摘 要：信号与系统课程是电子通信类专业的一门重要的专业基础课，它是理论与实践、原理与应用紧密相结合的课程，该课程需要较高的数学基础，内容涉及很多抽象的概念。本文结合MATLAB仿真技术分析信号系统中的常见问题，它强大的图形处理功能及数学运算功能，为我们实现信号及系统的可视化分析提供了强有力的工具，提高了教学质量，同时培养了学生的应用能力。
关键词：信号与系统分析；Matlab仿真；教学方法研究；
信号与系统课程历来是一门难学难教的课程，由于该课程理论性较强，而且数学能力要求比较高，同时该门课程还与物理、电路分析、复变函数等多门课程有相关联系，知识面要求较广，综合分析能力要求强，同时在电子信息和通信专业开设的后续课程（如通信原理、数字信号处理等）都需要借助信号与系统中的知识，这门课程对于理论和实践两个体系都有很高的要求。由此可见，信号与系统课程的教学质量对电子信息类专业人才培养的重要性。在传统教学中由于学生缺乏对知识的总结应用且又无法对实际系统进行感性认识，所以学生感到难学。为此，在信号与系统课程的教学理念、教学内容、实验教学、教学方法与手段、评价体系等诸多方面都必须进行全面改革与创新。
1 新型教学形式的提出
教学理念的升华：淡化理论教学与实验教学的界限，将理论教学与实验教学有机的结合，融知识传授、能力培养、素质教育于一体，实现原理、方法、应用的有机结合。使得实践教学不再是理论教学的辅助，而是理论教学的重要组成部分。
教学方法的改进：教学过程应注重学生综合应用知识能力和自主学习能力的培养。在计算能力和技巧方面，应侧重计算方法，注重利用计算机技术进行科学计算。教学过程中应注重师生的互动，突出基本原理中蕴涵的数学概念、物理概念和工程概念。
实验手段的提高：要充分利用现代教育技术提高实践效果，应强调实践教学的主要目的是培养学生应用所学知识分析问题和解决问题的能力，科学研究的素质和开拓创新的意识。软件实验与硬件实验的区别只是实验手段和环境的不同，应充分而灵活。
2 MATLAB应用于信号系统概述
2.1 Matlab仿真的应用和优势
MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。
它具有如下特点和优势：（1）友好的工作平台和编程环境；（2）简单易学的程序语言；（3）强大的科学计算处理能力；（4）出色的图形显示和处理功能。特别是Matlab具有信号，系统以及信号处理方面的工具箱，许多常用的数学算法都有相应的函数命令，这样可以在信号分析和处理中，省去原有非常繁琐和冗长的数学计算推理过程，直接用软件中的工具包即可实现结果显示。同时在图形仿真显示后，同学们很容易就能理解系统的工作状态以及一些特性。Matlab的出现使利用计算机辅助完成《信号与系统》课程的数值计算、基本概念和算法的可视化建模及仿真调试成为可能。
2.2 利用Matlab仿真提高信号与系统的教学质量
1）巩固理论知识的理解：信号与系统课程的内容上，从处理信号的形式上可分为两部分：一是连续时间信号及系统的分析；二是离散时间信号及系统的分析。从分析方法主要分为时域、频域、复频域分析方法等。由于信号与系统课程的许多内容都是基于公式演算，而MATLAB借助符号数学工具箱提供的符号运算功能可满足信号与系统课程的需求。例如，解微/差分方程、傅里叶正反变换、拉普拉斯正反变换、z正反变换等。MATLAB在信号与系统中的另一主要应用是数值计算与仿真分析，主要包括函数波形绘制、函数运算、冲激响应与阶跃响应仿真分析、信号的时域分析、信号的频谱分析、系统的S域分析等内容。直观的数值计算仿真分析可以帮助同学们更深入理解信号与系统的理论知识，
2）开发“信号与系统”虚拟实验：以前信号与系统的实验大都是用硬件电路完成，实验的效果不直观，有一定的误差。利用Matlab仿真开发信号系统的软件实验具有如下特点：（1）有利于克服一些缺点。实验软件系统克服了硬件模拟实验实时性差、结果不够准确等缺点，同时能完成常用电子仪器仪表不能实现的实验。（2）经济性好。计算机仿真实验投资小但可达到相同的甚至于更好的实验结果。另外可以充分利用计算机资源，达到资源共享，同时具有可扩展性，随着课程范围的扩大，可随时增加实验内容。开发“信号与系统”虚拟实验有很多特色。（3）有利于调动学生学习的积极性。现有实验课的内容大多是验证性试验内容，不能调动学习的积极性，不能挖掘学生的潜能，实验效果不理想，而计算机虚拟实验教学过程充满着新颖和新鲜感，能激发学生的求知欲，激励学生进行探究和思考，为培养创新思维奠定基础。（4）将经典理论与现代理论有机结合，加入了Matlab仿真技术后，可以在教学中适当增加一些现代信号处理的内容（如信号的多速率处理、小波分析等），增加工程性、设计性和综合性的例题和习题，注重信号处理的理论的工程应用。
3 Matlab仿真在信号系统分析中的具体应用
3.1 信号的时域产生和信号的卷积运算
利用Matlab软件的信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）中的专用函数产生信号并绘出波形。
3.2 系统的稳定性分析
系统的稳定性一直是系统分析中的重要性能之一，系统函数H（s）集中表现了系统的性能,研究H（s）在S平面中极点分布的位置,可很方便地判断系统稳定性。
1）稳定系统: H（s）全部极点落于S左半平面（不包括虚轴）,则可以满足
系统是稳定的。
2）不稳定系统: H（s）极点落于S右半平面,或在虚轴上具有二阶以上极点,则在足够长时间后,h（t）仍继续增长, 系统是不稳定的。
3）临界稳定系统: H（s）极点落于S平面虚轴上,且只有一阶,则在足够长时间后,h（t）趋于一个非零数值或形成一个等幅振荡。
系统函数H（s）的零、极点可用matlab的多项式求根函数roots（）求得。
极点:p=roots（den）
零点:z=roots（num）
根据p和z用plot（）命令即可画出系统零、极点分布图,进而分析判断系统稳定性.例: 系统函数H（s）如下,画出系统零、极点分布图, 判断该系统稳定性。
4 结束语
相对于传统的信号与系统教学模式，采用Matlab仿真后，在整个学习中，同学们在获得理论知识的同时又得到实际动手操作能力的锻炼，同时也提高计算机软件使用的能力，真正做到理论联系实际，达到综合型人才的培养目标。同时，作为信号与系统的授课教师，结合历年的教学经验发现，将软件仿真加入教学过程中后，授课形式生动丰富，摆脱了理工类专业课的枯燥乏味的授课现状，得到了较好的教学效果。
参考文献：
[1] 吴大正，杨林耀，张永瑞等.信号与线性系统分析[M]第四版：北京，高等教育出版社.
[2] 张德丰.MATLAB通信工程仿真 [M].北京：机械工业出版社,2010.
[3] 陈后金：我校“信号与系统”课程的改革与建设[J].北京：电气电子教学学报.
[4] 唐向宏.岳恒立，郑雪峰.MATLAB在电子信息类课程中的应用[M].北京：电子工业出版社，2005.
相关热词搜索： 仿真 信号 课程 系统 Matlab上一篇：数学实验课程教学改革研究