衛(wèi)星通信課程實驗教學研究論文
摘要：針對實驗設備成本制約衛(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對象的特點，對衛(wèi)星通信實驗課程的開設內容以及實驗條件建設進行了探討與摸索。本科生實驗教學設計采用低成本實驗設備，突出感性認識；研究生實驗課程突出學習的自主性，引導學生發(fā)現問題，激發(fā)學生學習興趣，并在實際教學中取得了較好效果。
關鍵詞：衛(wèi)星通信；實驗教學；衛(wèi)星廣播電視
截至2015年底，中國在軌運行的衛(wèi)星數量已超過140顆，僅次于美國，位居世界第二。然而，伴隨著衛(wèi)星數量的突破，我國的衛(wèi)星產業(yè)發(fā)展卻相對滯后，尤其是地面應用系統的發(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)學生對衛(wèi)星通信領域的學習興趣、培養(yǎng)衛(wèi)星通信領域的人才等方面有著不可替代的作用。
1實驗課程開設背景
由于衛(wèi)星通信設備昂貴、通信衛(wèi)星資源緊缺，傳統的本科《衛(wèi)星通信》課程主要以理論教學為主，以實驗演示和參觀觀摩為輔，實踐教學的比例非常少。衛(wèi)星通信的頻率很高，常規(guī)的仿真平臺很難實現全系統仿真，因此,有條件的院校開設的仿真實驗僅限于衛(wèi)星通信的中頻部分[1]，讓學生觀察信號在中頻部分的處理與傳輸過程，深化學生對通信基本理論的認識，但這些改善無法讓學生體會到真正的衛(wèi)星通信過程，也很難激發(fā)學生對衛(wèi)星通信領域的學習熱情和興趣。另外，隨著衛(wèi)星通信技術的.迅速發(fā)展，《衛(wèi)星通信》課程的教學內容需要不斷更新，與工程實際結合也更加密切，實驗教學的重要性越來越突顯。與理論教學相比，由于學時有限、實踐環(huán)節(jié)組織困難，實驗教學已成為衛(wèi)星通信教學改革與發(fā)展的瓶頸。
2實驗教學內容設計
為提高衛(wèi)星通信課程的教學質量，激發(fā)學生的學習熱情，對衛(wèi)星通信課程實驗教學的內容和方法進行了探索，在教學實踐中取得了一定效果。具體而言，該校在通信工程專業(yè)的本科生教學中開設了《衛(wèi)星通信》課程，在研究生教學中開設了《現代通信新技術》（其中包含了衛(wèi)星通信的相關內容），針對不同的培養(yǎng)對象，教學的內容、方式方法有很大差異。
2.1本科實驗教學
本科教學中學生數量眾多，傳統的《衛(wèi)星通信》實驗課程受限于實驗設備的成本，只能讓學生進行衛(wèi)星通信的演示和觀摩，無法讓學生切身體會衛(wèi)星通信的過程。隨著技術的發(fā)展，作為一種最廉價的衛(wèi)星通信方式之一——衛(wèi)星廣播電視已進入千家萬戶，它主要由天線（及其支架）、衛(wèi)星電視接收機、電視機以及電源等設備組成。該系統屬于衛(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，該系統完全可以作為學生體驗衛(wèi)星通信過程的實驗設備。然而，雖然電視機在該系統中僅作為通信的終端設備，與衛(wèi)星通信實驗課程的教學目的關聯性不強，但電視機的成本卻占據該套實驗系統的70%以上；另外，衛(wèi)星廣播電視實驗的開設通常需要在室外開闊地域進行，此時系統的室外供電也將成為課程開設必須考慮的因素；上述兩個原因導致衛(wèi)星電視接收系統在《衛(wèi)星通信》實驗課程的開設過程中無法得到推廣。為解決該問題，通過市場調研，將衛(wèi)星電視接收機和電視機的功能改由尋星儀來實現。尋星儀是融合了衛(wèi)星電視接收機、電視機以及頻譜儀簡易功能的一體化設備，采用鋰電池供電，不需要市電，便于室外實驗的開設。整套系統成本低于1000元，其簡易的頻譜儀功能還可以開設衛(wèi)星信標的接收實驗。尋星儀的操作界面與常規(guī)的衛(wèi)星電視接收機完全相同，可以設置衛(wèi)星名稱、高頻頭本振、接收頻率、符號率、極化方式等參數；連接衛(wèi)星電視接收天線后，當天線對準目標衛(wèi)星時即可接收到該衛(wèi)星上的信號（即接收的信號強度和信號質量高于衛(wèi)星接收機門限）；若目標衛(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。在該系統上開設的實驗課程可以讓學生熟練掌握衛(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與天線精確對準衛(wèi)星的判斷標準，使學生對衛(wèi)星通信的整個過程進行全面、整體認知，鍛煉和培養(yǎng)學生的實踐動手能力。本科生的實驗教學重點在于突出學生的感性認識，通過衛(wèi)星實驗，使學生能夠掌握衛(wèi)星通信的基本原理，明白衛(wèi)星通信中對星的標準是什么，并掌握對星的常見技巧。對于學有余力的學生，啟發(fā)他們更深入了解衛(wèi)星通信發(fā)展的新技術、新方向。
2.2研究生實驗教學
與本科生相比，研究生具有更大的學習自主性，理論講授不僅要細而專，還要廣而泛。在本科現有衛(wèi)星通信內容的基礎上，重點講授與衛(wèi)星通信相關的天線技術、陣列信號處理技術以及通信技術等的發(fā)展現狀，為研究生下一步的課題選擇提供參考。作為小班教學，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、無人機視頻采集等設備交給學生進行自主組合，按照系統搭建由簡單到復雜，地球站由固定到移動，通信業(yè)務由話音到視頻的漸進過程，讓學生體會衛(wèi)星通信在實際生活中的各種應用場景以及還存在亟需解決的問題，激發(fā)學生投身衛(wèi)星通信領域技術研究的興趣。
3結語
衛(wèi)星通信實驗課程的開設可以強化學生對衛(wèi)星通信基本原理的理解和掌握，激發(fā)學生對衛(wèi)星通信領域的學習興趣。該文針對本科生和研究生兩種教學對象，對衛(wèi)星通信實驗課程的開設內容以及實驗條件建設進行了探討與摸索，在實際的教學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容和教學方法的改革是永無止境的，如何取得更好教學效果還需要與廣大高校的衛(wèi)星通信課程教師共同探討。
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