邵尉 孟凡秋 薛紅 錢祖平

摘 要 本文首先強調(diào)了開展電磁頻譜管理實驗教學建設的現(xiàn)實意義，進而圍繞實際的建設工作，從建設思路和實現(xiàn)方法等方面進行了思考并提出若干對策和建議。最后，以電磁頻譜監(jiān)測與特征識別仿真實驗平臺為例，介紹了高性能儀器設備與軟件相結(jié)合的專業(yè)化、多功能實驗平臺構(gòu)建方案。

關鍵詞 電磁頻譜管理 實驗教學建設 實驗平臺

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Reflections on the Construction of Electromagnetic Spectrum

Management Experimental Teaching

SHAO Wei， MENG Fanqiu， XUE Hong， QIAN Zuping

（College of Communication Engineering， PLA University of Science and Technology， Nanjing， Jiangsu 210007）

Abstract In this paper emphasizes the significance of experimental teaching management to carry out the construction of the electromagnetic spectrum， and then around the actual construction work， were thinking in terms of ideas and methods， such as construction and proposed some countermeasures and suggestions. Finally， in order to identify the characteristics of the electromagnetic spectrum monitoring and simulation platform as an example， a high-performance equipment and software combines professional， versatile experimental platform to build solutions.

Key words electromagnetic spectrum management； experimental teaching construction； experimental platform

實驗教學在整個課程教學體系中居于重要地位，這已成為共識?？茖W而合理地開展實驗教學可顯著增強理論教學的效果，提升學生的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)，并與科研建設形成良性互動。在開展電磁頻譜管理課程建設的過程中，重視并做好實驗環(huán)節(jié)建設有著重要的現(xiàn)實意義。

1 建設思路

1.1 融合理論教學

理論教學和實驗教學同為課程內(nèi)容體系中不可或缺的組成部分。對于電磁頻譜管理技術(shù)課程來說，理論和實踐兩部分應緊密結(jié)合、相互印證，共同融合形成有機的整體。通過前期教學體會和專題調(diào)研，我們深切感受到頻管技術(shù)工作所要求的知識面寬泛，包括：系統(tǒng)架構(gòu)、收發(fā)信機原理、數(shù)據(jù)分析、信號處理、電波傳播、測向定位等，但“勝任頻管工作、解決頻管問題”這一教學主線明確。實踐教學內(nèi)容的設置應緊貼教學主線，從而與理論教學形成合力、以便取得良好的教學效果。

1.2 筑牢知識基礎

在頻譜管理技術(shù)中，“急需型”和“前瞻型”這兩類知識并列存在，打好這兩類知識基礎尤為重要?！凹毙栊汀敝R指的是從事頻管工作必須具備的專業(yè)基礎知識，例如：系統(tǒng)間電磁兼容、頻率管理、頻譜監(jiān)測等；“前瞻型”知識指的是目前頻管技術(shù)領域的研究熱點，未來有望獲得持續(xù)發(fā)展甚至演進至實用階段，例如：動態(tài)頻譜管理、輻射源個體識別等。對這兩類知識基礎的構(gòu)筑除需要課堂理論教學的講授外，還需在實驗教學的層面進行加固和拓展，從而有助于學生形成更加優(yōu)化的知識結(jié)構(gòu)，更加勝任未來的頻管工作。

1.3 錘煉專業(yè)技能

未來的頻譜管理體系將具備感知、統(tǒng)籌、管控、服務等多種能力。其中，感知能力表現(xiàn)為復雜電磁環(huán)境下的主動感知、多維頻譜信息的按需收集與實時上傳；統(tǒng)籌能力表現(xiàn)為頻譜資源的宏觀協(xié)調(diào)、頻譜知識的完整發(fā)現(xiàn)，頻譜態(tài)勢的直觀呈現(xiàn)和頻譜決策的快速生成；管控能力體現(xiàn)在頻譜管控既擁有高度自主性，同時又具備用頻規(guī)則、人工干預等多種約束下的可控性；服務能力則體現(xiàn)了未來頻譜管理體系的綜合能力與核心目標。毫無疑問的是，對于頻管人才專業(yè)技能的錘煉應植根于確保以上能力的實現(xiàn)。

1.4 實現(xiàn)教研互促

教學與科研之間存在著相互轉(zhuǎn)化、相互促進的機制。一方面，為了提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，必須以科研作為催化劑和驅(qū)動力，教師隊伍可以在科研工作中得到磨練，科研成果可以直接應用于教學內(nèi)容的優(yōu)化和更新；另一方面，教學成果又可服務于科研，為科研工作提供基礎支撐、智力支持和人才保證。

