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【摘要】 数字信号处理课程已经成为电气工程专业基础主干课程。针对电气工程专业的特点和应用情况对数字信号处理课程内容进行改革，首先要精简课程内容避免与其它课程的重复，其次突出数字信号处理课程与电气工程专业相关的重点，再次增加电力工程信号数字处理相关内容，最后运用多媒体教学和增加实践环节，使本课程内容更加适合电气工程专业。
【关键词】 课程改革；电气工程；数字信号处理
【中图分类号】：G622.0【文献标识码】：A 【文章编号】：1009-9646(2008)05-0236-02
随着信息技术的不断发展和信息技术应用领域的不断扩展，数字信号处理课程已经从电子信息工程类专业的专业基础课程扩展成电子信息、自动控制、电子技术、电气工程、计算机技术、生物医学工程等众多电类专业的专业基础课程。数字信号处理课程主要研究用数字序列或符号序列表示信号，并用数字计算方法对这些序列进行处理，以便把这些信号变成符合某种需要的形式，例如对信号进行滤波处理、频谱分析、功率谱估计等。数字信号处理在电气工程专业中的应用更加广泛，电力系统中继电保护、电磁暂态分析、电能质量评估、在线检测、谐波分析、数据的压缩与存储等都是数字信号处理技术的直接应用实例。随着电气工程学科的进一步发展， 数字信号处理技术对电气工程专业的作用和影响必将越来越大。
1 课程内容教学改革的必要性
数字信号处理课程在电气工程专业的教学中有着很重要的地位，是自动控制原理等课程的非常重要的先修课程。它的教学目的是让学生掌握信号和线性系统的分析的基本理论、基本原理和方法，能够在后续课程的学习和工作中灵活应用这些方法解决学生遇到的问题。它在电气工程专业的教学体系上起到了非常重要的作用，其重要性是其它课程不可替代的。
数字信号处理是通信和其它电子电气工程专业本科生的专业基础主干课程。课程主要内容为：离散时间信号和系统在时域、频域和Z域的分析；离散傅里叶变换的概念、计算及其应用；信号的取样理论及其应用；数字滤波器的结构、设计原理和常用数字系统；数字系统的有限字长效应分析等，内容涉及到大量的数学课程。而对于电气工程专业来说，系统的时域、频域、复频域分析方法和设计方法等内容在其他的课程中都有涉及，传统的数字信号处理课程中信号与系统部分的内容并重就造成了教学内容之间的重叠，很容易导致知识体系的混乱。而且电气工程专业开设的数字信号处理课程并没有强调其在电力系统中的应用，大部分都是大篇幅的讲述数学内容，让学生学起来很盲目没有针对性，更加不懂得应用在所学的专业知识上。所以对于电气工程专业数字信号处理课程内容的改革是迫在眉睫的。
2 课程内容教学改革的重点
2.1 强化信号分析内容，弱化系统分析内容。数字信号处理课程在体系上强调以信号分析为基础，以信号处理为目的，系统分析和设计服务于信号处理的需要。信号是信息学科的灵魂，强调信号分析，等于抓住根本。另外，系统的特性归根结底还是由信号的形式来表达的，一旦掌握了信号分析的内容，就能很快理解和掌握系统分析的内容，也就能理解进行信号分析和处理的出发点、思路和结果。
在近年来的教学改革中，在教学内容上进一步弱化了电路分析方面的内容，使其内容进一步向信号和系统分析上集中，使本课程的体系更加突出，便于学生掌握课程的核心内容。这种体系符合工科学生的认知规律，有利于学生学习和掌握课程的相关内容。
对于电气工程专业来说，由于在其他课程中已经涉及到了数字信号处理课程中的系统部分，为了避免课程内容的重复和课时的浪费，本门课程原信号与系统部分应当强化信号(连续、高散、确定和随机)分析，压缩传统中系统分析的内容，尽量避开与其它课程内容的重叠。加强离散信号与系统分析，改变传统中侧重连续的偏向；突出时域分析和频域分析以及强调它们之间的对应关系和内在联系，如时域卷积等于频域相乘（滤波）、时域相乘（调制）等于频谱搬移等，理解这些基本概念就会抓住最本质的内容，而把拉氏变换对和Z变换对作为运算工具，改变传统中过分突出数学分析和变换以至掩盖了本质内容的缺点，使学生明确分析目的、抓住重点、灵活运用数学工具，提高分析问题的能力。
