衛(wèi)星通信課程實驗教學(xué)的探索與實踐

張峰干+井亞鵲+金偉+戴精科

摘 要：針對實驗設(shè)備成本制約衛(wèi)星通信實驗課程發(fā)展的問題，該文分析了本科生和研究生兩種教學(xué)對象的特點，對衛(wèi)星通信實驗課程的開設(shè)內(nèi)容以及實驗條件建設(shè)進(jìn)行了探討與摸索。本科生實驗教學(xué)設(shè)計采用低成本實驗設(shè)備，突出感性認(rèn)識；研究生實驗課程突出學(xué)習(xí)的自主性，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并在實際教學(xué)中取得了較好效果。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信 實驗教學(xué) 衛(wèi)星廣播電視

中圖分類號：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（c）-0152-02

Abstract：According to the problem that the experimental equipment cost limit the development of the satellite communication experiments course，the characteristics of two kinds of teaching object：undergraduate and graduate students are analyzed，and content of the satellite communication experiment course and the experiment conditions construction are explored and discussed.Undergraduate experiment teaching adopts the design of low cost experimental equipment，and emphasizes the perceptual knowledge；while the graduate experimental course extrudes the learning autonomy，and guides students to find problems，to stimulate studentsinterest in learning.The exploration has achieved good results in practical teaching.

Key Words：Satellite communication；Experimental teaching；Satellite broadcast TV

截至2015年底，中國在軌運行的衛(wèi)星數(shù)量已超過140顆，僅次于美國，位居世界第二。然而，伴隨著衛(wèi)星數(shù)量的突破，我國的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展卻相對滯后，尤其是地面應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展還不夠。除投入不足外，人才缺乏也是一個重要原因。衛(wèi)星通信課程作為高校電子通信類專業(yè)的主干課程在激發(fā)學(xué)生對衛(wèi)星通信領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)衛(wèi)星通信領(lǐng)域的人才等方面有著不可替代的作用。

1 實驗課程開設(shè)背景

由于衛(wèi)星通信設(shè)備昂貴、通信衛(wèi)星資源緊缺，傳統(tǒng)的本科《衛(wèi)星通信》課程主要以理論教學(xué)為主，以實驗演示和參觀觀摩為輔，實踐教學(xué)的比例非常少。衛(wèi)星通信的頻率很高，常規(guī)的仿真平臺很難實現(xiàn)全系統(tǒng)仿真，因此，有條件的院校開設(shè)的仿真實驗僅限于衛(wèi)星通信的中頻部分[1]，讓學(xué)生觀察信號在中頻部分的處理與傳輸過程，深化學(xué)生對通信基本理論的認(rèn)識，但這些改善無法讓學(xué)生體會到真正的衛(wèi)星通信過程，也很難激發(fā)學(xué)生對衛(wèi)星通信領(lǐng)域的學(xué)習(xí)熱情和興趣。另外，隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的迅速發(fā)展，《衛(wèi)星通信》課程的教學(xué)內(nèi)容需要不斷更新，與工程實際結(jié)合也更加密切，實驗教學(xué)的重要性越來越突顯。與理論教學(xué)相比，由于學(xué)時有限、實踐環(huán)節(jié)組織困難，實驗教學(xué)已成為衛(wèi)星通信教學(xué)改革與發(fā)展的瓶頸。

2 實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

為提高衛(wèi)星通信課程的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，對衛(wèi)星通信課程實驗教學(xué)的內(nèi)容和方法進(jìn)行了探索，在教學(xué)實踐中取得了一定效果。

具體而言，該校在通信工程專業(yè)的本科生教學(xué)中開設(shè)了《衛(wèi)星通信》課程，在研究生教學(xué)中開設(shè)了《現(xiàn)代通信新技術(shù)》（其中包含了衛(wèi)星通信的相關(guān)內(nèi)容），針對不同的培養(yǎng)對象，教學(xué)的內(nèi)容、方式方法有很大差異。

2.1 本科實驗教學(xué)

本科教學(xué)中學(xué)生數(shù)量眾多，傳統(tǒng)的《衛(wèi)星通信》實驗課程受限于實驗設(shè)備的成本，只能讓學(xué)生進(jìn)行衛(wèi)星通信的演示和觀摩，無法讓學(xué)生切身體會衛(wèi)星通信的過程。隨著技術(shù)的發(fā)展，作為一種最廉價的衛(wèi)星通信方式之一——衛(wèi)星廣播電視已進(jìn)入千家萬戶，它主要由天線（及其支架）、衛(wèi)星電視接收機(jī)、電視機(jī)以及電源等設(shè)備組成。該系統(tǒng)屬于衛(wèi)星通信中的單向接收地球站，而衛(wèi)星通信中的反向發(fā)射鏈路與接收鏈路相似，因此，該系統(tǒng)完全可以作為學(xué)生體驗衛(wèi)星通信過程的實驗設(shè)備。然而，雖然電視機(jī)在該系統(tǒng)中僅作為通信的終端設(shè)備，與衛(wèi)星通信實驗課程的教學(xué)目的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，但電視機(jī)的成本卻占據(jù)該套實驗系統(tǒng)的70%以上；另外，衛(wèi)星廣播電視實驗的開設(shè)通常需要在室外開闊地域進(jìn)行，此時系統(tǒng)的室外供電也將成為課程開設(shè)必須考慮的因素；上述兩個原因?qū)е滦l(wèi)星電視接收系統(tǒng)在《衛(wèi)星通信》實驗課程的開設(shè)過程中無法得到推廣。

