控制的基本策略……………………………………26
2.5.3 滑模變結構控制系統的動態品質………………………………27
2.6 滑模控制器及電壓環的設計………………………………………28
2.6.1 廣義控制對象的確定……………………………………………28
2.6.2 滑?？刂破鞯母倪M………………………………………………32
2.7 本章小結……………………………………………………………36
第3章 系統仿真研究……………………………………………………37
3.1 空間矢量PWM(SVPWM)的基本原理……………………………37
3.2 空間矢量的工作模式和時間的計算………………………………38
3.3 空間矢量調制比及其對系統的影響………………………………42
3.4 空間矢量的MATLAB仿真………………………………………43
3.5 控制系統仿真研究………………………………………………45
3.5.1 不忽略高次諧波下的總系統SPWM仿真……………………49
3.5.2 不忽略高次諧波下的總系統空間矢量仿真……………………50
3.6 本章小結……………………………………………………………52
第4章 基于DSP軟件實現……………………………………………53
4.1 TMS320F240的結構與匯編原理……………………………………53
4.2 TMS320F240的中斷結構……………………………………………54
4.3 TMS320F240的定點運算……………………………………………55
4.4 系統控制的硬件和軟件設計………………………………………56
4.4.1 系統硬件設計……………………………………………………57
4.4.2 系統軟件設計……………………………………………………58
4.5 本章小結……………………………………………………………60
第5章 系統實驗…………………………………………………………61
5.1 開環實驗……………………………………………………………62
5.2 閉環實驗……………………………………………………………64
5.2.1 電流閉環實驗……………………………………………………64
5.2.2 電壓閉環實驗……………………………………………………67
5.3 實驗注意事項………………………………………………………69
5.4 本章小結……………………………………………………………69
結論……………………………………………………………………………71
參考文獻………………………………………………………………………72
攻讀碩士學位期間所發表的論文……………………………………………77
致謝……………………………………………………………………………78
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智能天線綜合了自適應天線和陣列天線的優點,以自適應信號處理算法為基礎,并引入了人工智能的處理方法。智能天線不再是一個簡單的單元,它已成為一個具有智能的系統。其具體定義為:智能天線以天線陣列為基礎,在取得電磁信息之后,使用人工智能的方法進行處理,對電磁環境做出分析、判斷,并自動調整本身的工作狀態使之達到最佳。依據天線的智能化程度可將天線分成可變波束天線、動態相控陣列和自適應陣列3類?？勺儾ㄊ炀€依據接收功率最大原則,在幾個預設陣列波束中進行切換;動態相控陣列使用測向算法,能夠連續追蹤用戶的方向而改變天線的波束,使接收功率達到最大;自適應陣列既對用戶進行測向,又對各種干擾源進行測向,在形成波束時,不僅使接收功率最大,而且使噪聲降到最低,從而使接收信噪比最高。
智能天線的發展可分成3個階段:第1階段是應用于上行鏈路,通過使用智能天線增加基站的接收增益,從而使接收機的靈敏度和接收距離大大增加;第2階段是將智能天線技術同時應用于下行鏈路,在智能天線應用于下行鏈路后,能夠控制波束的發射方向,從而有助于頻率的復用,提高系統的容量;最后一個階段是完全的空分多址,此時在一個蜂窩系統中,可以將同一個物理信道分配給不同的用戶,例如,在TDMA中,可以將同一小區內同一時隙同一載波同時分配給兩個用戶。
2智能天線的組成和關鍵技術
智能天線主要分為天線陣列、接收通道及數據采集、信息處理3部分。在移動通信系統中,天線陣列通常采用直線陣列和平面陣列兩種方式。在確定天線陣列的形式后,天線單元的選擇就十分關鍵。天線單元不僅要達到本身的性能指標,還必須具有單元之間的互耦小、一致性好以及加工方便的特點。目前微帶天線使用較多。
接收通道及數據采集部分主要完成信號的高頻放大、變頻和A/D轉換,以形成數字信號。目前,受A/D器件抽樣速率的限制,不能直接對高射頻信號和微波信號進行采樣,必須對信號進行下變頻處理,降低采樣速率。
