衛星通信課程實(shí)驗教學(xué)研究論文
摘要：針對實(shí)驗設備成本制約衛星通信實(shí)驗課程發(fā)展的問(wèn)題，該文分析了本科生和研究生兩種教學(xué)對象的特點(diǎn)，對衛星通信實(shí)驗課程的開(kāi)設內容以及實(shí)驗條件建設進(jìn)行了探討與摸索。本科生實(shí)驗教學(xué)設計采用低成本實(shí)驗設備，突出感性認識；研究生實(shí)驗課程突出學(xué)習的自主性，引導學(xué)生發(fā)現問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，并在實(shí)際教學(xué)中取得了較好效果。
關(guān)鍵詞：衛星通信；實(shí)驗教學(xué)；衛星廣播電視
截至2015年底，中國在軌運行的衛星數量已超過(guò)140顆，僅次于美國，位居世界第二。然而，伴隨著(zhù)衛星數量的突破，我國的衛星產(chǎn)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(gè)重要原因。衛星通信課程作為高校電子通信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的主干課程在激發(fā)學(xué)生對衛星通信領(lǐng)域的學(xué)習興趣、培養衛星通信領(lǐng)域的人才等方面有著(zhù)不可替代的作用。
1實(shí)驗課程開(kāi)設背景
由于衛星通信設備昂貴、通信衛星資源緊缺，傳統的本科《衛星通信》課程主要以理論教學(xué)為主，以實(shí)驗演示和參觀(guān)觀(guān)摩為輔，實(shí)踐教學(xué)的比例非常少。衛星通信的頻率很高，常規的仿真平臺很難實(shí)現全系統仿真，因此,有條件的院校開(kāi)設的仿真實(shí)驗僅限于衛星通信的中頻部分[1]，讓學(xué)生觀(guān)察信號在中頻部分的處理與傳輸過(guò)程，深化學(xué)生對通信基本理論的認識，但這些改善無(wú)法讓學(xué)生體會(huì )到真正的衛星通信過(guò)程，也很難激發(fā)學(xué)生對衛星通信領(lǐng)域的學(xué)習熱情和興趣。另外，隨著(zhù)衛星通信技術(shù)的.迅速發(fā)展，《衛星通信》課程的教學(xué)內容需要不斷更新，與工程實(shí)際結合也更加密切，實(shí)驗教學(xué)的重要性越來(lái)越突顯。與理論教學(xué)相比，由于學(xué)時(shí)有限、實(shí)踐環(huán)節組織困難，實(shí)驗教學(xué)已成為衛星通信教學(xué)改革與發(fā)展的瓶頸。
2實(shí)驗教學(xué)內容設計
為提高衛星通信課程的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情，對衛星通信課程實(shí)驗教學(xué)的內容和方法進(jìn)行了探索，在教學(xué)實(shí)踐中取得了一定效果。具體而言，該校在通信工程專(zhuān)業(yè)的本科生教學(xué)中開(kāi)設了《衛星通信》課程，在研究生教學(xué)中開(kāi)設了《現代通信新技術(shù)》（其中包含了衛星通信的相關(guān)內容），針對不同的培養對象，教學(xué)的內容、方式方法有很大差異。
2.1本科實(shí)驗教學(xué)
本科教學(xué)中學(xué)生數量眾多，傳統的《衛星通信》實(shí)驗課程受限于實(shí)驗設備的成本，只能讓學(xué)生進(jìn)行衛星通信的演示和觀(guān)摩，無(wú)法讓學(xué)生切身體會(huì )衛星通信的過(guò)程。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，作為一種最廉價(jià)的衛星通信方式之一——衛星廣播電視已進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)，它主要由天線(xiàn)（及其支架）、衛星電視接收機、電視機以及電源等設備組成。