為解決該問題，通過市場調(diào)研，將衛(wèi)星電視接收機(jī)和電視機(jī)的功能改由尋星儀來實現(xiàn)。尋星儀是融合了衛(wèi)星電視接收機(jī)、電視機(jī)以及頻譜儀簡易功能的一體化設(shè)備，采用鋰電池供電，不需要市電，便于室外實驗的開設(shè)。整套系統(tǒng)成本低于1 000元，其簡易的頻譜儀功能還可以開設(shè)衛(wèi)星信標(biāo)的接收實驗。

尋星儀的操作界面與常規(guī)的衛(wèi)星電視接收機(jī)完全相同，可以設(shè)置衛(wèi)星名稱、高頻頭本振、接收頻率、符號率、極化方式等參數(shù)；連接衛(wèi)星電視接收天線后，當(dāng)天線對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星時即可接收到該衛(wèi)星上的信號（即接收的信號強(qiáng)度和信號質(zhì)量高于衛(wèi)星接收機(jī)門限）；若目標(biāo)衛(wèi)星上有公開的電視節(jié)目，還可以直接使用該終端收看衛(wèi)星廣播電視。在該系統(tǒng)上開設(shè)的實驗課程可以讓學(xué)生熟練掌握衛(wèi)星通信中天線對星的基本流程與操作技巧，明確天線三維指向的參考基準(zhǔn)與天線精確對準(zhǔn)衛(wèi)星的判斷標(biāo)準(zhǔn)，使學(xué)生對衛(wèi)星通信的整個過程進(jìn)行全面、整體認(rèn)知，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力。

本科生的實驗教學(xué)重點在于突出學(xué)生的感性認(rèn)識，通過衛(wèi)星實驗，使學(xué)生能夠掌握衛(wèi)星通信的基本原理，明白衛(wèi)星通信中對星的標(biāo)準(zhǔn)是什么，并掌握對星的常見技巧。對于學(xué)有余力的學(xué)生，啟發(fā)他們更深入了解衛(wèi)星通信發(fā)展的新技術(shù)、新方向。

2.2 研究生實驗教學(xué)

與本科生相比，研究生具有更大的學(xué)習(xí)自主性，理論講授不僅要細(xì)而專，還要廣而泛。在本科現(xiàn)有衛(wèi)星通信內(nèi)容的基礎(chǔ)上，重點講授與衛(wèi)星通信相關(guān)的天線技術(shù)、陣列信號處理技術(shù)以及通信技術(shù)等的發(fā)展現(xiàn)狀，為研究生下一步的課題選擇提供參考。

作為小班教學(xué)，研究生的衛(wèi)星通信實驗課可以采用完全自主的形式——將固定衛(wèi)星地球站、便攜式地球站、衛(wèi)星動中通地球站以及寬帶無線通信系統(tǒng)、無人機(jī)視頻采集等設(shè)備交給學(xué)生進(jìn)行自主組合，按照系統(tǒng)搭建由簡單到復(fù)雜，地球站由固定到移動，通信業(yè)務(wù)由話音到視頻的漸進(jìn)過程，讓學(xué)生體會衛(wèi)星通信在實際生活中的各種應(yīng)用場景以及還存在亟需解決的問題，激發(fā)學(xué)生投身衛(wèi)星通信領(lǐng)域技術(shù)研究的興趣。

3 結(jié)語

衛(wèi)星通信實驗課程的開設(shè)可以強(qiáng)化學(xué)生對衛(wèi)星通信基本原理的理解和掌握，激發(fā)學(xué)生對衛(wèi)星通信領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣。該文針對本科生和研究生兩種教學(xué)對象，對衛(wèi)星通信實驗課程的開設(shè)內(nèi)容以及實驗條件建設(shè)進(jìn)行了探討與摸索，在實際的教學(xué)過程中取得了良好效果。然而，適合于不同對象、不同接受能力的實驗內(nèi)容和教學(xué)方法的改革是永無止境的，如何取得更好教學(xué)效果還需要與廣大高校的衛(wèi)星通信課程教師共同探討。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊德偉，程田豐.寬帶衛(wèi)星通信實驗教學(xué)平臺的設(shè)計[J].實驗室研究與探索，2015，34（5）：49-51.