关于信号与系统课程教学的探讨

科技信息　计算机与网络　引起应变片灵敏系数的变化，从而导致产生测量误差。所以在测量时应　尽可能保持标定灵敏系数Ｋ时的工作环境，采取一定的防潮处理。实际　贴片中，由于贴片方向与理论主应力方向产生一夹角，则实际测得的应　变值不是主应力方向的真实应变值，从而产生一个附加误差。随着贴片　角度误差增大，贴片误差加大。因此贴片误差是不容忽视的，测试时应　精细操作。　表１实验数据　本文设计的是分布式应变测试系统，这就要求需要多个采集模块　（Ｎ个），在本文中采用了８通道的采样模块，可进行Ｎｘ８个测点应变的　同步采集，大大提高了测量精度。本文采用串口通信，数据采集功能主　要通过ｏｐｅｎ／ｃｌｏｓｅ　ｃｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ０打开／关闭串口参数设置函数实现　对ＲＳ２３２参数设置。图５为数据采集程序流程图：首先点击连接按扭，　计算机向ＲＳ２３２通讯模块发送一个接受数据的请求，通讯模块收到后　产生一个响应信号，表明可以读人数据到计算机；再点击采集按扭，读　人Ａ／Ｄ转换数据到计算机，再经过数字滤波程序，电压信号转应变信号　程序最终将采集到的应变数据在应变测试系统主界面上显示，完成数　据采集过程　。　３３滤波模块　躲　ｌ　麟　铝　盼　ｌ　ｌ　１　ｉ镩　辅　踯２概　州　测量系统中，存在各种干扰信号或噪声，会出现异常值，为提高数　据的真实性，必须从软件上对数据进行预处理，使结果更为准确，这种　预处理主要就是采用数字滤波。本系统主要用来测试静态或缓变信号，　因此选用中值滤波方式。本文设计了一个无限冲击响应低通滤波器　（ＩＩＲ）。其功能主要通过低通滤波器结构构造函数ｂｕｔｔ＿ｌｏｗｐａｓｓ０　ＡｌｌｏｃｌＩＰＦｉｌｔｅｒ（ＬＯＷＰＡＳＳ，ｏｒｄｅｒ），构造低通滤波器函数低通滤波函数　＝２　３　ｉ赣　蝴　ｌ　ｉ鹤　瑚　瑚　嬲　粥　辨　瓣　瀚　螂　戳　辫　ｎ２　髓　蝣　惭　獬　罅　｝２｛　蝴　ｌ瞄ｌ嘴　喇　Ｓ　Ｓ　辫　粥　徽　撇　圣铺　搠　６ｌ｛　獬　ｔｌ黪ｌ搿　ｌ蝴ｌ２ＤＳ　ｌ　ｉ州　渤　ｊｏ鲫　ｌ讯　嚣ｆ睡　蛳　她ｌ辑｝ｌＭＯ　ｌ瑚　Ｈ娃ｌ相　ｌＩ劐　凝　３　ｌ　蛳　躺．　姆　？摊　帮　翩　伸　ｌｔ。　８９０　融　８３２　ｌ螨　？罩。缸　Ｍ　啪　ｌ蒋　箍　ｌ曩ｓ　氍　ｌｔ５　ｌ始　粥５　啦啦　搠　｛拳　３５ｌ　啦　氲５　删　２２鲥　ＢｗＣａｓｃａｄｅＣｏｅｆ（ｆｓ，ｌｆ，ｆｈ，ｂｕｔｔ＿ｌｏｗｐａｓｓ），ＩＩＲＣａｓｃａｄｅＦｉｈｅｒｉｎｇ　ｔｅｍｐｗａｖｅ，ｓａｍｐｌｅｓ，　ｂｕｔｔｌｏｗｐａｓｓ，ｉｆｈｅｒｗａｖｅ）来实现Ｈ。其中表示滤波器阶数，ｆｓ、ｆｈ、ｆｌ、ｓａｍｐｌｅｓ　分别表示采样频率、高截止频率、低截止频率、采样点数。　３．４时域分析模块　时域分析是应变测试的重要组成部分。利用Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ６．０丰　富的数学分析功能函数，在本文中主要设计了常用的时域分析功能：求　信号的均值、均方根值、方差，极值。时域分析功能主要通过均值函数　Ｍｅａｎ（ｉｎｐｕｔａｒｒａｙ，ｎｕｍｂｅｒｓｏｆｅｌｅｍｅｎｔｓ，ｍｅａｎ）、均方根值函数ＲＭＳ（ｉｎｐｕｔ　ａｒｒａｙ．　ｎｕｍｂｅｒｓ　ｏｆ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ，ｒｏｏｔ　ｍｅａｌｌ　ｓｑｕａｒｅ）、方差函数Ｖａｒｉａｎｃｅ　ｆｉｎｐｕｔ　ａｒｒａｙ，　ｎｕｍｂｅｒｓ　ｏｆ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ，ｍｅａｎ，ｖａｒｉａｎｃｅ）等函数来实现。