信号检测与估计课程小论文

北京航空航天大学（Beihang University）简称“北航”，位于首都北京市，中央直管高校，是中华人民共和国工业和信息化部直属大学，位列国家“双一流”、“985工程”、“211工程”建设高校，入选珠峰计划、2011计划、111计划、卓越工程师教育培养计划、国家建设高水平大学公派研究生项目、中国政府奖学金来华留学生接收院校、国家级新工科研究与实践项目、国家级大学生创新创业训练计划、国家大学生创新性实验计划、全国深化创新创业教育改革示范高校、强基计划试点高校，为国际宇航联合会、中欧精英大学联盟、中国-西班牙大学联盟、中俄工科大学联盟、中国高校行星科学联盟、中国人工智能教育联席会、全国高等军工院校课程思政联盟、W3C组织成员。北京航空航天大学创建于1952年，时名北京航空学院，由当时的清华大学、北洋大学、厦门大学、四川大学、重庆大学等八所院校的航空系合并组建，1959年学校被国家指定为全国重点高校，1988年4月改名为北京航空航天大学。2017年入选“世界一流大学和一流学科”建设高校A类名单。

信息与通信工程是一级学科，两个二级学科。该专业是一个基础知面宽、应用领域广阔的综合性专业，涉及无线通信、多媒体和图像处理、电磁场与微波、医用X线数字成像、阵列信号处理和相空间波传播与成像以及卫星移动视频等众多高技术领域。

信息与通信工程是一级学科，下设通信与信息系统、信号与信息处理两个二级学科。培养知识面非常广泛，不仅对数学、物理、电子技术、计算机、信息传输、信息采集和信息处理等基础知识有很高的要求，而且要求学生具备信号检测与估计、信号分析与处理、系统分析与设计等方面的专业知识和技能，使学生具有从事本学科领域科学研究的能力。

为适应我国社会主义建设的需要，本专业培养德、智、体全面发展的信息与通信工程领域的科学研究、工程技术专门人才和高等学校师资力量。在信号理论、通信系统方面掌握坚实的基础理论、系统的专门知识和必要的实验技能，熟悉所从事研究方向的科学技术的发展动向，掌握一门外国语，能熟练地进行专业阅读并能撰写论文摘要，具体从事本学科领域内科学研究，及教学工作的能力或独立从事实际工作的专门技术水平，具有实事求是，严谨的科学作风。

课程总述

北航信息与通信工程考研有以下四门课程：204英语二（100分），101思想政治理论（100分），301数学一（150分），921通信类专业综合（150分）。本课程负责921通信类专业综合考试辅导。

根据协议，一共100课时，每节课45分钟，共75小时。100个课时的分配情况是：模拟电路40课时，电磁场理论30课时，信号与系统30课时。

时间安排的整体思路如下：第一轮复习大概持续4个月，要求基本掌握所有知识点，能够熟练解答基础习题。在这一阶段，计划每周上两次课，分别上课时长小时和2小时。完成模拟电路的一轮复习需要22小时，电磁场理论需要17小时，信号与系统需要16小时。

第二轮复习以真题精讲精炼形式进行，大概持续2个月，要求能够合理安排答题时间，熟练完成考试题型。这一阶段，总计20小时。计划每周完成3套期末考卷或真题的联系，并每周详细讲解小时。

