《信号检测技术基础》课程教学大纲
一、课程基本信息
课程编号： AS33103
课程名称： 信号检测技术基础
英文名称： Fundamentals of Signal Detection Technology
课程学时： 32讲课学时：26实验学时：6上机学时： 习题学时：
课程学分：2
开课单位： 航天学院控制科学与工程系
授课对象： 自动化类专业本科生
开课学期： 3春
先修课程： 大学物理、电路、概率论与数理统计、模拟电子技术基础、数字电子技术基础的有关课程
二、课程目标
信号检测技术是控制系统检测环节获取信息的主要方法，是自动检测和自动控制系统中不可缺少的重要技术。《信号检测技术基础》以信号-信号数据获取-信号特征分析-信号检测处理为主线，始终围绕着“对实际中的信号进行检测”的核心理念开展教学，并结合信号与检测的工程应用问题进行讲解。
本课程主要讲授信号检测的基本概念、检测系统的设计方法、信号数据的获取、转换与预处理方法、信号的基本检测与分析方法，通过讲授教学和实验教学等环节使学生掌握信号检测技术的基本方法和实践能力，并培养学生的检测系统设计能力，支撑专业学习成果中相应指标点的达成。课程目标要求如下：
1. 熟悉和掌握信号检测的基本概念、信号数据的获取、转换与预处理方法、信号的基本检测与分析方法，具备分析信号检测相关问题的基础知识，并了解信号检测技术的研究现状和发展趋势；
2. 了解和掌握检测系统的组成及其基本原理，熟悉实际检测系统的各个环节及其作用，具备根据检测系统所测信号的特定要求，设计和实现相应检测方案的能力；
3. 熟悉和掌握信号特征分析与信号检测的基本实验技能和计算机处理方法，具备信号检测与处理的基本实践能力，并逐步具有应用先进工具研究实际系统中信号检测问题的能力。
三、课程目标与毕业要求对应关系
毕业要求 | 毕业要求具体描述 | 课程目标 |
1. 工程知识 2. 问题分析 | 1. 很好地掌握数学和工程数学的基本知识，并能用于专业问题的认识行为中。 2. 能够运用自动化及其相关的基础理论和专业知识表达、分析自动化领域的实际工程问题。 | 课程目标1 |
3. 设计/开发解决方案 | 3. 能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程。 | 课程目标2 |
4. 研究 5.使用现代工具 | 4. 根据复杂工程问题的实际需求，综合运用理论和技术手段，采用科学方法完成研究课题，并能采用信息综合手段对实验结果得到合理有效的结论。 5. 基于对复杂工程实际问题的初步分析结果，能够开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，并知晓其局限性。 | 课程目标3 |
四、课程目标与课程内容对应关系
序号 | 教学内容 | 教学要求 | 学时 | 教学方式 | 对应课程 目标 |
1 | 一、信号检测技术的概述与研究内容 （1）信号检测技术的概述 （2）检测系统的基本特征 （3）实际检测系统的分析与介绍 | 1.了解本课程研究的对象、内容 2. 了解信号检测技术的基本概念 3. 以实际检测系统为例，通过课堂演示讲解检测系统的基本特征，对实际检测系统有一定的直观认识 | 2 | 讲授 | 课程目标1 |
2 | 二、检测系统的基本设计方法 （1）检测系统的设计原则与步骤 （2）检测系统的抗干扰方法 （3）检测系统设计的实例分析 | 1. 理解检测系统设计方法的基本概念 2. 以超声系统的需求分析为例，讲解检测系统的设计方法，理解特定工程系统的设计方法 3. 结合超声信号的获取、采集、处理与输出，分析实际检测系统的各个硬件环节，并通过课堂演示理解检测系统各环节的作用 | 2 | 讲授 | 课程目标2 |
3 | 三、信号采集与误差处理 （1）信号采集的原理与方法 （2）误差分析与处理的基本方法 （3）超声传感器对信号采集的实例分析 | 1. 理解信号采集与误差分析的基本方法 2.以超声信号为例，通过课堂演示讲解超声传感器如何将声信号转化为电信号，掌握传感器采集信号的方法与措施 | 2 | 讲授 | 课程目标1 课程目标2 |
4 | 四、信号的转换与预处理 （1）信号的放大与滤波 （2）信号的模数-数模转换与预处理 （3）FIR滤波器的设计方法和数字解调方法 （4）信号转换与预处理的应用分析 | 1. 理解信号的放大、滤波、模数-数模转换的基本概念 2.以超声系统的低噪声增益放大器、时间增益补偿、抗混叠滤波器的讲解为例，掌握信号的放大、补偿、滤波等原理与设计方法 3. 以超声信号数字滤波和简单解调为例，讲解其工作工程，掌握FIR滤波器的设计方法和简单数字解调方法 | 4 | 讲授 | 课程目标1 课程目标2 |
5 | 五、超声检测系统及其设计的演示讲授 （1）介绍和演示各类型的超声检测系统 （2）演示与分析超声系统中各模块电路的功能 | 1. 通过演示各类型的超声检测系统，掌握工程中检测系统设计方法与工作原理 2. 通过超声各模块电路的演示与分析，理解工程中特定需求系统各单元的设计方法 | 4 | 讲授 (演示) | 课程目标1 课程目标2 |