其中ｉｎｐｕｔ　ａｒｒａｙ表示　结论　输入数组名，ｎｕｍｂｅｒｓ　ｏｆ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ表示计算点的个数，ｍｅａｎ表示均值，　ｖａｒｉａｎｃｅ表示方差名，ｒｏｏｔ　ｍｅａｎ　ｓｑｕａｒｅ表示均方根名。　４．实验内容及分析　４．１试验步骤　①将悬臂梁的上下表面各贴两片应变片，并用导线引出接在桥盒　上。　本文以面向对象的可视化开发工具Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ６．０作为系统　软件开发平台，构建了基于虚拟仪器技术的应变测试仪，将仪器的功能　用一个个相互独立的程序模块加以实现，有利于程序的编写、查错和测　试，也方便仪器的改造和升级，大大提高了开发效率。系统通过功能扩　展，还可以测量与应变相关的多种参量，如扭矩和力等。基于虚拟仪器　技术构建的应变测试仪，拥有虚拟仪器的一切性能优点，具备了软件为　系统核心的特征，将信息的采集、存储、处理和传输一体化，数据和结果　实现可视化，不但交互界面友好，操作简单，扩展性好，测量精度高，而　且其价格比传统应变测量仪器低廉，充分显示了虚拟仪器的优点一高　度的灵活性和开放性。　②将桥盒直接接在静态应变仪上，当对悬臂梁加载后读取应变值。　③再将桥盒经由调理模块、数据采集模块接到计算机上，利用虚ｊ　仪器软件系统测应变值。　４．２实验数据及其分析　实验数据如表１所示。　由表１实验数据可知，此系统基本为线性系统，在一定精度范围内　能进行应变的测试。　参考文献　［１］王文军．机械量虚拟测试系统的研究与开发［硕士论文］西安：西　北工业大学，２００１，１　［２］刘笃喜，王文军，蔡春桥．面向对象的电阻应变虚拟测试系统设计　与实现【Ｊ］侧控技术，２００２，２１（１）　［３］秦树人．虚拟仪器一测试仪器从硬件到软件．振动、测试与诊断，　２００（），２００）　［４］秦树人虚拟仪器及其最新发展振动、测试与诊断，２ｆ）ｌ】ｒ），２（）（增　刊）　系统误差分析：环境温度变化，将产生附加应变值，影响测试结果，　利用电桥的和差特性可消除其影响。测试环境的温度和湿度的变化会　关于信号与系统课程教学昀搽讨　东北大学秦皇岛分校电子信息系通信工程教研室　李雅珍　［摘要】针对我校学生特点及培养模式和目标，在分析《信号与系统》课程的教学现状和存在问题的基础上，结合教学实践，从教学理　念、教学内容和教学方法入手，探讨了提高《信号与系统》课程教学质量的方法和途径。　［关键词］信号与系统教学内容教学方法　信号与系统课程是通信工程、电子信息类专业的一门重要专业技　术基础课程。信号与系统课程的授课面极为广泛。信号与系统历来是一　门难学难教的课程，由于该课程具有不同于先修课程的思维方式，而且　数学能力要求比较高，所以学生感到难学；由于学生缺乏对实际系统的　感性认识，所以教师感到难教。一些学生甚至戏称该课程为“魔鬼课　程”，该课程不仅与本科生的许多专业课（例如通信原理、数字信号处　理、通信电路、图象处理等）有很强的联系，而且其内容涉及到例如线性　微分方程、积分变换、复变函数、离散数学等多门数学课程的内容，该课　程是电信专业学生考研的重要课程之一，对于理论和实践两个体系都　有很高的要求。为此，在信号与系统课程的教学理念、教学内容、实验教　学、教学方法与手段等诸多方面都应进行全面的探索。　