2 實現(xiàn)方法

2.1 通過仿真平臺來覆蓋重點

通過對實驗教學的目標、設備需求、成本和擬達到的效果等客觀因素進行綜合考慮，我們認為構(gòu)建仿真平臺并充分發(fā)揮其優(yōu)勢是開展實驗教學的良好途徑。例如，以任意波發(fā)生器和實時頻譜分析儀為核心，可構(gòu)建電磁頻譜監(jiān)測與特征識別仿真實驗平臺。利用該平臺，可覆蓋信號設計、復雜電磁環(huán)境模擬、頻譜監(jiān)測、信號特征分析與識別、干擾源查找等多項重點教學內(nèi)容，為學生掌握多種專業(yè)技能提供了操作方便而直觀有效的實驗工具。

2.2 通過案例體驗來突破難點

通過選定頻管工作中真實存在的案例，讓學生借助于實驗系統(tǒng)來對案例進行分析，在這種切身的體驗當中來尋求問題的求解。該方法非常適合于教學難點的突破。例如，臺站間用頻兼容分析方法容易讓人產(chǎn)生計算復雜、不易下手的感覺，如不采用合適的教學方法則容易使人望而卻步。在案例式的實驗教學中，學生可借助仿真軟件親自編程，循序漸進地將發(fā)射端、傳播路徑和接收端的全部計算公式逐一實現(xiàn)，在突破了該難點問題的同時也培養(yǎng)了自信心、體驗到快樂。

2.3 通過全面互動來提升效果

為提升和固化教學效果，應采用多種形式的全面互動。一方面，應配備電子教室互動式軟件，讓學生計算機的屏幕可顯示在教師計算機和投影儀大屏幕上，有利于教師的實時指導、師生間的互動以及學生間的互動；另一方面，應充分利用校園網(wǎng)資源，由教師通過網(wǎng)絡共享學習資料、學生通過網(wǎng)絡獲取資源和指導，建立一種不受空間和時間約束的互動關系。

3 實驗平臺構(gòu)建方案舉例

該實驗平臺主要包括復雜電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)、電磁頻譜實時監(jiān)測系統(tǒng)、輻射源特征提取與識別系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.1 復雜電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)

構(gòu)建復雜電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)。由多臺實驗計算機通過局域網(wǎng)與任意信號發(fā)生器相連接。通過Matlab、RFExpress等軟件完成信號設計，并將設計文件從實驗計算機經(jīng)由局域網(wǎng)下載至任意信號發(fā)生器，模擬出逼真的復雜電磁環(huán)境。該系統(tǒng)是整個實驗平臺的前級系統(tǒng)，同時也為后級系統(tǒng)提供模擬復雜信號源。

3.2 電磁頻譜實時監(jiān)測系統(tǒng)

構(gòu)建電磁頻譜實時監(jiān)測系統(tǒng)。由固定監(jiān)測站和單兵機動監(jiān)測站相互配合，對實際環(huán)境進行監(jiān)測，或者接收模擬產(chǎn)生的逼真復雜電磁環(huán)境信號。固定監(jiān)測站實現(xiàn)高速高分辨率頻譜掃描、高靈敏度接收、能量檢測、干擾告警、頻譜動態(tài)回放等功能；單兵機動監(jiān)測站可通過GPS電子地圖來輔助定位干擾源。其中，固定監(jiān)測站以高性能實時頻譜分析儀為核心構(gòu)建，單兵機動監(jiān)測站基于便攜式無線信號偵測儀構(gòu)建。該系統(tǒng)可為戰(zhàn)場無線電通信等電子信息裝備的順利部署和運用提供頻譜信息支持，為干擾源的查找提供參考手段。

圖1 電磁頻譜監(jiān)測與特征識別仿真實驗平臺

3.3 輻射源特征提取與識別系統(tǒng)

構(gòu)建輻射源特征提取與識別系統(tǒng)，對真實輻射源或?qū)嶒炗嬎銠C設計產(chǎn)生的模擬輻射源進行特征提取與識別。其中涵蓋頻率、功率、帶寬、眼圖、星座圖、調(diào)制方式等特征，并進一步評估頻率占用度等指標。具備時間和頻率快照以及數(shù)據(jù)記錄等功能，便于進行二次開發(fā)和功能擴展。該系統(tǒng)以高性能實時頻譜分析儀為核心構(gòu)建。可為全面掌握電磁空間輻射源屬性、有效實現(xiàn)電磁頻譜管控提供數(shù)據(jù)服務和技術(shù)支撐。

4 結(jié)束語

本文針對電磁頻譜管理技術(shù)實驗教學建設這一現(xiàn)實命題，從建設思路、實現(xiàn)方法和實驗平臺構(gòu)建等方面進行了思考，為電磁頻譜管理技術(shù)課程實驗環(huán)節(jié)的建設提供了參考性的對策和建議。作為電子科學與技術(shù)相關專業(yè)的一門新興課程，教學建設之路還任重而道遠。

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