信息處理部分是智能天線的核心部分,主要完成超分辨率陣列處理和數字波束形成兩方面的功能。進行超分辨率陣列處理的目的是獲得空間信號的參數,這些參數主要包括信號的數目、信號的來向、信號的調制方式及射頻頻率等,其中信號的來向對于實現空分多址和自適應抑制干擾有著重要作用。在眾多的超分辨率測向算法中,MUSIC算法及其改進算法一直占據主導地位,它不受天線陣排陣方式的影響,只需經過一維搜索就能實現對信號來向的無偏估計,并且估計的方差接近CRLB。此外,使用ESPRIT算法來解決移動通信中的測向問題也得到了廣泛的研究。數字波束形成主要通過調整加權系數來達到增強有用信號和抑制干擾的作用,它需要收斂速度快、精度高的算法支持。根據所需先驗知識的不同,目前的波束形成算法主要有3類:以信號來向為先驗知識,如LCMV算法;以參考信號為先驗知識,包括LMS算法及其改進算法NLMS、RLS等;不需要任何先驗知識,如CMA算法。由于移動通信環境復雜,各種算法也有各自的優缺點,因此系統中必須對多種算法取長補短,才能達到最佳效果。
3智能天線的特點和優勢
(1)提高系統容量
在蜂窩系統中,用戶的干擾主要來自其他用戶,而智能天線將波束零點對準其他用戶,從而減少了干擾的影響。由于系統提高了接收信噪比,因此減少了頻譜資源的復用距離,從而獲得了更大的系統容量。
(2)擴大小區覆蓋距離和范圍
使用智能天線可以提高用戶和基站的功率接收效率,進一步擴大基站的通信距離,減少功率損失,從而延長電池的壽命,減小用戶的終端。
(3)減少多徑干擾影響
智能天線使用陣列天線,通過利用多個天線單元的接收信息和分集技術,可以將多徑衰落和其他多徑效應最小化。
(4)降低蜂窩系統的成本
智能天線利用多種技術優化了信號的接收,從而能夠顯著降低放大器成本和功率損耗,提高系統的可靠性,實現系統的低成本。
(5)提供新服務
智能天線在使用過程中必須對用戶進行測向,以確定用戶的位置,從而為用戶提供基于位置信息的服務,如緊急呼叫等。目前,美國聯邦通信委員會已準備實施用戶定位服務。
(6)更好的安全性
使用智能天線后,竊聽用戶的通話將會更加困難,因為此時盜聽者必須和用戶處于相同的通信方向上。
(7)增強網絡管理能力
利用智能天線可以實時檢測電磁環境和用戶情況,從而為實施更有效的網絡管理提供條件。
(8)解決遠近效應問題和越區切換問題
智能天線可自適應地調節天線增益,較好地解決了遠近效應問題,為移動臺的進一步簡化提供了條件。在蜂窩系統中,越區切換是根據基站接收的移動臺的功率電平來判斷的。由于陰影效應和多徑衰落的影響常常導致越區轉接,增加了網絡管理的負荷和用戶呼損率。在相鄰小區應用的智能天線技術,可以實時地測量和記錄移動臺的位置和速度,為越區切換提供更可靠的依據。
4智能天線的技術現狀
在分析智能天線理論的同時,國內外一些大學、公司和研究所分別建立了實驗平臺,將智能天線應用于實踐中,并取得了一些成果。
(1)美國
在智能天線技術方面,美國較其他國家更加成熟,已開始投入實際應用中。美國的ArrayComm公司發展了針對GSM標準和日本PHS標準的智能天線系統。該公司已將智能天線應用于基于PHS標準的無線本地環路中,并投入了商業運行。該方案采用可變陣元配置,有12陣元、8陣元環形自適應陣列可供不同的環境選用,現場實驗表明,在PHS基站采用智能天線技術可使系統容量增加4倍。
(2)歐洲
歐洲通信委員會在RACE計劃中實施了第一階段的智能天線技術研究,稱為TSUNAMI,由德國、英國、丹麥和西班牙共同合作完成。它采用DECT標準,射頻頻率為1.89GHz,天線由8個微帶貼片組成。陣元距離可調、組陣方式可變,有直線型、圓環型和平面型3種形式。數字波束形成的硬件主要包括2片DBF1108芯片,它在軟件上分別由MUSIC算法、NLMS、RLS完成測向和求得最佳的加權系數。在典型的市區環境下進行實驗表明,該智能天線能有效跟蹤的方向分辨率大約為15°,BER優于10-3。
(3)日本
ATR光電通信研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局為間距半波長的16陣元平面方陣,射頻工作頻率為1.545GHz。陣元組件接收信號在A/D變換后,進行快速傅氏變換,形成正交波束后分別采用恒模算法或最大比值合并分集算法,數字信號處理部分由10片FPGA完成。ATR研究人員提出了智能天線的軟件天線概念。
(4)其他國家
我國的信威公司也將智能天線應用于TDD方式的WLL系統中。該智能天線采用8陣元的環形自適應陣列,射頻工作于1785~1805MHz,采用TDD工作方式,收發間隔為10ms,接收機靈敏度最大可提高9dB。此外,愛立信公司與德國運營商也將智能天線應用于GSM基站上,但該天線的智能化程度不高。韓國、加拿大等國也開展了智能天線方面的研究。