2.2 突出与电气工程专业相关的重点。随着科学技术的不断发展，相关领域的知识的不断更新，信息技术在当今社会的重要性日渐体现，信号与系统课程教学对象从原来的通信专业扩展到了所有的电类专业，其内容也根据新技术以及教学对象的变化不断进行调整，侧重点也应因专业不同而有所侧重，其应用背景也从单一的通信系统扩展到了其它的信息处理系统。
对于在电气工程专业中应用广泛，且在数字信号处理课程中也比较重要的部分要突出精讲。这些在电气工程专业中起到重要作用的数字信号处理课程内容应该加大篇幅讲解，突出知识结构的重点，使学生便于掌握。
所以电气工程专业的数字信号处理课程应该就电气工程专业的特点及应用而有所侧重，使这门课程有针对性的适合不同的专业，让不同专业的学生明确知道自己学了什么，怎么用。
2.3 增加电力工程信号数字处理相关内容。数字信号处理课程的教学内容可以简而言之地涵括为：两种系统，两类方法，三大变换。两种系统是指本门课程研究的系统按照其处理的对象而言可以分为连续时间系统和离散时间系统两种；两类方法是指课程使用的分析方法可以分为时域分析方法和变换域分析方法两类；三大变换指其中变换域分析方法使用的三种变换，即傅里叶变换，拉普拉斯变换和Z变换。而电力系统主要有发电、输配电和用电三个环节。数字信号处理技术在电力系统的每个环节的应用越来越广泛。对于在发电环节的动力系统和电气系统进行监测与控制，需要对众多的现场运行参数进行采集、传输、存储、处理和显示，而基于数字信号处理技术的各种仪表和控制设备正逐步取代模拟设备；在输配电环节，随着变电站二次设备和电能调度管理的微机化、智能化和网络化的不断发展，数字信号处理技术在其中将扮演越来越重要的角色；在用电环节，对极大影响了电能质量的谐波污染的检测、分析和治理更是离不开数字信号处理技术的应用[1]。由于数字信号处理在电力系统中的应用地位如此重要，在本门课程内容的改革中增加电力工程信号数字处理相关内容是改革的重中之重。
数字信号处理的英文缩写是DSP，它包括数字信号处理技术(Digital Signal Processing)和数字信号处理器(Digital Signal Processor)两重含义。传统的数字信号处理课程，大多只讨论算法的理论及其推导，较少涉及实现方法及相关的软、硬件技术，和对学生培养的要求相去甚远。所以电气工程专业的数字信号处理课程应该多增加一些运用数字信号处理中的方法进行电力工程信号数字处理的相关内容。例如：(1)小波变换在电力系统中的应用。小波变换广泛的应用与电力系统的暂态谐波分析、电能质量评估、奇异点的检测与消噪、数据的压缩与存储、设备的状态检测与故障诊断、继电保护与故障定位，负荷预测以及电力系统暂态分析等方面。其优点为在时域和频域内同时具有良好的局部化特性，能实现频域的任意精度的划分。随着数字信号处理技术的发展，使小波变换在电力系统中的应用将进一步深入，包括：分析设备、仪器和系统的运行性能；进一步监测电能质量；识别电力系统中各种暂态现象；剔除不可靠信号，实现远方控制等等[2]。(2)希尔伯特一黄变换方法(HHT)在电力系统中的应用。HHT应用于非平稳、突变的谐波检测和分析，能够方便的通过EMD分解得到固有模态分量IMF，并测定各个谐波的瞬时频率和幅值，以及谐波发生和突变的时刻，是电力系统谐波分析的一种新的有力工具。HHT也可应用于同步电机的参数辨识中且具有处理精度高、自适应性强的特点[3]。(3)PRONY分析在电力系统中的应用。由于PRONY分析不依赖输入信号、分析精度高及速度快等特性，它广泛适用于电力系统响应信号分析以及各种控制系统的协调设计研究，以及电力系统在线辨识与控制领域。而且，随着PRONY分析在PSS参数协调配置,HVDC小信号调制的参数设定、交直流并联输电系统直流阻尼控制、TCSC及SVC等FACTS装置的稳定控制中的广泛应用，PRONY分析已经发展成为低频振荡研究领域的一种较为成熟的分析方法[4]。(4)数学形态学在电力系统中的应用。数学形态学方法是一种非线性分析方法，其信号处理幅值不偏移，相位不衰减，且数据窗短，处理速度快。数学形态学广泛的应用于暂态信号谐波分析、电能质量检测与评估、奇异点检测与消噪、设备的状态监测和故障诊断、继电保护和故障测距等方面[5]。
