樓生強(qiáng)

（國防科技大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院，長沙 410073）

1 “ 數(shù)字信號處理”系列課程背景

數(shù)字信號處理理論及技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域涉及雷達(dá)、通信導(dǎo)航、自動控制、精確制導(dǎo)、目標(biāo)識別、圖像處理等技術(shù)領(lǐng)域。我校電子科學(xué)學(xué)院核心系列課程“數(shù)字信號處理”面向我院學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)雙重需求，該系列課程的教學(xué)內(nèi)容建設(shè)、教師隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)模式建設(shè)、案例教學(xué)建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)等，都是緊緊圍繞著這兩個(gè)需求展開的。2012 年，“數(shù)字信號處理”系列課程進(jìn)入校一流課程建設(shè)隊(duì)伍，文獻(xiàn)[1]詳細(xì)分析和闡述了該系列課程的建設(shè)情況。

2 “ 數(shù)字信號處理”系列課程特點(diǎn)

（1）在課程體系設(shè)置方面：我?！皵?shù)字信號處理”系列課程的課程設(shè)置涵蓋三個(gè)方面的內(nèi)容，即：數(shù)字信號處理基礎(chǔ)理論、數(shù)字信號處理最新進(jìn)展、數(shù)字信號處理理論和技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，每隔幾年，相關(guān)課程的具體教學(xué)內(nèi)容、授課對象都會根據(jù)學(xué)科建設(shè)、教學(xué)效果、人才培養(yǎng)需求的變化做調(diào)整。圖1是我校2012年左右一段時(shí)間內(nèi)，該系列課程體系圖，涵蓋了本科、碩士研究生、博士研究生三個(gè)階段的課程體系。

圖1 “數(shù)字信號處理”系列課程體系圖（圖片引用自參考文獻(xiàn)[1]）

（2）在課程教學(xué)內(nèi)容方面：數(shù)字信號處理相關(guān)理論和技術(shù)是起源于十七和十八世紀(jì)數(shù)學(xué)的一個(gè)學(xué)科，從上世紀(jì)80年代開始，隨著數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)在這近半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，經(jīng)歷了建立、興起、快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的歷程，目前它已是一門內(nèi)涵十分豐富的獨(dú)立學(xué)科[2，3]。目前，數(shù)字信號處理技術(shù)涉及的基礎(chǔ)理論體系相對成熟、完整，同時(shí)其新的理論和技術(shù)、新的應(yīng)用領(lǐng)域又層出不窮。針對這一特點(diǎn)，按下列原則設(shè)置課程教學(xué)內(nèi)容：一是數(shù)字信號基礎(chǔ)理論的教學(xué)主要由本科生階段的“數(shù)字信號處理（雙語）”、碩士研究生階段的“數(shù)字信號處理（核心）”這兩門課程完成，課程“數(shù)字信號處理（基礎(chǔ)）”和“數(shù)字信號處理（理論與應(yīng)用）”根據(jù)我校多元化新型軍事人才培養(yǎng)需求而設(shè)，根據(jù)軍事技術(shù)人才的需求，針對性的調(diào)整了課程內(nèi)容；二是數(shù)字信號處理的新技術(shù)和理論教學(xué)主要由選修課程“現(xiàn)代信號處理”及我院各研究方向?qū)ｉT開設(shè)的選修課程完成；三是數(shù)字信號處理的應(yīng)用教學(xué)主要由選修實(shí)驗(yàn)課程完成。

基礎(chǔ)理論和技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容相對固定，分兩個(gè)階段和層次教學(xué)，面向本科生和研究生。數(shù)字信號處理學(xué)科最新理論和技術(shù)的教學(xué)主要面向研究生，數(shù)字信號處理的應(yīng)用則根據(jù)我院各個(gè)研究方向的特點(diǎn)，開設(shè)個(gè)研究方向共用的數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，主要面向雷達(dá)、導(dǎo)航、通信、信息感知與目標(biāo)識別等研究方向。

（3）在授課對象方面：2012年之后，為適應(yīng)數(shù)字信號處理技術(shù)與其他技術(shù)融合發(fā)展、研究生培養(yǎng)方式的變化，相關(guān)課程的授課對象，學(xué)習(xí)要求做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，具體措施是模糊了核心課程、選修課程之間的界限，模糊了碩士研究生課程和博士研究生課程的之間的界限，除了保留數(shù)字信號處理（核心）課程為我校電子科學(xué)學(xué)院碩士研究生的必選課程之外，其他所有碩士研究生課程、博士研究生課程、實(shí)驗(yàn)課程都調(diào)整為研究生選修課程，具體選修課程由導(dǎo)師和研究生根據(jù)實(shí)際課題研究需求決定。

總之，我院“數(shù)字信號處理”系列課程即著重基礎(chǔ)理論和技術(shù)的教學(xué)，也重視新理論和技術(shù)及應(yīng)用的教學(xué)，以強(qiáng)化學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)?！艾F(xiàn)代信號處理”面向數(shù)字信號處理的新的技術(shù)和理論的教學(xué)任務(wù)，與面向基礎(chǔ)理論和技術(shù)教學(xué)的“數(shù)字信號處理（雙語）”、碩士研究生階段的“數(shù)字信號處理（核心）”課程，面向應(yīng)用，尤其是面向我院研究方向共用的應(yīng)用而開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程有不同的建設(shè)目標(biāo)。