(5)用于衛星移動通信的智能天線
上文主要介紹了基于蜂窩系統的智能天線,另外還有一種用于L衛星移動通信的智能天線。該天線采用了由16個環形微帶貼片天線組成的一個4×4的方形平面陣,它的射頻頻率為1.542GHz,左旋圓極化,中頻頻率為32kHz,A/D變換器的采樣速率和分辨率分別為128kHz和8位。在數字信號處理部分,選用了10個FPGA芯片,其中8個用于16個天線支路的準相干檢測和快速傅里葉變換,另外2片則起到波束選擇、控制和接口的作用;自適應算法則選擇了CMA。系統的外場測試表明,它能產生16個波束來覆蓋整個上半空間,并且不需要借助于任何傳感器,就能用最高增益的波束來自動捕獲和跟蹤衛星信號,從而在各種復雜的環境下均能提供比采用其他天線要高得多的通信質量。
5智能天線面臨的挑戰和發展方向
智能天線系統在改善性能的同時,也增加了收發機的復雜度。因為要對每個用戶進行定位,并且波束形成的計算量很大,所以智能天線系統中有多個計算單元和控制單元。在實施SMDA時,資源管理也成為一個必須關注的問題。作為一種新的多址方式,在頻譜分配和移動性管理上也提出了新的問題,將會對網絡管理提出更多的需求。此外,目前智能天線的物理尺寸較大,不利于構建更小的基站。
智能天線形成下行波束較為困難,因為對下行鏈路的信道響應缺少短時先驗知識,而無線信道的信道狀況變化極快,使智能天線不能很好地跟蹤用戶信號的變化。接收和發送鏈路中器件的線性特性對系統的性能有顯著影響。智能天線的各種定位算法和波束形成算法的運算量很大,對器件、時間和功率的要求比較高,因此研究高效的優化算法對提高系統的性能至關重要。
到目前為止,還沒有一個完整的智能天線系統理論,而智能天線今后的研究必須同一些相關技術聯系,如與多用戶檢測、多用戶接收和功率控制等結合在一起。目前的智能天線多用于基站系統,今后還可以研究基于移動臺的智能天線。在信號處理部分,目前多采用自適應信號處理算法,尚未將人工智能方法應用于其中,同時還可嘗試將智能計算的一些方法,如人工神經網絡、模糊技術和進化計算等用于智能天線系統中。
論文摘要：目前我們日常所使用的一些帶有或使用變頻器驅動系統的設備都會產生大量的高次諧波，這種嚴重的電磁輻射是我們平時用肉眼看不到的隱形殺手，無論是對我們的身體健康，還是對精密儀器的使用，它都有嚴重的危害性，而且影響深遠。
變頻器是運動控制系統中的功率變換器。目前的運動控制系統包含多種學科的技術領域，總的發展趨勢是驅
動的交流化、功率變換器的高頻化、控制的數字化、智能化和網絡化。因此，變頻器作為系統的重要功率變換部件，因提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發展。
變頻器的快速發展得益于電力電子技術、計算機技術和自動控制技術及電機控制理論的發展。變頻器的發展水平是由電力電子技術、電機控制方式以及自動化控制水平三個方面決定的。當前競爭的焦點在于高壓變頻器的研究開發生產方面。
隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術的發展，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，而且廠家仍在不斷地提高可靠性，為實現變頻器的進一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力。辨別變頻器性能的優劣，一要看其輸出交流電壓的諧波對電機的影響；二要看對電網的諧波污染和輸入功率因數；最后還要看本身的能量損耗（即效率）。這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例，闡述其發展趨勢：主電路功率開關元件的自關斷化、模塊化、集成化、智能化；開關頻率不斷提高，開關損耗進一步降低。
在變頻器主電路的拓撲結構方面。變頻器的網側變流器對低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器，而對中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負載側變流器對低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對于四象限運行的轉動，為實現變頻器再生能量向電網回饋和節省能量，網側變流器應為可逆變流器，同時出現了功率可雙向流動的雙PWM變頻器，對網側變流器加以適當控制可使輸入電流接近正弦波，減少對電網的公害。
