賈桂敏　焦衛(wèi)東　楊金鋒

摘要：“隨機信號分析”是我校電子信息工程和通信工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。針對現(xiàn)有課程缺少實踐環(huán)節(jié)，與民航結(jié)合較差的問題，本文不僅設(shè)計了與民航機務(wù)維修、空中交通管理等密切相關(guān)的教學(xué)實例，還將與民航相關(guān)的科研項目成果應(yīng)用到課堂教學(xué)中。通過具有民航特色的課程教學(xué)改革與實踐，加強教學(xué)的實用性，使課堂教學(xué)與民航應(yīng)用更加貼近。

關(guān)鍵詞：隨機信號分析；應(yīng)用實例；民航特色

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）31-0076-02

一、引言

“隨機信號分析”是我校電子信息工程專業(yè)和通信工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，可以掌握隨機信號分析的基本概念、基本原理和基本分析方法。該課程的特點是理論性較強，很多概念較抽象，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來一定的困難，需要他們綜合運用高等數(shù)學(xué)、概率論、數(shù)理統(tǒng)計、電路分析、信號與系統(tǒng)等多門課程的內(nèi)容來分析問題。

二、民航特色教學(xué)實例設(shè)計

由于學(xué)時較少，很多公式推導(dǎo)較為復(fù)雜，理論教學(xué)任務(wù)較重。因此，結(jié)合每一章節(jié)的重要知識點設(shè)計難度適中的教學(xué)實例，加深學(xué)生對理論知識的理解，了解該課程在實際問題分析中的應(yīng)用，至關(guān)重要。

表1簡介了部分教學(xué)中采用的應(yīng)用實例。學(xué)生在前修的相關(guān)課程中已經(jīng)部分學(xué)習(xí)過概率論內(nèi)容，考慮到學(xué)時有限，縮減該部分的理論講解時長，可通過三個民航應(yīng)用實例使學(xué)生鞏固和理解該部分的內(nèi)容。對于隨機過程概念、相關(guān)函數(shù)、功率譜密度、等效噪聲帶寬等重要知識點，要結(jié)合民航應(yīng)用實例進行理論講解和分析，在教學(xué)中會收到很好的反饋。這不僅可以讓抽象的概念更加形象直觀，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能使學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力逐步提升。

三、課堂教學(xué)與科研相結(jié)合

（一）總體思路

語音信號是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷碾S機信號之一。無線電陸空通話（簡稱陸空通話）是當(dāng)前空中交通管制員與飛行員間進行話音通信和信息溝通的重要方式，對航空器高效安全地運行有至關(guān)重要的作用。而陸空通話具有語速快、語調(diào)單一、專業(yè)術(shù)語多、特定發(fā)音標(biāo)準(zhǔn)、中英文混雜等特點，無法直接利用現(xiàn)有語音識別方法對陸空通話進行識別。因此，在隨機過程概念、相關(guān)函數(shù)、功率譜密度、希爾伯特變換、窄帶隨機過程等知識點的教學(xué)中，可以將相關(guān)研究成果充分應(yīng)用于課堂教學(xué)。

（二）一則應(yīng)用范例分析

在講解隨機過程概念和相關(guān)函數(shù)后，演示一則“陸空通話波形分析”范例，可采用以下步驟。

1.采用PPT教學(xué)形式，通過空中管制的圖片、錄音、視頻等介紹科研問題背景。通過給學(xué)生播放實際陸空通話的錄音，讓學(xué)生熟悉陸空通話這種半人工語言。通常，學(xué)生在第一次甚至開始幾次聽錄音的過程中，都無法聽懂空管員和飛行員的通話內(nèi)容，可以明顯體會到陸空通話與人們?nèi)粘υ挼膮^(qū)別。

2.采用研究型的教學(xué)方法，提出問題讓學(xué)生思考：如何讓機器識別陸空通話內(nèi)容？通過討論，讓學(xué)生發(fā)表看法，促進課堂教學(xué)互動，教師進而引出要對陸空通話語音進行統(tǒng)計分析的范例主題。

3.介紹陸空通話語音識別的流程和涉及的關(guān)鍵技術(shù)。本范例主要演示陸空通話語音識別前端預(yù)處理的部分工作，讓學(xué)生了解語音信號的短時平穩(wěn)特性及短時自相關(guān)函數(shù)，并簡要分析相關(guān)函數(shù)在語音端點檢測的基本原理。

4.向?qū)W生簡要介紹Windows操作系統(tǒng)、Matlab 2014開發(fā)環(huán)境，以及一些Voicebox工具箱的安裝和使用。

5.教師針對重要代碼（比如調(diào)用Voicebox工具箱函數(shù)）進行具體講解，針對陸空通話波形繪制、加窗分幀、短時互相關(guān)計算、端點檢測等問題，重點講解函數(shù)的調(diào)用和陸空通話分析在上述問題解決中參數(shù)設(shè)置需要特別注意的地方，教會學(xué)生如何使用Matlab幫助文檔及工具箱函數(shù)說明解決問題。

6.根據(jù)演示步驟演示程序。為了使演示更加形象，我們開發(fā)了客戶端界面，并打包封裝為獨立運行程序。通過讀入、回放多人次、同一內(nèi)容的陸空通話數(shù)據(jù)，進行波形展示和對比，讓學(xué)生更形象地認(rèn)識隨機過程的概念；通過陸空通話波形分析、端點檢測過程的演示，使學(xué)生對隨機過程相關(guān)理論在實踐中的應(yīng)用有深刻的印象，培養(yǎng)對科研的興趣，減少對科研工作的畏難情緒。

通過教師向?qū)W生演示這則應(yīng)用范例，可以達(dá)到以下幾個目的：①使學(xué)生對隨機過程和相關(guān)函數(shù)的概念有更直觀的認(rèn)識，明白所學(xué)理論知識在分析實際問題中的重要性；②讓學(xué)生在實際民航問題分析、解決過程中熟悉科研工作，提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力；③讓學(xué)生熟悉相關(guān)的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)語言，掌握函數(shù)調(diào)用及隨機信號分析的基本程序，提高動手能力和實踐能力。

四、結(jié)語

本文針對“隨機信號分析”的課程特點，首先將課程重要知識點與民航實際相結(jié)合，設(shè)計教學(xué)應(yīng)用實例，通過理論講解與實例分析使專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)與民航實踐應(yīng)用更貼合。同時，將科研項目中的相關(guān)成果作為演示范例應(yīng)用到課程教學(xué)中，配合重要知識點的講解和分析，演示民航實際問題的解決過程，并采用研究型的教學(xué)方法，讓學(xué)生帶著問題體會什么是科研，以及理論知識如何運用到實踐中。通過以上教學(xué)改革和實踐，使學(xué)生對“隨機信號分析”課程內(nèi)容的認(rèn)識更深入，提高實踐能力和綜合素質(zhì)，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]常建平，李海林.隨機信號分析[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[2]張文明，羅鵬飛.“隨機信號分析與處理”課程研究型教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2010，32（5）：19-20.

[3]方勇，劉凱，黃青華.“隨機信號分析”課程案例教學(xué)的實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009，31（2）：102-104.