6 | 六、信号采集与转换实验 （1）了解数据采集的基本结构原理 （2）理解实际工程中信号采集的硬件电路设计与编程 | 1. 通过超声信号的采集实验，理解实际工程中信号采集的硬件电路设计方法 2. 掌握信号模数与数模转换的工程设计与处理方法，以及信号传输方法 | 2 | 实验 | 课程目标1 课程目标3 |
7 | 七、信号的简单解调仿真实验 | 理解超声信号的简单解调方法，并通过仿真实现，掌握工程中的信号解调设计方法 | 2 | 实验 | 课程目标1 课程目标3 |
8 | 八、信号的基本特征分析方法 （1）信号的分类、典型信号与分析方法概述 （2）信号的时域特征量及其应用方法 （3）信号的频域特征量及其应用方法 | 1. 理解信号的基本特征分析方法 2. 以声信号为例，掌握信号的时域特征和分析方法 3. 以声信号为例，掌握信号的频域特征和分析方法 | 4 | 讲授 | 课程目标1 |
9 | 九、信号的检测与分析方法 （1）自适应滤波方法 （2）基于小波的时频检测方法 | 1. 理解自适应滤波方法和小波时频分析方法的基本概念 2. 以裂纹的声信号检测为例，讲解受有色噪声干扰下的有用信号检测与分析方法，掌握自适应滤波和小波时频分析的应用分析方法 | 4 | 讲授 | 课程目标1 |
10 | 十、裂纹声信号的特征分析实验 （1）裂纹信号时频特征提取与分析 （2）matlab信号特征处理编程 | 1. 理解基本的信号时频特征提取与分析方法 2. 掌握利用matlab处理信号特征的编程方法 | 2 | 实验 | 课程目标1 课程目标3 |
11 | 十一、弱信号检测与处理的演示讲授 （1）裂纹信号的自适应噪声消除方法仿真 （2）裂纹信号的小波时频特征检测与处理 | 1. 理解弱信号检测与分析必要性。 2. 理解自适应消噪方法的原理，演示利用matlab进行裂纹信号中噪声的自适应消除。 3. 理解小波时频特征分析的原理，演示利用小波方法对裂纹信号的特征进行分析和检测。 | 4 | 讲授 (演示) | 课程目标1 课程目标3 |
五、课程教学方法
课堂讲授
1．认真备课，熟练掌握该课程的基本内容，了解学生情况和先行课情况；
2．课堂教学注意采用启发式，加强课堂上的问答对话、创造条件进行讨论，调动学生积极参与教学过程，增强学习的主动性和积极性；
3. 采用电子教案，多媒体教学与传统板书、教具教学相结合，提高课堂教学信息量，增强教学的直观性；
4. 注意课堂上学生的反映，随时根据具体情况调整讲授内容，速度和方法。课内讨论和课外答疑相结合，每周安排一次答疑；
5. 指导学生做好预习和复习工作，及时收作业、批改作业。
演示讲授
充分利用实验室的研究资源，将课堂上所讲授的内容进一步在实验室进行演示讲授，将课程知识与实际应用和研究相结合，同时也为所学知识的应用实践提供参考指导。
1.超声检测系统及其设计的演示性实验：通过演示，讲授与分析各类型的超声检测系统、超声各模块电路，使学生理解和掌握工程中特定检测系统与各单元的设计方法；
2.弱信号检测与处理演示：利用matlab进行噪声的自适应消除，并采用小波方法对弱信号的特征进行分析和检测，了解和熟悉实际应用中弱信号的检测和分析方法。
实验教学
实验是教学过程中的一个重要部分，是将知识转化为能力的一个重要手段。《信号检测技术基础》强调理论学习与实践技能培养并重，主要开展以下实验：
1.信号采集与转换实验：通过超声信号的采集实验，掌握实际工程中信号采集的硬件电路设计方法，以及信号模数与数模转换的工程设计与处理方法；
2.信号简单解调的仿真实验：设计超声信号的简单解调方法，并通过仿真实现，掌握工程中的信号解调设计方法；
3.裂纹声信号的特征分析实验：通过对裂纹信号时频域特征的分析与处理，掌握信号的时频域特征分析方法。
研究设计
除布置课后作业外，针对信号检测应用中的问题，让学生通过所学知识自主的去设计相应的信号检测环节和方案。提高学生的理解能力、创新能力、应用所学知识、方法和先进设计工具解决相关工程问题的实践能力和团队合作能力，并进行报告和设计文稿的撰写。
六、课程考核方法
考核环节 | 所占分值 | 考核与评价细则 | 对应课程目标 |
平时和作业 | 10% | （1）考核学生上课表现和问题回答； （2）按照规定的日期完成并提交作业，将所有作业成绩取平均值； （3）以上两项最后合计，给出成绩。 | 课程目标1 |
实验环节 | 20% | （1）按照要求完成实验，并提交报告； （2）根据实验出勤、实验完成情况和实验报告情况评定最终得分。 | 课程目标3 |
研究设计 | 10% | （1）考查应用所学知识进行信号检测系统设计的能力； （2）教师根据选题、设计文稿、程序、报告情况评分。 | 课程目标2 |
期末考试 | 60% | （1）考试内容以大纲中应知应会内容为主； （2）包括填空、计算与解答等题型，采用闭卷考试； （3）总分100分，分步骤计分，最后得分按比例折算为实际分数。 | 课程目标1 |
七、主要教材与参考书
[1]刘传玺.自动检测技术.机械工业出版社.2015
[2]杨平.测试信号分析与信息处理.科学出版社.2016
[3]曹才开.检测技术基础.清华大学出版社.2009
[4] 周祥才.检测技术及应用. 中国计量出版社. 2009
[5] 张立毅.信号检测与估计.清华大学出版社.2014
大纲撰写人： 章欣 大纲审核人：