脈寬調制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調制控制、消除指定次數諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）。
交流電動機變頻調整控制方法的進展主要體現在由標量控制向高動態性能的矢量控制與直接轉矩控制發展和開發無速度傳感器的矢量控制和直接轉矩控制系統方面。微處理器的進步使數字控制成為現代控制器的發展方向。運動控制系統是快速系統，特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數據和快速實時處理大量信息。
近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數字信號處理器）為基礎的內核，配以電機控制所需的功能電路，集成在單一芯片內的稱為DSP單片電機控制器，價格大大降低、體積縮小、結構緊湊、使用便捷、可靠性提高。
在DSP出現之前數字信號處理只能依靠MPU（微處理器）來完成。但MPU較低的處理速度無法滿足高速實時的要求。隨著大規模集成電路技術的發展，1982年世界上首枚DSP芯片誕生了。這種DSP器件采用微米工藝NMOS技術制作，雖功耗和尺寸稍大，但運算速度卻比MPU快了幾十倍，尤其在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應用。DSP芯片的問世標志著DSP應用系統由大型系統向小型化邁進了一大步。隨著CMOS技術的進步與發展，第二代基于CMOS工藝的DSP芯片應運而生，其存儲容量和運算速度成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術的基礎。80年代后期，第三代DSP芯片問世，運算速度進一步提高，其應用于范圍逐步擴大到通信、計算機領域。
關鍵詞：Matlab GUI；信號與系統；教學輔助
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）26-0158-03
Development of Teaching Assistanceplatform for Signal and System Based on Matlab
LU Ying，ZHONG Li-hui*，LI Sha，XU Quan-yuan
（ College of Computer and Informatin， SouthWest ForestryUniversity， Kunming 650024， China）
Abstract：Signal and system is the professional basic course in the major of electronic and information engineering which is complex and difficult to teach and learn. Combined with the teaching reform of the major， we have designed teaching assistance platform for signal and system based on Matlab. The platform which related closely to the teaching problem has the advantages of simple operation and visual image.It includes 8modules（chapters） and 55 interfaces，which contains the courseware， key point， dynamic simulation of important algorithms and after-school exercises and answers. Among them， algorithm simulation part is adjustable which not only has the simulation results， but also shows MATLAB program source code. The practice has proved that the platform can greatly enhance the teaching effect and learning efficiency. In addition， it is scalable and can be used as a teaching aid for other signal processing courses.