一轮复习课程安排（月）

模拟电路部分（每次课小时）：

第1次课——集成电路元器件基础

主要内容：半导体基础知识，PN结和半导体二极管。

双极型三极管BJT的工作原理、特性、参数、小信号模型及频率参数。

场效应晶体管FET的工作原理、特性、参数、小信号模型。

l基本要求：掌握原理，理解概念，会计算基本参数。

第2、3、4、5次课——模拟基础基本单元电路+多级放大电路

l主要内容：BJT和FET放大电路的三种基本组态，直流通路和交流通路，静态工作点，放大器的性能参数的计算。

BJT和FET三种基本组态放大电路的交流小信号分析、性能特点。

电流源电路，有源负载放大器的工作原理及其交流小信号分析。

差动放大器的工作原理，差模和共模交流小信号分析。

MOS模拟集成基本单元电路的工作原理。

多级放大电路输入电阻、输出电组、电压增益计算。

l基本要求：掌握原理，理解概念，认识电路，会分析计算电路参数。

第6、7次课——放大电路的频率特性

主要内容：放大电路频率特性的基本概念，网络函数的零点、极点，波特图的绘制方法。单级放大电路的频率特性分析。

基本要求：掌握原理，理解概念，绘制幅频和相频波特图，会分析单管放大电路频率特性。

第8、9次课——放大电路的反馈

主要内容：反馈极性与反馈形式，理想反馈方块图及基本反馈方程式，环路增益和反馈深度，四种反馈连接方式，负反馈对放大器的性能（输入电阻，输出电阻，增益，增益稳定性，非线性失真，噪声特性及频率响应）的影响，负反馈放大器的分析方法，四种负反馈连接方式放大电路的计算。