综上所述，电力工程中应用到了大量的数字信号处理内容，所以作为电气工程专业的主干课程数字信号处理课程中应该大篇幅的增加电力工程相关的内容，不仅要让学生学习到本门课程的知识，而且更加重要的是要学生能够学以致用。增加一些数字信号处理在电力工程中的应用实例，把枯燥的书本内容与工程应用结合起来，充分充实本课程的内容，使知识系统化、实用化，不但可以提高学生的学习兴趣还可以增加学生的扩展能力。
2.4 教学改革的其他方法。数字信号处理课程是一门理论性的课程。为了加强学生对课程内容的理解，我们应该适当增加了一些相关的实践环节，指导学生进行一些有关电气工程专业的信号与系统方面的实践，加深学生对相关知识点的印象，在实践中取得了良好的效果。
还应在课堂上充分利用形象直观的多媒体演示，这是本课程的特点所要求的。不用板书大量的公式和程序，提高课堂教学的效率，实现理论与实际的紧密联系；结合启发式教学方法，引导学生去思考理论、方法与应用的问题。使学生通过看、想、甚至做，深刻理解基本概念，学习科学的思维方式，树立应用和创新意识，为主动地、科学地进行学习和实践打下坚实的基础。
3 课程内容教学改革的意义
根据电气工程专业的特点对数字信号处理课程内容教学进行改革，可以(1)精简本课程内容，使课程内容重点突出，避免与其他课程内容的重叠；(2)在阐述概念的同时抓住概念的应用和工程概念的树立，如傅立叶变换分析在从信号中提取信息的应用等，实现数学概念、物理概念和工程概念的统一；(3)原理、方法与应用相结合，如使用计算机对信号进行谱分析的原理、方法和实际中如何应用；(4)积极采用MATLAB语言和多媒体教学，可以使学生进行实际的分析和处理。
改革本课程内容还可以兼顾到电气工程专业的特点和信号分析、处理的新方法、新技术，有利于加强学生对相关知识的掌握和理解，促进教学质量的提高。而且通过教学内容的改革可以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，能够在后续的相关课程学习以及日后的工作中发挥很大的作用。
参考文献
[1] 电气工程专业数字信号处理课程的试验教学研究[J].电气电子教学学报.2001(2)
[2] 小波变换电力系统工学应用综述[J].电网技术.2003(6)
[3] HHT理论在电力系统中的应用研究[D].东北电力大学硕士学位论文.2006
[4] PRONY分析在电力系统中的应用综述[J]. 中国电机工程学会电力系统专业委员会2005年学术年会论文集
[5] 数学形态学在电力系统中的应用综述[J].继电器.2007(10)
收稿日期：2008-5-16
【关键词】 课程改革；电气工程；数字信号处理
【中图分类号】：G622.0【文献标识码】：A 【文章编号】：1009-9646(2008)05-0236-02
随着信息技术的不断发展和信息技术应用领域的不断扩展，数字信号处理课程已经从电子信息工程类专业的专业基础课程扩展成电子信息、自动控制、电子技术、电气工程、计算机技术、生物医学工程等众多电类专业的专业基础课程。数字信号处理课程主要研究用数字序列或符号序列表示信号，并用数字计算方法对这些序列进行处理，以便把这些信号变成符合某种需要的形式，例如对信号进行滤波处理、频谱分析、功率谱估计等。数字信号处理在电气工程专业中的应用更加广泛，电力系统中继电保护、电磁暂态分析、电能质量评估、在线检测、谐波分析、数据的压缩与存储等都是数字信号处理技术的直接应用实例。随着电气工程学科的进一步发展， 数字信号处理技术对电气工程专业的作用和影响必将越来越大。
1 课程内容教学改革的必要性
数字信号处理课程在电气工程专业的教学中有着很重要的地位，是自动控制原理等课程的非常重要的先修课程。它的教学目的是让学生掌握信号和线性系统的分析的基本理论、基本原理和方法，能够在后续课程的学习和工作中灵活应用这些方法解决学生遇到的问题。它在电气工程专业的教学体系上起到了非常重要的作用，其重要性是其它课程不可替代的。
数字信号处理是通信和其它电子电气工程专业本科生的专业基础主干课程。课程主要内容为：离散时间信号和系统在时域、频域和Z域的分析；离散傅里叶变换的概念、计算及其应用；信号的取样理论及其应用；数字滤波器的结构、设计原理和常用数字系统；数字系统的有限字长效应分析等，内容涉及到大量的数学课程。而对于电气工程专业来说，系统的时域、频域、复频域分析方法和设计方法等内容在其他的课程中都有涉及，传统的数字信号处理课程中信号与系统部分的内容并重就造成了教学内容之间的重叠，很容易导致知识体系的混乱。而且电气工程专业开设的数字信号处理课程并没有强调其在电力系统中的应用，大部分都是大篇幅的讲述数学内容，让学生学起来很盲目没有针对性，更加不懂得应用在所学的专业知识上。所以对于电气工程专业数字信号处理课程内容的改革是迫在眉睫的。