Key words：Matlab GUI； signal and system； teaching assistance
“信號與系統”是電子信息工程專業的一門基礎主干課程，它以信號特性和處理等工程問題為背景，結合高等數學、線性代數、復變函數、電路分析等理論對確定性信號進行時域、頻域和復頻域分析，是將學生從電路分析的知識領域引入信號處理與傳輸領域的關鍵課程，也對后續專業課程如“通信原理”、“數字信號處理”等起著承上啟下的作用[1]。該課程概念抽象，數學公式推導較為繁雜，結果較難理解。該課程的傳統教學方式多采用單一的理論教學，或配有少數硬件設備諸如信號與系統實驗箱等以進行少學時的實驗教學。由于硬件設備價格昂貴，數量有限，加上實驗學時的限制，學生主要依靠做習題來鞏固和理解教學內容，對課程中大量應用性較強的內容不能實際動手設計、仿真和分析，嚴重影響并制約了教學效果。為了從一定程度上緩解學生在學習過程中存在理論和實踐嚴重脫節的問題，論文采用面向對象程序設計方法及層次化思想，基于Matlab的圖形用戶界面GUI（Graphic User Interface）設計了“信號與系統”教學輔助平臺。借助該平臺，可幫助學生更好地理解和掌握信號處理中的基本理論和分析方法，激發學習興趣，從而達到良好的教學效果。
1平臺總體結構框圖
平臺的總體功能框圖如圖1所示。平臺和教學內容保持一致，以章節內容進行劃分，包括8大模塊： 55個GUI界面。為簡化每個基本模塊的設計，論文采用層次設計方法，將每個基本模塊又分解為若干個子模塊，子模塊下面還可以包括子模塊。章節模塊包含課件，知識點，重要算法的動態仿真，課后習題及解答。其中算法仿真模塊結構框圖如圖2所示。限于篇幅，論文后續僅抽取部分章節進行介紹。
2仿真平臺的Matlab GUI設計
2.1登錄界面
登錄界面是用戶訪問平臺的第一個界面，如圖3所示。出于對安全性的考慮，用戶需要輸入正確的用戶名和密碼后方可進入，其中用戶名和密碼存儲在excel文件中。
2.2主界面
登錄成功后則進入系統主界面，如圖4所示。主界面以菜單的形式列出每一章節的內容。
2.3參數可調的連續信號運算
連續信號基本運算包含時移、反折、尺度變換三種，如圖5所示。在文本框中輸入變換量，點擊相應按鈕后，便可看到變換后的波形圖，同時顯示matlab程序源代碼。
2.4參數可調的常用離散信號
參數可調的常用離散信號可產生四種基本序列：正弦序列、單位脈沖序列、單位階躍序列和指數序列，如圖6所示。且根據不同序列設置了不同參數。
2.5卷積積分
匹配教學用幻燈片上的范例求兩連續信號的卷積積分，如圖7所示，并將其卷積結果顯示在同一界面中，同時顯示示matlab程序源代碼及重要結論。
2.6傅里葉級數
匹配教學用幻燈片上的范例求周期信號的傅里葉級數，如圖8所示。分別通過6張圖顯示傅里葉級數展開后的諧波特性，即合成諧波次數越多越接近真實波形；低次諧波振幅較大，是組成原始波形的主體；高次諧波振幅較小，影響波形的細節等信息。同時通過單擊“源代碼”按鈕可查看matlab程序源代碼，方便學生進一步理解并修改程序。
2.7傅里葉變換的時移特性
匹配教學用幻燈片上的范例，同時配合輸入的時移量顯示頻域的時移性質，如圖9所示。時移特性表明，信號在時域中沿時間軸右移或左移t0等效于其頻譜乘因子[e±jwt0]，即信號時移后，幅度頻譜不變，只是相位頻譜發生了線性變換，產生了附加變化（[±wt0]）。
2.8習題及解答
該界面以圖片形式顯示課后習題，并通過“習題解答”按鈕打開習題答案，如圖10所示。
3 結束語
基于Matlab GUI開發的信號處理教學輔助平臺已全面運用到我?！靶盘柵c系統”的教學過程中。平臺緊扣教學大綱進行設計，信息量大，交互性強，操作方便，無需特殊硬件支持，成本低，十分便于推廣，是課堂演示實驗以及課外實驗的有效輔助工具?？墒箤W生學習抽象概念的同時，觀察到相應知識點的具體形象的演示及編程源代碼，使原本抽象、枯燥的物理概念變得直觀、生動，極大程度提高了學生的學習興趣及編程仿真能力。
參考文獻：
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本設計是根據我院新建“電機驅動與控制實驗室”的設備，利用單片機對直流電動機和交流電動機的控制及各種特性。我重點研究的是直流電動機的閉環控制系統。通過本次設計，使同學順利完成學校制定的實踐教學任務。