3 “ 現(xiàn)代信號處理”課程簡介

我校是首批開設(shè)數(shù)字信號處理課程的高校之一，早在上世紀(jì)80年代初，采用了Alan V.Oppenhein和Ronald W.Schafer等著的數(shù)字信號處理教材[3]，由皇甫堪教授首先開設(shè)了我校的數(shù)字信號處理課程，面向本科生、研究生分別開設(shè)兩個(gè)層次的課程，本科生課程著重信號的采樣、信號的表征與分析、濾波器和快速算法等內(nèi)容的教學(xué)，研究生著重維納濾波、功率譜估計(jì)、同態(tài)濾波等內(nèi)容的教學(xué)。上世紀(jì)90年代初，皇甫堪教授又采用了Jae S.Lim和Alan V.Oppenhein等編著的教材[4]，開設(shè)了研究生課程“現(xiàn)代信號處理”，主要教學(xué)數(shù)字信號處理的最新進(jìn)展，例如：現(xiàn)代譜估計(jì)、快速算法、多維信號處理、多速率信號處理等。2003年，皇甫堪教授總結(jié)了多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和成果，結(jié)合我校電子科學(xué)學(xué)院各研究方向有關(guān)數(shù)字信號處理教學(xué)的需求，編著了面向“數(shù)字信號處理（核心）”和“現(xiàn)代信號處理”這兩門課程的教材[5]。2009年[6]、2012 年[7]，2018年，“現(xiàn)代信號處理”教學(xué)內(nèi)容又經(jīng)過了三次調(diào)整。從2013年起，該課程為面向全校碩士、博士研究生的選修課程。

4 “現(xiàn)代信號處理”課程教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

從上文可知，課程“數(shù)字信號處理（雙語）”、“數(shù)字信號處理（核心）”主要面向基礎(chǔ)理論教學(xué)，各實(shí)驗(yàn)課程面向數(shù)字信號處理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，尤其是與我校電子科學(xué)學(xué)院各研究方向聯(lián)系緊密的應(yīng)用，“現(xiàn)代信號處理”主要面向數(shù)字信號處理最新的技術(shù)和成果的教學(xué)。三種類別的課程即強(qiáng)化“三基”，即“基本概念，基本原理，基本方法”，又要激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中追求“創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)知識，創(chuàng)造性地應(yīng)用知識，創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)知識的再創(chuàng)造”。基礎(chǔ)性及先進(jìn)性并重，做好“數(shù)字信號處理”科研成果向教學(xué)資源的轉(zhuǎn)換[1]。

2018年6 月，根據(jù)我院相關(guān)研究方向和人才培養(yǎng)需要，對課程內(nèi)容作了再次修訂，修訂的總體指導(dǎo)原則是：一是本科程教學(xué)內(nèi)容在體現(xiàn)數(shù)字信號處理最新成果和應(yīng)用的同時(shí)，進(jìn)一步強(qiáng)化其與其他課程教學(xué)內(nèi)容的連貫性，使課程教學(xué)內(nèi)容和其他課程形成一個(gè)完整的理論、技術(shù)和應(yīng)用體系；二是在課堂教學(xué)中引入我院最新的科研成果，讓科研成果進(jìn)課堂，通過實(shí)際應(yīng)用成果教學(xué)加深學(xué)員對相關(guān)理論和技術(shù)的理解。

修訂后，課程內(nèi)容主要包括5個(gè)相對獨(dú)立的專題：高階譜估計(jì)及其應(yīng)用、信號分析及其應(yīng)用、多速率濾波器及濾波器組、信號的采樣和重構(gòu)、盲信號處理。表1是各專題主要教學(xué)內(nèi)容。

表1 課程各子專題教學(xué)內(nèi)容列表

其中，高階譜估計(jì)及其應(yīng)用、信號分析及其應(yīng)用、多速率濾波器及濾波器組、信號的采樣和重構(gòu)等四個(gè)方面的教學(xué)內(nèi)容與“數(shù)字信號處理（雙語）”、“數(shù)字信號處理（核心）”的教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系緊密，是這兩門課程教學(xué)內(nèi)容的推廣和拓展，例如：信號的采樣和重構(gòu)，就是帶寬有限信號采樣的推廣，從信號空間理解信號的離散化和重構(gòu)過程。而高階譜估計(jì)及其應(yīng)用，從“更高維度”描述隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性，是基于自相關(guān)函數(shù)功率譜估計(jì)技術(shù)的拓展，信號分析及其應(yīng)用從“時(shí)頻”兩個(gè)維度描述信號，是基于傅里葉變換等一維變換信號分析技術(shù)的擴(kuò)展，多速率濾波器及濾波器組技術(shù)在通信導(dǎo)航、雷達(dá)系統(tǒng)、語音圖像處理等應(yīng)用領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，是單速率、單輸入/輸出處理技術(shù)的推廣。

為了強(qiáng)化理論與實(shí)際的聯(lián)系，各子專題引入了我院最新的科研成果，例如：多速率濾波器在導(dǎo)航信號生成、雷達(dá)信號處理、通信信號處理中的應(yīng)用，采樣定理擴(kuò)展在信號插值、圖象數(shù)據(jù)壓縮、雷達(dá)目標(biāo)特性描述中的應(yīng)用，信號分析在連續(xù)波雷達(dá)信號處理、語音信號處理中的應(yīng)用。更多教學(xué)案例可以參見文獻(xiàn)[1]。

5 結(jié)束語

“現(xiàn)代信號處理”課程是我?！皵?shù)字信號處理”系列課程中的核心課程之一，課程建設(shè)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀，緊跟數(shù)字信號處理技術(shù)的最新發(fā)展成果，在我校的新型高素質(zhì)軍事人才培養(yǎng)，國際一流課程建設(shè)中，發(fā)揮了應(yīng)有的作用?！?/p>