负反馈放大器的稳定性与自激振荡条件，负反馈放大器的稳定性判据与稳定裕度。

l基本要求：掌握原理，理解概念，四会（会看，会连，会拆，会算），能够判断负反馈放大器的稳定性，并进行相位补偿。

第10次课——中期习题课

第11、12次课——信号的运算及处理

主要内容：集成运放的主要技术参数，典型集成运放的电路及原理。

集成运放应用电路的参数计算，包括：反相、同相、差动放大电路，积分器和微分器、电压比较器、波形发生器、RC有源滤波器等运算电路。

l基本要求：掌握原理，理解概念，能够计算各种典型电路的参数。

第13次课——功率放大电路

l主要内容：稳压管稳压电路，串联型稳压电路。

乙类，甲乙类推挽功放电路的组成、工作原理、参数计算，性能特点。

l基本要求：掌握原理，理解概念，认识电路。

第14、15次课——综合习题课

电磁场理论部分（每次课1小时）：

第1、2次课——矢量分析+自由空间中的场定律

l物质中电磁场的构成方程，介电常数和磁导率；媒质的性质：线性和非线性，各向同性和各向异性，色散和非色散，均匀和非均匀媒质，简单媒质；

l麦克斯韦方程组及物理意义：积分形式，微分形式；

第3、4次课——自由空间中微分形式电磁场定律和边界条件

l电磁场切向边界条件，电磁场法向边界条件；自然边界条件，趋势性边界条件；

l坡印廷矢量；坡印廷定理：积分形式、微分形式；

第5、6、7、8、9次课——静电场的标量位+分离变量法

l静电场的标量位及物理意义，标量泊松方程和拉普拉斯方程边值问题的极值定理、平均值定理、唯一性定理；

l用分离变量法求解直角坐标、柱坐标系和球坐标系下的拉普拉斯方程。

l用镜像法求解特殊边界，如无限大平面、无限大的劈、无限长的圆柱及圆球边界的静电场问题的求解。

第10、11、12次课——静磁场+物质中的宏观场定律

l库仑定律，电场的通量；

l毕奥—萨瓦定律，磁场的环量；

第13、14次课——电磁场的能量和功率+平面电磁波

l波动方程，正弦（简谐）电磁场场量的复数表示，麦克斯韦方程组和波动方程的复数形式；

l平面波、柱面波、球面波、均匀平面波的定义， TE波、TM波、TEM波；

l相移常数，波长，相速，振幅，波阻抗，线极化波、圆极化波（左旋、右旋），椭圆极化（左旋、右旋）。

l行波，纯驻波、行驻波、表面波、表面波；

第15、16、17次课——平面波的反射和折射

l均匀平面电磁波复数形式解，瞬时值形式解；

l沿任意方向传播的均匀平面波：波的数学表达式；波的特性；

l电磁波的极化，极化的工程判断方法；

l两种媒质交界面入射、反射、折射问题的计算；

l导体表面电磁波的入射、反射问题计算。全反射、全透射

信号与习题部分（每次课1小时）：

第1、2、3次课——信号与系统+连续时间系统时域分析

l信号的表示、分类及运算；一般信号的典型信号表示；系统的分类及其判定；线性时不变系统的特点。

l时域分析：用微分方程求解连续时间系统完全响应；零输入响应和零状态响应；冲激响应与阶跃响应；卷积的定义、性质和计算。

第4、5、6次课——傅里叶变换+连续时间系统实频域分析

l频域分析：傅里叶级数的三角函数、指数函数形式的表示，信号频谱的定义、求解及作图；傅里叶变换的定义、性质，频谱密度函数；典型信号的傅里叶变换；抽样定理；无失真传输的定义；系统因果性的频域判断；幅度调制与解调；能量信号与功率信号的定义；相关函数及相关定理；能量谱、功率谱的定义及其与信号相关函数的关系；线性时不变系统输入输出信号的相关函数、能量谱/功率谱的关系；帕斯瓦尔方程。

第7、8、9次课——拉普拉斯变换

l复频域分析：拉普拉斯变换定义、性质、收敛域及逆变换；用拉普拉斯变换法分析电路；s域元件模型；系统函数定义及计算；系统函数零、极点与时域波形的关系；系统函数、极点零与系统频率响应的关系、系统稳定性判定；全通网络和最小相移网络的零、极点的特点。

第10、11、12次课——连续时间信号和离散时间序列

l时域分析：序列的表示及运算；典型序列；差分方程与系统实现模型；常系数差分方程的时域求解；单位样值响应；序列卷积和的定义、性质、计算。

第13、14、15次课——Z变换

l变换域分析：z变换的定义和收敛域；典型序列的z变换；z变换的性质；逆z变换的求解；离散系统函数的定义及求解；序列的傅里叶变换及离散时间系统的频率响应的定义、求解及作图；离散系统函数与系统的因果性、稳定性、及频率响应的关系；数字滤波器的基本原理与构成，利用离散时间系统进行模拟信号滤波。

第16次课——综合习题课

第二阶段：真题精讲精练（提高阶段）

2004年-2021年共18套真题，根据时间和做题情况深入分析、讲解，从而实现高效完成考卷的目的。

参考书目

科目 书名 作者 出版社

模拟电路 《电子线路基础》 张晓林 张凤言编著 高等教育出版社（2011年）

《电子线路与系统的设计和实验技术》 张晓林等编著 高等教育出版社（2017年）

信号与系统 《信号与系统》 熊庆旭，刘锋，常青 高等教育出版社，2011年1月第一版

《信号与系统》 郑君里，应启珩，杨为理 高等教育出版社，2000年5月第二版

《信号与系统》 . Oppenheim等著，刘树棠译， 西安交通大学出版社，1998年3月

电磁场理论 《电磁场与电磁波》 苏东林等， 高等教育出版社（2008）

《电磁场理论学习指导书》 苏东林等， 电子工业出版社（）

传感器与检测技术属于自动化专业、电气工程及其自动化专业及过程装备与控制专业的技术基础课程，下面我给大家分享一些检测与传感技术论文，大家快来跟我一起欣赏吧。

传感器与检测技术课程教学探索

摘 要：传感器与检测技术属于自动化专业、电气工程及其自动化专业及过程装备与控制专业的技术基础课程，对学生综合运用所专业学知识有着关键的作用，文中针对课程的特点及现存的问题,对该课程的教学内容调整与 教学 方法 改进进行了有益的探讨，以期获得更好的教学质量与效果。

关键词：传感器与检测技术;教学改革;教学方法

中图分类号：G71 文献标识码：A

文章 编号：1009-0118(2012)05-0132-02

传感器与检测技术是自动化专业、电气工程及其自动化专业及过程装备与控制专业的技术基础课程，主要研究自动检测系统中的信息提取、信息转换及信息处理的理论与技术为主要内容的一门应用技术课程。传感技术是自动检测系统，更是控制系统的前哨，它广泛的应用于各个领域，在在促进生产发展和现代科技进步方面发挥着重要作用。学生学好这门课程不仅能为后续课程打下好的基础，也对学生综合运用所专业学知识有着关键的作用，自从2005年课程教学大纲调整以后，在教学中出现了一些新的问题，原有的传统教学模式很难获得良好的教学质量与效果。