單片機把通過測量元件、變送單元和A／D轉換接口送來的數字信號直接反饋到輸入端與設定值進行比較。然后，對其偏差按某種控制算法進行計算，所得數字量輸出信號經D／A轉換接口直接驅動執行裝置，對控制對象進行調節，使其保持在設定值上。
在電氣時代的今天，電動機一直在現代化生產和生活中起著十分的重要的作用。無論是在農業生產、交通運輸、國防、醫療衛生、上午與辦公設備，還是在日常的生活中的家用電器，都大量地使用著各種各樣的電動機。對電動機的控制可分為簡單控制和復雜控制兩種，簡單控制是只對電動機進行啟動、制動、正反轉控制和順序控制。這類控制可通過繼電器、可編程控制器和開關元件來實現。復雜控制是只對電動機的轉角、轉矩，電壓、電流等物理量進行控制，而且有時往往需要非常精確的控制。以前對電動機的簡單控制的應用很多，但是，隨著現代步伐的邁進，人們對自動化的要求越來越高，使電動機的復雜控制逐漸成為主流。
國內外研究現狀
PID控制器最先出現在模擬控制系統中，傳統的模擬控制器PID控制是通過硬件（電子元件和液壓元件）來實現它的功能。隨著計算機的出現，把他一直到計算機控制系統中來，將原來的硬件實現的功能用軟件來代替，因此稱為數字PID控制器，所形成的一整套算術則稱為數字PID算術。數字PID控制器與模擬PID控制器相比，具有非常強的靈活性。電動機的的控制技術的發展得力于微電子技術，電力電子技術、傳感器技術、微機應用技術、自動控制技術、微機應用技術的最新發展成就。正是這些技術的進步使電動機控制技術在近二十年內發生了翻天覆地的變化。其中電動機的控制部分已由模擬控制逐漸讓位予以單片機為主的微機處理控制，形成數字與模擬的混合控制系統和純數字控制系統的應用，并正相全數字控制方向發展。電動機的驅動部分所用的功率器件經歷了幾次更新換代，目前開關速度更快，控制更容易的全控制功率件MOSFET和IGBT成為主流。功率器件控制條件的變化和微電子技術的使用也使新型的電動機控制方法能夠得到實現，脈寬調控方法、變頻技術在直流調速
由單片機作為電動機的控制器具有以下特點：
1．使電路更簡單。
模擬電路為了實現控制邏輯需要很多電子元件，使電路復雜。采用微機處理后，絕大多數控制邏輯可通過軟件來實現。
2．可以實現復雜的控制。
為基礎理由很強的邏輯功能，運算速度快、精度高，與大容量的存儲單元，因此有能力實現復雜的控制。
3．靈活性和適應性
微處理得控制方式是由軟件來完成的。如果需要修改控制規律，一般不必修改系統的硬件電路，只修改程序即可。在系統調試和升級時，可以不斷嘗試選擇最優參數，非常方便。
4．無需零點飄逸，控制精度高
數字控制不會出現模擬電路中經常出現的零點漂移問題。無論被控制量的大小，都可以保證足夠的控制精度。
5．可提供人機界面，多機聯網工作
現在普遍采用單片機作為電動機的控制器。實際上可作為電動機控制器的元件還有很多種，例如工業控制計算機、可編程控制器、數字信號處理器。
工業控制計算機科委功能強大，它有極高的速度、強大的運算能力和接口功能、方便的軟件環境；但由于成本太高、體積大，所以只用于大型控制系統。
可編程控制器則正好相反，它只能完成邏輯判斷、定時、計數和簡單的運算。由于功能太弱，所以它只能用于簡單的電動機控制。
單片機介于工業控制計算機和可編程控制器之間，它有較強的控制功能，低廉的成本。人們在選擇電動機的控制器時，常常是再先滿足功能的需要的同時，優先選擇成本低的控制器。因此，單片機往往成為優先選擇的目標。從最近的統計數字也可以看出，世界上每年要有25億片各種單片機投入使用。彈片及時目前世界上使用量最大的微機處理器。
三、主要內容與待解決的問題
主要內容:
1、學習直流電動機原理及驅動技術，掌握數字PID控制技術；
2、完成相關設備的接口硬件設計；
3、通過MCS-51單片機編寫軟件控制程序；
4、系統聯合調試，寫出相應的使用說明。
現有條件： 直流電動機、直流發電機、MCS-51單片機、微型計算機
重點解決的問題：
利用數字PID技術實現對電動機的閉環控制
四、設計方法與實施方案
畢業設計的實施主要是結合直流電動機及單片機的理論知識，利用與其配套的實驗箱，完成預期要解決的實驗項目和實訓項目，從而對其結果進行分析與總結，通過數字PID技術提高電動機的效率。通過收集各種資料，完成畢業論文的撰寫。
五．進度計劃 畢業設計課題的相關資料的收集與整理，熟悉系統的相關操作和原理，完成開題報告。