教学理念　在教学思想上，我们应该有“四个淡化”的教学理念。　１．在教学理念上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。理论教学与实践教学各　有侧重，理论教学应体现基本理论的工程概念和应用，侧重基本理论、　基本概念和基本方法的阐述，认知能力和学习能力的培养；实践教学不　再是理论教学的辅助，而是理论教学的延伸，应体现基本方法所蕴涵的　一、概念和原理，侧重培养学生综合应用所学知识分析问题和解决问题的　能力、科学研究的素质以及创新精神。　２．在教学方法上淡化计算公式的熟练使用和解题技巧　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。　３．在课程体系和内容上淡化专业之间的界限　要加强学科及专业之间的交叉渗透，体现基础性、时代性和先进　性。在知识日益更新的时代，学科之间的交叉渗透日益加强。因此，课程　建设应以学科为依托、以课群为背景。实验课程应打破局限于课程的实　验体系和内容，增加综合性、设计性和工程性实验。理论课程应及时引　入国内外相关学科的科研和教研成果，适应反映本学科最新的理论与　技术。　４．在实验手段上，淡化软件实验与硬件实验界限　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，应充分而灵活地应用各种最新的器件和仿真软件，能硬　２５６．－－——　科技信息　能软也能软硬结合。　二、教学内容　计算机与网络　表达和系统描述。　本课程的特点是理论性比较强，内容比较多，如何在有限的学时内　完成教学任务，尤其是学生数学基础比较差，如何让他们能实实在在地　学好这门课是一个难题。根据新的教育思想，面向时代，调整了课程体　系，更新教学内容，正确处理连续与离散、分析与综合、经典与现代、解　析方法与数值方法、软件仿真与硬件实现等辩证关系。　在信号与系统课程的体系结构上，目前国内外有两种主要的方式。　种是将连续时间系统和离散时间系统穿插介绍；另外一种是先介绍　连续时间系统，后介绍离散时间系统分析。这两种方法各有其优势。在　我们教学实践的过程中，确立了我们的信号与系统课程采用第二种方　法，即先连续后离散，先时域后变换域的体系结构展开教学，以通信系　统为应用背景，以系统对信号的响应为主线，展开对信号与系统课程的　教学。从本课程的教学内容上看，各部分的内容是循序渐进、相辅相成　的，相互之间有着非常密切的联系。例如在变换域分析方法中，傅立叶　变换是一个主线，在各种变换方法中都可以看到它的身影，通过它可以　将各个变换联系起来，成为一个有机的整体。又如，连续时间系统与离　散时间系统的分析方法在很多地方是非常相似的，但是也有一些不同　之处。在教学中我们突出了这些相互之间的联系，使得学生可以更快、　更深入地掌握相关内容，同时也解决了学时与内容之间的矛盾。同时，　考虑到工科的专业特点，在课程的内容安排上要求从工程实际出发，既　保证理论内容的完整和严密性，又不拘泥于繁琐和枯燥的理论推导，根　据授课学生的特点，通过对系统的分析，向学生传授有关知识。　课程体系和内容体现以下特征：　第一，改变传统的电路分析、信号与系统课程体系，建立了“信号与　系统”、“数字信号处理”的课程体系；在信号分析与系统分析中，加强信　号分析；在连续与离散中，注重离散分析。体现数字化的特征，突出信号　一第二，将经典理论与现代理论有机结合，逐步将“数字信号处理”课　程中的某些基础内容（如ＤＦＴ，ＤＦＳ等）逐步向信号与系统课程中下移，　而在“数字信号处理”课程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，注重信号处理理论的工程应用。　