一、课程教学现存的问题

自2005年起我校重新制定了自动化专业的教学大纲，其中将传感器与检测技术由考试课调整为考查课，并将课时由64学时更改为32课时，通过几年的 教学 总结 出该课程在教学中存在的一些困难：

(一)教学内容多而散

课程内容多且散，涉及知识面广，有物理学，化学，电子学，力学等等，属于多学科渗透的一门课程，学生学习有难度，特别是对于一些基础不太好的同学更是有困难。

(二)典型应用性

传感器与检测技术属于典型的应用课程，要学习各种传感器的原理，并掌握它的使用，在此基础上掌握搭建检测系统的方法，单靠理论的学习必定是有差距的。而实验课时不充裕，实验条件也有限。

(三)学时越来越少

学校目前对学生的定位是“培养优秀的工程应用型人才”，为了加大实践环节的因此对课程设置与课时作了调整，本课程课时被缩减至32课时。

(四)学生的学习主动性差

由于本课程被定为考查课，所以有相当一部份同学从 学习态度 上不太重视，没有投入必要的精力和时间，学习主动性差，直接影响教学效果。

二、教学内容与教学方法的探索

(一)教学内容的调整

目前大部分的传感器与检测技术的教材多侧重于传感器的工作原理、测量线路及信息处理等方面，而对具体应用涉及较少，针对课程的内容多课时少的情况，教学时无法做到面面俱到，教学内容必须做适当调整。根据学校对工科本科生工程应用型人才的定位，教学内容的调整遵循以下原则：

1、避免繁琐的理论推导过程，以避繁就简的方式向学生讲解传感器的工作原理。例如：用幻灯片演示使用酒精灯分别燃烧热电偶的两端，在两端存在温差的时候两电极间即出现电势差，无温差时电势差消失，通过这个实例讲解电势差之所以存在的原因，可以配以大家能够理解的简单的公式推导，而不把重心放在构成热电偶的温差电动势和接触电动势形成的公式推导上。

2、重点讲述传感器的实物应用。增加实际案例是学生能够对传感器的应用有更感性的认识。

3、适当补充传感器与系统互联的方法。在先期几种传感器的应用中加入传感器接入控制器的方式介绍，使其思考所学课程之间的关联，对所学专业课程之间的联系能更加深入的认识，建立起系统的概念。

(二)教学方法的改革

为了克服课程教学中客观存在的困难，获得良好的教学效果，在课堂教学使用多种教学方法和手段，力求将教学内容讲解得更加生动、具体。

1、采用多媒体技术，使用现代化的教学手段来提升教学效果和教学质量

采用多媒体课件教学，一方面可以省去教师用于黑板板书的大量时间，克服课时减少的问题;另一方面，以动画的形式生动形象的演示传感器的工作原理，展示所学传感器的各种照片、复杂检测系统的原理图或线路图，使学生能够直观地认识传感器，更容易理解传感器的工作原理和应用。例如，学习光栅传感器时，使用传统的教学手段，很难使同学们理解莫尔条文的形成及其移动过程，使用对媒体课件就可以以动画的形式使同学们直观的明暗相间的莫尔条纹是什么样子，还可以以不同的速度使指示光栅在标尺光栅上进行移动，清晰的看出条纹移动的方向与光栅夹角及指示光栅移动方向的关系。学习增量式光电编码器时，很多同学很难理解编码器的辨向问题，通过使用幻灯片展示编码器的内部结构，直接了解光栏板上刻缝、码盘及光电元件的位置关系后，同学们就能更容易的理解辨向码道、增量码道与零位码道形成脉冲的相位关系，佐以简单的辨向电路就可以使同学们更高效的学习该传感器的工作原理及应用方法。