2 课程内容教学改革的重点
2.1 强化信号分析内容，弱化系统分析内容。数字信号处理课程在体系上强调以信号分析为基础，以信号处理为目的，系统分析和设计服务于信号处理的需要。信号是信息学科的灵魂，强调信号分析，等于抓住根本。另外，系统的特性归根结底还是由信号的形式来表达的，一旦掌握了信号分析的内容，就能很快理解和掌握系统分析的内容，也就能理解进行信号分析和处理的出发点、思路和结果。
在近年来的教学改革中，在教学内容上进一步弱化了电路分析方面的内容，使其内容进一步向信号和系统分析上集中，使本课程的体系更加突出，便于学生掌握课程的核心内容。这种体系符合工科学生的认知规律，有利于学生学习和掌握课程的相关内容。
对于电气工程专业来说，由于在其他课程中已经涉及到了数字信号处理课程中的系统部分，为了避免课程内容的重复和课时的浪费，本门课程原信号与系统部分应当强化信号(连续、高散、确定和随机)分析，压缩传统中系统分析的内容，尽量避开与其它课程内容的重叠。加强离散信号与系统分析，改变传统中侧重连续的偏向；突出时域分析和频域分析以及强调它们之间的对应关系和内在联系，如时域卷积等于频域相乘（滤波）、时域相乘（调制）等于频谱搬移等，理解这些基本概念就会抓住最本质的内容，而把拉氏变换对和Z变换对作为运算工具，改变传统中过分突出数学分析和变换以至掩盖了本质内容的缺点，使学生明确分析目的、抓住重点、灵活运用数学工具，提高分析问题的能力。
2.2 突出与电气工程专业相关的重点。随着科学技术的不断发展，相关领域的知识的不断更新，信息技术在当今社会的重要性日渐体现，信号与系统课程教学对象从原来的通信专业扩展到了所有的电类专业，其内容也根据新技术以及教学对象的变化不断进行调整，侧重点也应因专业不同而有所侧重，其应用背景也从单一的通信系统扩展到了其它的信息处理系统。
对于在电气工程专业中应用广泛，且在数字信号处理课程中也比较重要的部分要突出精讲。这些在电气工程专业中起到重要作用的数字信号处理课程内容应该加大篇幅讲解，突出知识结构的重点，使学生便于掌握。
所以电气工程专业的数字信号处理课程应该就电气工程专业的特点及应用而有所侧重，使这门课程有针对性的适合不同的专业，让不同专业的学生明确知道自己学了什么，怎么用。
2.3 增加电力工程信号数字处理相关内容。数字信号处理课程的教学内容可以简而言之地涵括为：两种系统，两类方法，三大变换。两种系统是指本门课程研究的系统按照其处理的对象而言可以分为连续时间系统和离散时间系统两种；两类方法是指课程使用的分析方法可以分为时域分析方法和变换域分析方法两类；三大变换指其中变换域分析方法使用的三种变换，即傅里叶变换，拉普拉斯变换和Z变换。而电力系统主要有发电、输配电和用电三个环节。数字信号处理技术在电力系统的每个环节的应用越来越广泛。对于在发电环节的动力系统和电气系统进行监测与控制，需要对众多的现场运行参数进行采集、传输、存储、处理和显示，而基于数字信号处理技术的各种仪表和控制设备正逐步取代模拟设备；在输配电环节，随着变电站二次设备和电能调度管理的微机化、智能化和网络化的不断发展，数字信号处理技术在其中将扮演越来越重要的角色；在用电环节，对极大影响了电能质量的谐波污染的检测、分析和治理更是离不开数字信号处理技术的应用[1]。由于数字信号处理在电力系统中的应用地位如此重要，在本门课程内容的改革中增加电力工程信号数字处理相关内容是改革的重中之重。