第3周至第4周
系統學習直流電動機、直流發動機原理，完成硬件安裝與線路聯接。
第5周至第12周
系統學習數字PID控制技術、數字濾波技術。通過MCS-51單片機編寫軟件控制程序；完成直流電動機閉環控制系統；
第13周至第14周
聯機調試；開始整理相關資料，撰寫使用說明書和畢業論文。
第15周至第16周
全面完成畢業設計，準備進行答辯
預期成果：通過該系統的設計開發，為實現直流電動機閉環控制系統數字化控制奠定基礎。
六、參考資料
[1] 全.直流電動機實際應用技巧 北京：科技出版社
[2] 何立民.單片機初級教程[M].北京：北京航空航天大學出版社
[3] 孫涵芳、徐愛卿. 單片機原理及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社
[4] 郝鴻安. 常用數字集成電路應用手冊[M].北京：中國計量出版社
[5] 吳金戌、沈慶陽、郭庭吉. 8051單片機實踐與應用[M].北京：清華大學出版社
ZHANG Hai-e
（Department of Basic Science，Tangshan College， Tangshan Hebei 063000， China）
【Abstract】This paper analyzes on the present situation of the Engineering mathematics teaching in almost all of the universities of our country， points out some problems existing in the traditional classroom teaching of the mathematics. Because of different majors have different needs for the teaching of Engineering mathematics， the teaching highlights should be vary with majors change. From the aspects of integration of curriculum content， revising the teaching plan， improving the teaching methods and innovative assessment methods， The article discusses the teaching reform for my college.
【Key words】Engineering mathematics；Teaching Reform；Engineering professionals
近年來，地方性本科院校經過升本以來十幾年的發展，已經成為高等教育的主要力量之一。21世紀，高校正處在更新教育觀念、深化教學改革的熱潮中，各個課程的教學改革也是一個重要方向?；诮ㄔO應用型本科院校的的目標，我院教師對諸多課程進行了大量適合于我院學生的教學改革與實踐， 并取得了良好效果。針對于工科各專業的數學基礎課程--工程數學，我作為負責人帶領課題組成員進行了教學改革與實踐，同時借鑒了河北大學王培光教授[1]對該課程改革的一些成功做法，取得了良好效果。
1 工科工程數學教學改革的必要性
工程數學（ 線性代數、概率論與數理統計、復變函數與積分變換等） 是我院信息工程系、環境與化學工程系、機電工程系、土木工程系等工科各專業學生的一門基礎課，是學習專業課的基礎課程。工程數學教學目標是使學生能夠應用數學知識解決工程中的實際問題，然而在現實中，教師課堂上著重于介紹嚴謹的數學原理和枯燥的邏輯推演，學生課上聽得乏味、昏昏欲睡，課下專注定理推導、解題技巧，很多學生不知道工程數學到底有什么用，感覺太抽象，失去了學習興趣，甚至產生了厭倦情緒。結果導致教師課上一味強調“工程數學很有用”，學生卻不知如何用的現象[2-3]。所以， 如何改進工程數學教學模式， 與學生所在專業知識有機結合，使原本抽象枯燥的工程數學課程更好地為學生所在專業服務， 是每位從事工程數學教學工作的教師需要解決的問題。到目前為止，項目組針對于專業課程和工程數學結合最緊密的通信專業、電氣自動化專業（信息工程系）進行了教學實踐。具體如下：
