摘要：采用Matlab作為開發(fā)工具，結(jié)合Web技術(shù)及其相應(yīng)功能，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了信號(hào)與系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)涵蓋了信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)中的所有重難點(diǎn)，包括信號(hào)的發(fā)生、信號(hào)分析、系統(tǒng)分析、濾波器設(shè)計(jì)等。系統(tǒng)具有良好的可視化交互界面，用戶只需通過瀏覽器來輸入數(shù)據(jù)，遞交給服務(wù)器，調(diào)用Matlab進(jìn)行計(jì)算，返回給用戶結(jié)果。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，在遠(yuǎn)程教學(xué)仿真和虛擬實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：信號(hào)與系統(tǒng)；Matlab；Matlab Web Server

中圖分類號(hào)：TN873 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 16-0000-02

信號(hào)與系統(tǒng)課程[1，2]是通信工程專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程一方面以高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)及電路等課程為基礎(chǔ)，同時(shí)又是后繼的數(shù)字信號(hào)處理、移動(dòng)通信等專業(yè)課程的先修課程，該課程在通信工程專業(yè)課程體系中擔(dān)負(fù)著承上啟下的作用。然而，信號(hào)與系統(tǒng)中的很多原理和技術(shù)與復(fù)雜的數(shù)學(xué)理論知識(shí)緊密結(jié)合，學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)，普遍感到概念抽象。雖然目前有一些基于單機(jī)環(huán)境的CAI教學(xué)軟件[3]，但由于“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中有許多頻譜分析的圖形難于處理，因此開發(fā)基于WEB的教學(xué)軟件顯得十分重要[4]。

本文基于MATLAB 7提供的Web Server 組件[5]，進(jìn)行B/S模式的信號(hào)與系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)開發(fā)，將MATLAB 的仿真能力和Web 瀏覽器的遠(yuǎn)程訪問能力相結(jié)合，客戶端通過Web 瀏覽器向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求和傳遞參數(shù)，服務(wù)器進(jìn)行相關(guān)計(jì)算后可生成動(dòng)態(tài)頁面返回給客戶端。該平臺(tái)不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更有助于學(xué)生掌握該課程的基礎(chǔ)理論知識(shí)，從而提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)能力。

1 信號(hào)與系統(tǒng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及功能

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)模式大大提高了學(xué)科知識(shí)的傳授與學(xué)習(xí)效率。本文通過信息技術(shù)整合“信號(hào)與系統(tǒng)”相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)而構(gòu)建“信號(hào)與系統(tǒng)”自主學(xué)習(xí)平臺(tái)。系統(tǒng)主要包含以下4個(gè)基本模塊：

1.1 學(xué)生信息模塊

首先，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是針對(duì)所有選修信號(hào)與系統(tǒng)課程的學(xué)生以及其他對(duì)本課程感興趣的學(xué)生。該模塊為每個(gè)學(xué)生用戶分配初始的用戶帳號(hào)和密碼供學(xué)生登陸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)用戶的信息管理功能。

1.2 仿真演示模塊

該模塊主要包括以下四個(gè)部分：

1.2.1 信號(hào)發(fā)生器： 信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生方波，正弦波，三角波，階躍函數(shù)，沖激函數(shù)等信號(hào)，信號(hào)的幅度，頻率，相位可以調(diào)節(jié)。

1.2.2 信號(hào)分析儀：信號(hào)分析儀可以演示信號(hào)的頻譜分析，信號(hào)間的運(yùn)算、卷積、相關(guān)，抽樣定理，信號(hào)的合成分解，傅里葉變換，拉普拉斯變換，Z變換；

1.2.3 系統(tǒng)分析：系統(tǒng)分析可以求一個(gè)系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)、零輸入響應(yīng)；

1.2.4 濾波器設(shè)計(jì)：濾波器設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)FIB，IIR濾波器，顯示頻率響應(yīng)的圖形。

1.3 在線課堂

該模塊可以使用戶進(jìn)入到理論學(xué)習(xí)階段。它可以很好的體現(xiàn)信號(hào)與系統(tǒng)這一課程的主要內(nèi)容，提供給用戶需要掌握的知識(shí)理論。