第三，以信号分析为基础、系统分析为桥梁、处理技术为手段，突出　傅立叶变换、拉氏及ｚ变换的数学概念、物理概念和工程概念，淡化其　数学运算技巧。　三、实验教学应建立计算机虚拟实验　由于该课程是一门理论课程，在教学方法上以课堂教学为主。为了　加强学生对内容的理解，除了在课堂教学中采用多媒体手段向学生动　态展示相关知识点外，还开设了实验课。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，而且学生在实验中大量的精力花在电　路的调试上，效果不好，很多复杂系统的实验更是无法实现。利用　ＭＡＴＬＡＢ提供的良好界面、方便的操作过程以及强大的工具包，开发和　设计实验。通过设计的一些综合性实验以训练学生综合分析能力。加强　学生对相关知识的掌握和理解，有力促进教学质量的提高，而且通过实　验，能锻炼学生用计算机辅助计算分析解决实际工程问题的能力，将在　后续的相关课程以及毕业设计中发挥很大的作用。　参考文献　［１］高等学校工科电工课程教学指导委员会：关于面向２１世纪电　工电子系列课程和教学内容改革的几点建议［Ｊ］．南京：电气电子教学学　报．　［２］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．　基于遗传算法和粕糙集硇图像楦索　宜春学院数学与计算机科学学院　易战军　【摘要］针对传统的图像检索方法，运用基于遗传算法和粗糙集的图像检索方法，用粗糙集的方法求出图像的最简视觉特征子集，　遗传算法，对每一次反馈得到的候选图像集进行评价，用遗传算予从图像库中选出接近用户需求的图像，使图像检索的查到率和查　准率得到大大提高。　［关键词］图像检索　交互式遗传算法　粗糙集　查到率　查准率　图像是大众化数字信息的一种重要形式，因此图像信息资源的管　理和检索显得十分重要。近年来，基于内容的图像检索（Ｃｏｎｔｅｎｔ—Ｂａｓｅｄ　Ｉｍａｇｅ　Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ，ＣＢＩＲ）已经成为一个研究热点，并成为数字图书馆等重　大研究项目中的关键技术。根据图像的内容，这种检索可在低层视觉特　征和高层次语义特征两个层次上进行，其中，基于低层视觉特征的图像　检索，其主要特点是使用可以直接从图像中获得的客观视觉内容特征，　如颜色、纹理、形状等来判断图像之间的相似性，这种图像特征的获得　主要是利用数字图像处理和计算机视觉技术；实际上，图像检索系统的　用户往往是根据图像的含义，来直观地进行分类，并判别图像之间的相　似性，因而这就包含了图像的高层语义特征。这些语义内容在于人对图　像内容的理解。　目前图像语义的获取主要有３种来源，分别是基于知识的语义提　取；人工交互语义提取；利用外部信息源的语义生成。而人工交互语义　主要是集中在相关反馈上，用户反馈可以起到两个作用，一是根据用户　对于检索结果的操作，逐步把握用户真正的需求；二是根据用户的操　作，建立特定语义与视觉特征的对应，或是修正与图像关联的高层概　念。交互主要在两个层面上进行：①根据低层视觉特征的反馈；②对于　高层概念与图像联系的修正。对此，本文提出一种图像检索方法，即借　助粗糙集和遗传算法，将用户与图像检索过程有效地结合起来。　首先采用粗糙集的方法求出图像的最简视觉特征子集，然后采用　遗传算法，对每一次反馈得到的候选图像集进行评价，利用遗传算子从　图像库中选出接近用户需求的图像。　