数字信号处理的英文缩写是DSP，它包括数字信号处理技术(Digital Signal Processing)和数字信号处理器(Digital Signal Processor)两重含义。传统的数字信号处理课程，大多只讨论算法的理论及其推导，较少涉及实现方法及相关的软、硬件技术，和对学生培养的要求相去甚远。所以电气工程专业的数字信号处理课程应该多增加一些运用数字信号处理中的方法进行电力工程信号数字处理的相关内容。例如：(1)小波变换在电力系统中的应用。小波变换广泛的应用与电力系统的暂态谐波分析、电能质量评估、奇异点的检测与消噪、数据的压缩与存储、设备的状态检测与故障诊断、继电保护与故障定位，负荷预测以及电力系统暂态分析等方面。其优点为在时域和频域内同时具有良好的局部化特性，能实现频域的任意精度的划分。随着数字信号处理技术的发展，使小波变换在电力系统中的应用将进一步深入，包括：分析设备、仪器和系统的运行性能；进一步监测电能质量；识别电力系统中各种暂态现象；剔除不可靠信号，实现远方控制等等[2]。(2)希尔伯特一黄变换方法(HHT)在电力系统中的应用。HHT应用于非平稳、突变的谐波检测和分析，能够方便的通过EMD分解得到固有模态分量IMF，并测定各个谐波的瞬时频率和幅值，以及谐波发生和突变的时刻，是电力系统谐波分析的一种新的有力工具。HHT也可应用于同步电机的参数辨识中且具有处理精度高、自适应性强的特点[3]。(3)PRONY分析在电力系统中的应用。由于PRONY分析不依赖输入信号、分析精度高及速度快等特性，它广泛适用于电力系统响应信号分析以及各种控制系统的协调设计研究，以及电力系统在线辨识与控制领域。而且，随着PRONY分析在PSS参数协调配置,HVDC小信号调制的参数设定、交直流并联输电系统直流阻尼控制、TCSC及SVC等FACTS装置的稳定控制中的广泛应用，PRONY分析已经发展成为低频振荡研究领域的一种较为成熟的分析方法[4]。(4)数学形态学在电力系统中的应用。数学形态学方法是一种非线性分析方法，其信号处理幅值不偏移，相位不衰减，且数据窗短，处理速度快。数学形态学广泛的应用于暂态信号谐波分析、电能质量检测与评估、奇异点检测与消噪、设备的状态监测和故障诊断、继电保护和故障测距等方面[5]。
综上所述，电力工程中应用到了大量的数字信号处理内容，所以作为电气工程专业的主干课程数字信号处理课程中应该大篇幅的增加电力工程相关的内容，不仅要让学生学习到本门课程的知识，而且更加重要的是要学生能够学以致用。增加一些数字信号处理在电力工程中的应用实例，把枯燥的书本内容与工程应用结合起来，充分充实本课程的内容，使知识系统化、实用化，不但可以提高学生的学习兴趣还可以增加学生的扩展能力。
2.4 教学改革的其他方法。数字信号处理课程是一门理论性的课程。为了加强学生对课程内容的理解，我们应该适当增加了一些相关的实践环节，指导学生进行一些有关电气工程专业的信号与系统方面的实践，加深学生对相关知识点的印象，在实践中取得了良好的效果。
还应在课堂上充分利用形象直观的多媒体演示，这是本课程的特点所要求的。不用板书大量的公式和程序，提高课堂教学的效率，实现理论与实际的紧密联系；结合启发式教学方法，引导学生去思考理论、方法与应用的问题。使学生通过看、想、甚至做，深刻理解基本概念，学习科学的思维方式，树立应用和创新意识，为主动地、科学地进行学习和实践打下坚实的基础。
3 课程内容教学改革的意义
根据电气工程专业的特点对数字信号处理课程内容教学进行改革，可以(1)精简本课程内容，使课程内容重点突出，避免与其他课程内容的重叠；(2)在阐述概念的同时抓住概念的应用和工程概念的树立，如傅立叶变换分析在从信号中提取信息的应用等，实现数学概念、物理概念和工程概念的统一；(3)原理、方法与应用相结合，如使用计算机对信号进行谱分析的原理、方法和实际中如何应用；(4)积极采用MATLAB语言和多媒体教学，可以使学生进行实际的分析和处理。
改革本课程内容还可以兼顾到电气工程专业的特点和信号分析、处理的新方法、新技术，有利于加强学生对相关知识的掌握和理解，促进教学质量的提高。而且通过教学内容的改革可以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，能够在后续的相关课程学习以及日后的工作中发挥很大的作用。
参考文献
[1] 电气工程专业数字信号处理课程的试验教学研究[J].电气电子教学学报.2001(2)
[2] 小波变换电力系统工学应用综述[J].电网技术.2003(6)
[3] HHT理论在电力系统中的应用研究[D].东北电力大学硕士学位论文.2006
[4] PRONY分析在电力系统中的应用综述[J]. 中国电机工程学会电力系统专业委员会2005年学术年会论文集
[5] 数学形态学在电力系统中的应用综述[J].继电器.2007(10)
收稿日期：2008-5-16