总而言之，利用多媒体技术使学生能够获取更多的信息，增强学习的趣味性和生动性。

2、重视绪论，提升学生的学习主动性

很多教材的绪论写的比较简略，但我个人认为这不代表它不重要，特别是面对学生主观上不重视课程的情况下，更要下大力气上好绪论这第一次课，吸引学生的注意力，激发学习兴趣，使学生认识到这门课程的实用价值。通过幻灯片演示传感器与检测技术在国民经济中的地位和作用，使同学们了解到小到日常生活，大到航空航天、海洋预测等方面都有着传感器与检测技术的应用，更根据各种行业背景中需要检测的物理量，自动控制理论在实现过程中传感器与检测技术的关键作用，使学生认识该课程的重要性。另一方面，我校长年开展本科生科研实训项目，在开设本课程时已有部分同学成功申请实训课题，一般本专业的同学还是围绕专业应用领域申请课题，其中大部分会涉及传感器与检测技术的内容，所以也就他们正在进行的课题中使用传感器解决的具体问题进行讨论，更加直接的体会到本课程的关键作用，从而提升学生学习的兴趣，增强主动性，克服考查课为本课程教学带来的部分阴影。

3、加大案例教学比重、侧重应用

根据培养工程应用型人才的目标，本课程教学的首要目的是使学生能够合理选择传感器，对传感器技术问题有一定的分析和处理能力，知晓传感器的工程设计方法和实验研究方法。所以在教学中注意分析各类传感器的区别与联系，利用大量的具体案例分析传感器的应用特点。

例如，教材中在介绍电阻应变式传感器是，主要是从传感器的结构、工作原理及测量电路几个方面进行分析介绍的，缺乏实际应用案例。在教学中用幻灯片展示不同应用的实物图，譬如轮辐式的地中衡的称重传感器，日常生活中常见的悬臂梁式的电子秤、人体称、扭力扳手等。用生动的动画显示不同应用下的传感器的反应，例如，进行常用传感器热电偶的学习时，展示各种类型热电偶的实物照片，补充热电偶安装的方式，以换热站控制系统为案例，分析热电偶在温度测量上的应用，重点讲解传感器的输出信号及与控制系统互连问题。在介绍光电池传感器时补充用于控制的干手器、用于检测的光电式数字转速表及照度表的应用案例，通过案例是同学们对传感器应用的认识更加深入。

4、利用学校的科研实训提升学生的学习兴趣、加强学生的实践能力

我校学生自二年级起可以开始申请科研实训项目，指导老师指导，学生负责，本课程在学生三年级第一学期开设，在此之前已有部分同学参加了科研实训项目，在这些项目中，譬如智能车项目、数据采集系统实现等实训项目中都包含传感器与检测技术的应用，上课前教师了解这些项目，就可以就实际问题提出问题，让学生带着问题来学习，提升学习的兴趣。另外可以在学习的同时启发同学们集思广益，与实验中心老师联系，联合二年级同学进行传感器的设计制作，或者进入专业实验室进行传感器应用方面的实训实验，鼓励同学申报的科研实训项目，提高学生的实践能力。

三、结束语

通过几年的教学与总结，对教学内容、教学方法进行了分析研究，作了适当的改革。调整的教学内容重点更突出，侧重应用，补充了丰富的案例，激发了学生的学习兴趣，多媒体的教学方法增强了教学的生动性，与科研实训的相结合，对课堂教学进行拓展，加强了学习的主动性，提升了实践能力。从近几年的网上评教结果来看，所做的教学调整与改革受学生的欢迎和好评，取得了较好的教学效果。

参考文献：

[1]袁向荣.“传感器与检测技术”课程教学方法探索与实践[J].中国电力 教育 ,2010,(21):85-86.

[2]陈静.感器与检测技术教学改革探索[J].现代教育装备,2011,(15):94-95.

[3]周祥才,孟飞.检测技术课程教学改革研究[J].常州工学院学报,2010,(12):91-92.

[4]张齐,华亮,吴晓.“传感器与检测技术”课程教学改革研究[J].中国教育技术装备,2009,(27):42-43.

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