粗糙集（Ｒｏｕｇｈ　Ｓｅｔ　ＲＳ）是一种全新的数学理念，为处理具有不完整、　不一致及不确定特征的信息提供了新的有效工具，它的主要特点是无　须提供问题所需处理的数据集合之外的任何先验信息。相对于许多其　他处理不确定知识的方法来说更具客观性，并且和其他分析方法有机　结合，进一步增强不确定问题的处理能力。　遗传算法（Ｇｅｎｅｔｉｃ　Ａ　ｌｇｏｒｉｈｍ，ＧＡ）起源于对生物系统进行计算机模　拟生物在环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应优化概率搜索　粗糙集（Ｒｏｕ　Ｓｅｔ）是一种新的处理含糊和不确定性问题的数学工　具，粗糙集理论的要点是将知识与分类联系在一起，它认为知识就是一　种对对象进行分类的能力。在图像处理中，图像可以看成一个知识的表　达系统，其像素是对象，像素的各种特征，如灰度、纹理、几何特征等则　视为属性，根据这些属性进行分类的过程实质上是一种知识的表达过　程，而研究知识的约简是粗糙集的核心内容之一。本文把知识约简的思　想应用到图像特征选择中，结合粗糙集理论提出了一种图像特征选择　方法，该方法先把抽象的特征空间变为一种意义明确的知识表达系统，　然后利用粗糙集进行知识约简。　二、图像模式识别（含阈值选取）　遗传算法（ＩＧＡ，Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　Ｇｅｎｅｔｉｃ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｒｎ］是一种通过交互过程来　获取用户对染色体的评价，并使用用户评价作为适应度值进行“选择”　操作的遗传算法。由于遗传算法具有可由用户确定适应度值的特点，即　可以将人的偏好、直觉、感情等心理因素结合到目标系统中，因此在图　形图像处理、图形艺术、工艺设计、面部图像产生、语音处理与合成等领　域有着广泛的应用。这种将交互式遗传算法应用到图像检索过程中的　技术，不仅可以直接根据用户的评价，得到相关图像的适应度值，而且　不需要定义复杂的适应度函数；即使在用户对目标图像的概念并不十分　明确或完整的情况下，用户也能通过与系统的不断交互过程得到所需　的图像。　三、查到率Ｐｒ和查准率ＦＩｏ　设１　代表检索图像的总数，１　代表检索出的相关图像的数目，ｌ　代　表检索整个图像库中所有相关图像的总数Ｐｒ＝　ｌｂ，Ｒｅ＝　。　参考文献　［１］邹木春．基于交互式遗传算法和粗糙集的图像检索．计算机工程　与设计，２００７年Ｏ９期　［２］朱金钧，高凯，周万珍．遗传算法在数据挖掘中的应用［Ｉ］计算　机工程与应用，２００３，（１７）　算法。它的流程主要模仿的是生物遗传进化过程中的选择、交叉和变异　操作。从而完成对问题最优解的自适应检索过程。流程主要包括染色体　编码、产生初始群体、计算适应度、进化操作等。遗传算法的检索过程是　从一群初始节点开始搜索，而不是从单一的初始点开始搜索，这种机制　意味着搜索过程可以有效地跳出局部极值点。既可以完成极值点领域　内解的求精，也可以在整个问题空间实施探索，得到问题全局最优解的　概率大大提高。　图像属性（特征）选取及知识约简　一［３］颜艳，杨慧中．基于遗传算法的粗糙集属性约简算法．清华大学　学报（自然科学版），２００７年ｓ２期　［４］胡启韬，袁志平，周忠海．基于粗糙集和遗传算法的数据挖掘方　法．电脑知识与技术。２００８年１１期　［５］蒋良孝，蔡之华，刘钊．一种基于粗糙集的决策规则挖掘算法　［Ｉ］．微型机与应用，２００４，（０３）　、．－－——２５７．－．——