1.4 學(xué)習(xí)交流模塊

在這個(gè)模塊，系統(tǒng)將提供信息交流反饋機(jī)制和相應(yīng)的使用幫助等輔助功能。通過信息交流反饋，可以及時(shí)歸總學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的問題并及時(shí)做出解答，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的互動(dòng)。

2 信號(hào)與系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理及技術(shù)

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式采用基本的B/S結(jié)構(gòu)模型，服務(wù)器安裝有MATLAB軟件。基于MATLAB的信號(hào)與系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)在Web中的應(yīng)用主要采用以下2種實(shí)現(xiàn)技術(shù)：

2.1 基于MATLAB web server進(jìn)行Web開發(fā)

MATLAB Web Server是MATLAB具有Web功能的核心工具包，它使開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化虛擬測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)高效可行?；?MATLAB Web Server進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開發(fā)的工作原理如下：Matweb程序利用公共網(wǎng)關(guān)接口（CGI）接收HTML文件中的數(shù)據(jù)并負(fù)責(zé)把這些數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)給 Matlabserver，由Matlabserver 運(yùn)行MATLAB 應(yīng)用 （M—file），該M文件取得數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算，然后把結(jié)果返回到Web瀏覽器上顯示。

2.2 基于Matcom[5]組件進(jìn)行Web應(yīng)用程序開發(fā)

Com builder是Mathworks公司推薦用于混合編程的，COM是component object module的簡(jiǎn)稱，它是一種通用的對(duì)象接口，任何語言只要按照這種接口標(biāo)準(zhǔn)，就可以調(diào)用它。MATLAB7包含的Combuilder就是把MATLAB下的程序做成COM組件，供其他語言調(diào)用。這個(gè)工作在MATLAB環(huán)境下就可以完成。在此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，首先對(duì)Matlab應(yīng)用程序進(jìn)行封裝，然后在.NET下進(jìn)行調(diào)用。在.NET后臺(tái)調(diào)用COM組件運(yùn)行應(yīng)用程序，進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)。

3 自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

首頁為首頁為信號(hào)與系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的歡迎界面，訪問者需要輸入用戶名和密碼進(jìn)行登陸，如圖2所示。

登陸進(jìn)入后展現(xiàn)的是學(xué)習(xí)系統(tǒng)的主界面，包含學(xué)習(xí)系統(tǒng)的功能介紹和各個(gè)模塊的鏈接。

4 總結(jié)與展望

Matlab web Server結(jié)合了Matlab程序與web應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，能以可視化的形式輸出二維/三維處理結(jié)果，進(jìn)一步發(fā)揮了Matlab強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算能力。采用此B/S結(jié)構(gòu)模式開發(fā)各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，客戶端只需安裝Web瀏覽器就可以獲得Matlab的計(jì)算服務(wù)，這給Internet用戶帶來了很多方便，對(duì)遠(yuǎn)程教育、各學(xué)科教學(xué)軟件的制作具有深遠(yuǎn)的影響。雖然本文開發(fā)的信號(hào)與系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)已經(jīng)可以完成基本的功能，但是要推向市場(chǎng)，應(yīng)用到本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還存在許多不足，實(shí)驗(yàn)案例系統(tǒng)還不完善，系統(tǒng)的穩(wěn)健性也還不夠，應(yīng)用到教學(xué)中還需要開發(fā)更多的實(shí)驗(yàn)案例、配套的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳大正.信號(hào)與線性系統(tǒng)分析[M].北京：高等教育出版社，2005.

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[3]呂鋒，劉泉，江雪梅.基于MATLAB 的信號(hào)與系統(tǒng)軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[J].理工高教研究，2006，25（2）：98-99.

[4]顧曉杰.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2005，（6）：88-91.

[5]何強(qiáng)，何英. Matlab擴(kuò)展編程[M].北京：清華大學(xué)出版社.2002.

[基金項(xiàng)目]湘南學(xué)院2010年度科研課題，項(xiàng)目號(hào)：2010Y017