2 工程數學教學如何與各專業相結合
2.1 進一步細化原有教學計劃，調整教學內容，彰顯專業特色
對原有教學大綱及計劃做了仔細的分析與討論適時調整課程內容，結合學生所在專業的特點，精選教學內容，進一步細化原有教學計劃。由于各專業知識體系不同，教師如何講授可以使學生在有限的時間內獲取足夠的工程數學知識，為后繼的專業課程打下堅實的基礎，需要教師對學生專業課程的大致內容要了解，從而對教學內容進行優化整合，刪除一些不必要內容，增加工程應用實例，進一步細化原有的授課計劃。
我院信息工程系的通信專業、電氣自動化專業課程是與工程數學結合最緊密的專業，《微波技術基礎》、《天線技術基礎》、《數字信號處理》、《信號與系統》、《信息論》、《數字信號處理》、《電磁場理論》、《自動控制原理》等課程大量的問題都歸結為工程數學和高等數學的知識。
在微波傳輸中傳輸線的矩陣解、矩形波導、園波導等傳輸線方式分析；微波網絡分析中無耗互異網絡特性分析、密碼通信中的加密、解密；微波負載元件、微波連接元件、阻抗匹配元件、功率分配元件等特性分析等問題用到了線性方程組求解、求解特征值、特征向量、求矩陣的逆，將矩陣對角化等《線性代數》的知識。在《信息論》中，信號的輸入與輸出中信道的傳遞概率等問題就是利用《概率論與數理統計》中離散隨機變量的條件概率、全概率公式、貝葉斯公式等知識?！毒€性代數》與《概率論與數理統計》的矩陣理論與樣本均值與方差的結合用于《圖像處理》中的變換核分析。所以在講解工程數學這些知識點時要注重解題技巧及如何解決專業課程的相關問題，弱化一些工程數學本身的理論推導。
《自動控制原理》、《信號與系統》課程中時域、頻域分析及數字濾波器分析用到了大量的積分變換。留數定理是計算拉氏變換和 變換的重要手段，但是前提是函數在區域內解析，以往工程數學教學中為追求嚴密性，過多地糾纏于抽象的理論細節，討論函數在區域內解析，但是在工程上的很多實例信號本身就滿足解析條件，所以在授課時避免了“頭重腳輕”。
2.2 工程數學理論知識與實際應用（數學建模）的有效結合
在課程中增加數學實驗教學，像MatLab、Mathematics 語言內容， 結合專業背景，設計了幾個實際問題《密碼的設計、解碼與破譯》、《信息的度量與應用》、《交通流問題》。通過實際工程問題建立數學建模，借助數學軟件對實際問題進行研究分析，將線性代數的矩陣論、概率統計中的多元回歸分析及數據擬合、誤差分析等工程數學的知識完美結合，這樣可以直接將理論教學與數學實驗相連接，幫助學生及時從實踐中加強對理論的理解。通過數學建模，既激發了學生的想象能力，活躍了思維，又提高了學生的學習興趣，培養了學生的創新能力，取得了非常好的教學效果。
2.3 結合專業制定合理的考核方式，鼓勵學生進行專業探索
隨著教學改革的深入展開，教學內容、方法和手段都發生了變化，因此考試內容及方法也應與之相適應?？荚噧热菀茌^為全面地反映教改的效果以及學生對課程知識的掌握情況，更主要的是要能夠對學生的綜合素質進行有效的區別。課題組改變了傳統的“一張卷子是大頭”模式， 改變了傳統只參考作業、課堂表現作為平時成績的方式，在現有考核方式中，顯現了學生在處理專業問題時運用工程數學知識的能力，從而更加綜合地測評了學生學習成果。具體如下：
（1）在平時成績的評定中， 除了等情況外， 任課老師根據教學內容， 聯系相關的專業問題設計幾個開放性題目， 學生可以根據興趣選擇題目，查找相關資料， 并對計算的結果進行數據分析， 結合實際， 給出可行性建議， 最后以論文的形式上交，教師給予評分， 作為考核成績的一部分。
（2）教師采取了綜述報告和科技演講兩個方式進行測試作為學生期末成績的附加分，學生可以自由選擇。要順利完成綜述報告，學生要對該課程內容有整體把握，哪些內容是專業課程必須的，哪些內容僅是提高學生的邏輯思維能力，要求學生能分清伯仲。在此過程中需要查閱大量的資料，從而開闊了學生的專業知識面，更能深刻體會工程數學課程在專業課程學習的聯系和重要性，綜述報告中能夠深層次的檢測學生對該課程的理解及相關應用。學生在期末亦可以選擇科技論文演講，學生自愿參加，根據自己所在專業，下載相關1-2篇和工程數學結合緊密的學術文獻，讀透理解，并整理出摘要，準備做一次20分鐘的演講，課題組教師酌情給分。通過實施，學生的學習能力、創新能力、專業探索能力、實踐能力都有了很大的提高。
3 結論
