贾桂敏　焦卫东　杨金锋

摘要：“随机信号分析”是我校电子信息工程和通信工程专业的一门重要的专业基础课。针对现有课程缺少实践环节，与民航结合较差的问题，本文不仅设计了与民航机务维修、空中交通管理等密切相关的教学实例，还将与民航相关的科研项目成果应用到课堂教学中。通过具有民航特色的课程教学改革与实践，加强教学的实用性，使课堂教学与民航应用更加贴近。

关键词：随机信号分析；应用实例；民航特色

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）31-0076-02

一、引言

“随机信号分析”是我校电子信息工程专业和通信工程专业的一门重要的专业基础课。学生通过该课程的学习，可以掌握随机信号分析的基本概念、基本原理和基本分析方法。该课程的特点是理论性较强，很多概念较抽象，给学生的学习带来一定的困难，需要他们综合运用高等数学、概率论、数理统计、电路分析、信号与系统等多门课程的内容来分析问题。

二、民航特色教学实例设计

由于学时较少，很多公式推导较为复杂，理论教学任务较重。因此，结合每一章节的重要知识点设计难度适中的教学实例，加深学生对理论知识的理解，了解该课程在实际问题分析中的应用，至关重要。

表1简介了部分教学中采用的应用实例。学生在前修的相关课程中已经部分学习过概率论内容，考虑到学时有限，缩减该部分的理论讲解时长，可通过三个民航应用实例使学生巩固和理解该部分的内容。对于随机过程概念、相关函数、功率谱密度、等效噪声带宽等重要知识点，要结合民航应用实例进行理论讲解和分析，在教学中会收到很好的反馈。这不仅可以让抽象的概念更加形象直观，激发学生的学习兴趣，也能使学生理论联系实际的能力逐步提升。

三、课堂教学与科研相结合

（一）总体思路

语音信号是我们日常生活中最常见的随机信号之一。无线电陆空通话（简称陆空通话）是当前空中交通管制员与飞行员间进行话音通信和信息沟通的重要方式，对航空器高效安全地运行有至关重要的作用。而陆空通话具有语速快、语调单一、专业术语多、特定发音标准、中英文混杂等特点，无法直接利用现有语音识别方法对陆空通话进行识别。因此，在随机过程概念、相关函数、功率谱密度、希尔伯特变换、窄带随机过程等知识点的教学中，可以将相关研究成果充分应用于课堂教学。

（二）一则应用范例分析

在讲解随机过程概念和相关函数后，演示一则“陆空通话波形分析”范例，可采用以下步骤。

1.采用PPT教学形式，通过空中管制的图片、录音、视频等介绍科研问题背景。通过给学生播放实际陆空通话的录音，让学生熟悉陆空通话这种半人工语言。通常，学生在第一次甚至开始几次听录音的过程中，都无法听懂空管员和飞行员的通话内容，可以明显体会到陆空通话与人们日常对话的区别。

2.采用研究型的教学方法，提出问题让学生思考：如何让机器识别陆空通话内容？通过讨论，让学生发表看法，促进课堂教学互动，教师进而引出要對陆空通话语音进行统计分析的范例主题。

3.介绍陆空通话语音识别的流程和涉及的关键技术。本范例主要演示陆空通话语音识别前端预处理的部分工作，让学生了解语音信号的短时平稳特性及短时自相关函数，并简要分析相关函数在语音端点检测的基本原理。

4.向学生简要介绍Windows操作系统、Matlab 2014开发环境，以及一些Voicebox工具箱的安装和使用。

5.教师针对重要代码（比如调用Voicebox工具箱函数）进行具体讲解，针对陆空通话波形绘制、加窗分帧、短时互相关计算、端点检测等问题，重点讲解函数的调用和陆空通话分析在上述问题解决中参数设置需要特别注意的地方，教会学生如何使用Matlab帮助文档及工具箱函数说明解决问题。

6.根据演示步骤演示程序。为了使演示更加形象，我们开发了客户端界面，并打包封装为独立运行程序。通过读入、回放多人次、同一内容的陆空通话数据，进行波形展示和对比，让学生更形象地认识随机过程的概念；通过陆空通话波形分析、端点检测过程的演示，使学生对随机过程相关理论在实践中的应用有深刻的印象，培养对科研的兴趣，减少对科研工作的畏难情绪。

通过教师向学生演示这则应用范例，可以达到以下几个目的：①使学生对随机过程和相关函数的概念有更直观的认识，明白所学理论知识在分析实际问题中的重要性；②让学生在实际民航问题分析、解决过程中熟悉科研工作，提高发现问题、解决问题的能力；③让学生熟悉相关的开发环境和开发语言，掌握函数调用及随机信号分析的基本程序，提高动手能力和实践能力。

四、结语

本文针对“随机信号分析”的课程特点，首先将课程重要知识点与民航实际相结合，设计教学应用实例，通过理论讲解与实例分析使专业基础课程的教学与民航实践应用更贴合。同时，将科研项目中的相关成果作为演示范例应用到课程教学中，配合重要知识点的讲解和分析，演示民航实际问题的解决过程，并采用研究型的教学方法，让学生带着问题体会什么是科研，以及理论知识如何运用到实践中。通过以上教学改革和实践，使学生对“随机信号分析”课程内容的认识更深入，提高实践能力和综合素质，以达到最佳的教学效果。

参考文献：

[1]常建平，李海林.随机信号分析[M].北京：科学出版社，2006.

[2]张文明，罗鹏飞.“随机信号分析与处理”课程研究型教学改革[J].电气电子教学学报，2010，32（5）：19-20.

[3]方勇，刘凯，黄青华.“随机信号分析”课程案例教学的实践[J].电气电子教学学报，2009，31（2）：102-104.