該系統屬于衛星通信中的單向接收地球站，而衛星通信中的反向發(fā)射鏈路與接收鏈路相似，因此，該系統完全可以作為學(xué)生體驗衛星通信過(guò)程的實(shí)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，與衛星通信實(shí)驗課程的教學(xué)目的關(guān)聯(lián)性不強，但電視機的成本卻占據該套實(shí)驗系統的70%以上；另外，衛星廣播電視實(shí)驗的開(kāi)設通常需要在室外開(kāi)闊地域進(jìn)行，此時(shí)系統的室外供電也將成為課程開(kāi)設必須考慮的因素；上述兩個(gè)原因導致衛星電視接收系統在《衛星通信》實(shí)驗課程的開(kāi)設過(guò)程中無(wú)法得到推廣。為解決該問(wèn)題，通過(guò)市場(chǎng)調研，將衛星電視接收機和電視機的功能改由尋星儀來(lái)實(shí)現。尋星儀是融合了衛星電視接收機、電視機以及頻譜儀簡(jiǎn)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(shí)驗的開(kāi)設。整套系統成本低于1000元，其簡(jiǎn)易的頻譜儀功能還可以開(kāi)設衛星信標的接收實(shí)驗。尋星儀的操作界面與常規的衛星電視接收機完全相同，可以設置衛星名稱(chēng)、高頻頭本振、接收頻率、符號率、極化方式等參數；連接衛星電視接收天線(xiàn)后，當天線(xiàn)對準目標衛星時(shí)即可接收到該衛星上的信號（即接收的信號強度和信號質(zhì)量高于衛星接收機門(mén)限）；若目標衛星上有公開(kāi)的電視節目，還可以直接使用該終端收看衛星廣播電視。在該系統上開(kāi)設的實(shí)驗課程可以讓學(xué)生熟練掌握衛星通信中天線(xiàn)對星的基本流程與操作技巧，明確天線(xiàn)三維指向的參考基準與天線(xiàn)精確對準衛星的判斷標準，使學(xué)生對衛星通信的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行全面、整體認知，鍛煉和培養學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。本科生的實(shí)驗教學(xué)重點(diǎn)在于突出學(xué)生的感性認識，通過(guò)衛星實(shí)驗，使學(xué)生能夠掌握衛星通信的基本原理，明白衛星通信中對星的標準是什么，并掌握對星的常見(jiàn)技巧。對于學(xué)有余力的學(xué)生，啟發(fā)他們更深入了解衛星通信發(fā)展的新技術(shù)、新方向。
2.2研究生實(shí)驗教學(xué)
與本科生相比，研究生具有更大的學(xué)習自主性，理論講授不僅要細而專(zhuān)，還要廣而泛。在本科現有衛星通信內容的基礎上，重點(diǎn)講授與衛星通信相關(guān)的天線(xiàn)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)，研究生的衛星通信實(shí)驗課可以采用完全自主的形式——將固定衛星地球站、便攜式地球站、衛星動(dòng)中通地球站以及寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統、無(wú)人機視頻采集等設備交給學(xué)生進(jìn)行自主組合，按照系統搭建由簡(jiǎn)單到復雜，地球站由固定到移動(dòng)，通信業(yè)務(wù)由話(huà)音到視頻的漸進(jìn)過(guò)程，讓學(xué)生體會(huì )衛星通信在實(shí)際生活中的各種應用場(chǎng)景以及還存在亟需解決的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生投身衛星通信領(lǐng)域技術(shù)研究的興趣。
3結語(yǔ)
衛星通信實(shí)驗課程的開(kāi)設可以強化學(xué)生對衛星通信基本原理的理解和掌握，激發(fā)學(xué)生對衛星通信領(lǐng)域的學(xué)習興趣。該文針對本科生和研究生兩種教學(xué)對象，對衛星通信實(shí)驗課程的開(kāi)設內容以及實(shí)驗條件建設進(jìn)行了探討與摸索，在實(shí)際的教學(xué)過(guò)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(shí)驗內容和教學(xué)方法的改革是永無(wú)止境的，如何取得更好教學(xué)效果還需要與廣大高校的衛星通信課程教師共同探討。
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