邱麗娟

摘 要： 將虛擬實(shí)驗(yàn)引入士官航空電子對(duì)抗原理課中，能夠突破傳統(tǒng)教學(xué)的局限，有利于提高學(xué)員的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。文中以混頻器內(nèi)容為例，驗(yàn)證了虛擬實(shí)驗(yàn)引入航空電子對(duì)抗原理課程的合理性，將抽象、枯燥難懂的信號(hào)內(nèi)容變得具體生動(dòng)，取得良好效果。

關(guān)鍵詞： 航空電子對(duì)抗原理 虛擬實(shí)驗(yàn) 混頻器

航空電子對(duì)抗原理是航空電子對(duì)抗專(zhuān)業(yè)士官的基礎(chǔ)課程，集理論性、方法性與作戰(zhàn)應(yīng)用性于一體，是航空電子對(duì)抗裝備維修保障、航空電子對(duì)抗裝備作戰(zhàn)使用和航空電子對(duì)抗戰(zhàn)法研究等一系列專(zhuān)業(yè)課的前期學(xué)習(xí)平臺(tái)。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)員能夠理解航空電子對(duì)抗的基本概念、基本原理及實(shí)現(xiàn)方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)。

1.傳統(tǒng)教學(xué)的局限性

“航空電子對(duì)抗原理”是電子對(duì)抗專(zhuān)業(yè)士官學(xué)員接觸的首門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，理論性強(qiáng)，學(xué)時(shí)長(zhǎng)，課程中包含較多的電路原理和信號(hào)變換分析內(nèi)容。傳統(tǒng)教學(xué)以理論講授為主，教員為主導(dǎo)，學(xué)生普遍反應(yīng)內(nèi)容抽象，枯燥難學(xué)，不易理解和掌握，學(xué)習(xí)興趣不高，多個(gè)期班的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明教學(xué)效果不理想。

2.引入虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法

隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的教員將仿真技術(shù)帶入航空電子對(duì)抗原理課堂，應(yīng)用比較多的是虛擬實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)視頻播放、動(dòng)畫(huà)演示、高速運(yùn)算、電路設(shè)計(jì)、信號(hào)展示及人機(jī)交互等功能，不受時(shí)間、地點(diǎn)和設(shè)備的限制。將虛擬實(shí)驗(yàn)引入航空電子對(duì)抗原理課堂，將理論教學(xué)與虛擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，把不清楚、難理解的電路圖分解化，把看不見(jiàn)、摸不到的信號(hào)圖像化，更具直觀性和生動(dòng)性，使枯燥的理論內(nèi)容變得更加有趣，更容易調(diào)動(dòng)學(xué)員的課堂學(xué)習(xí)積極性，一定程度上強(qiáng)化教學(xué)效果。

但是目前，在課堂上利用虛擬實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)還是以教員展示為主，通常都是教員預(yù)先準(zhǔn)備好，將電路圖、參數(shù)、分析工具等都預(yù)先調(diào)試成功后，在課堂上需要的地方進(jìn)行演示。這種通過(guò)預(yù)設(shè)情境直接演示效果的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法雖然增加了教學(xué)手段，但依然屬于教員講、學(xué)員聽(tīng)的傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)方法。學(xué)員即使理解了教學(xué)內(nèi)容，也只能達(dá)到知其然而不知其所以然的效果，不能將虛擬實(shí)驗(yàn)在理論教學(xué)中的最佳效果發(fā)揮出來(lái)。

為了適應(yīng)部隊(duì)需求，電子對(duì)抗專(zhuān)業(yè)士官人才培養(yǎng)方案不斷改革，更強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)員的應(yīng)用能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。因此，教學(xué)過(guò)程中要充分發(fā)揮學(xué)員的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)員在課堂上動(dòng)起來(lái)。虛擬實(shí)驗(yàn)恰恰滿(mǎn)足了這個(gè)要求，它具備以下特點(diǎn)：（1）操作簡(jiǎn)單，不受場(chǎng)所限制，只需在計(jì)算機(jī)上安裝相應(yīng)軟件就可以完成。（2）安全省事，不必?fù)?dān)憂(yōu)用電安全及儀器操作的問(wèn)題。（3）電學(xué)性強(qiáng)，可以清楚地顯示電路的各種電學(xué)狀態(tài)，而且可以通過(guò)改變參數(shù)得到新的分析波形。在課堂上要充分發(fā)揮學(xué)員的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)員利用虛擬儀器等工具自己動(dòng)手，搭建電路，講解電路，總結(jié)信號(hào)規(guī)律，達(dá)到學(xué)懂學(xué)會(huì)的效果。

3.應(yīng)用舉例

在電子對(duì)抗專(zhuān)業(yè)，混頻器應(yīng)用比較廣泛，比如超外差接收機(jī)、信道化接收機(jī)、瞬時(shí)測(cè)頻接收機(jī)等需要進(jìn)行頻率改變操作基本都是由混頻器實(shí)現(xiàn)的。混頻器進(jìn)行頻率改變時(shí)，能將一個(gè)信號(hào)的載頻變換為另外一個(gè)載頻，并且新變化后的新載頻信號(hào)的調(diào)制類(lèi)型、調(diào)制參數(shù)和頻譜結(jié)構(gòu)都不會(huì)發(fā)生變化。常見(jiàn)的混頻器由非線性器件和帶通濾波器組成，混頻電路組成框圖如圖1所示。其中，us（t）為一高頻輸入信號(hào)，它和本振信號(hào)uL（t）通過(guò)一個(gè)非線性器件進(jìn)行時(shí)間域內(nèi)相乘，再利用濾波器取出固定的中頻，輸出信號(hào)uI（t）。

圖1 混頻電路的組成框圖

在電子對(duì)抗領(lǐng)域，非線性器件的功能通常都由模擬乘法器（輸出的無(wú)用頻率分量較少）實(shí)現(xiàn)。

在混頻器教學(xué)設(shè)計(jì)上，將教學(xué)環(huán)節(jié)分為課前、課中兩步。課前要求學(xué)員利用微課、網(wǎng)絡(luò)資源、書(shū)籍等進(jìn)行課前預(yù)習(xí)及仿真軟件Multisim11的學(xué)習(xí)。課中教員進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦碚摻虒W(xué)后，主要由學(xué)員進(jìn)行操作及講解，要求學(xué)員做到：

（1）利用Multisim11軟件搭建混頻電路。按照教員要求的us（t）、uL（t）、uI（t）、信號(hào)源和電阻及電容等特定的設(shè)置參數(shù)搭建一個(gè)混頻電路。

（2）掌握混頻電路的工作原理并講解。通過(guò)混頻電路讓輸入信號(hào)us（t）和本振信號(hào)uL（t）在時(shí)間域相乘，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)的頻譜搬移，再通過(guò)帶通濾波器取出所需要的頻率固定的低中頻或高中頻信號(hào)uI（t）。

（3）觀察混頻前和混頻后信號(hào)的波形，總結(jié)信號(hào)變化規(guī)律，理解混頻器在航空電子對(duì)抗設(shè)備中的作用。

利用Multisim11軟件搭建的典型的混頻器電路圖[1]如圖2所示，得到的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)的波形如圖3所示。由圖3可知，信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻器后，單位時(shí)間內(nèi)各個(gè)波形的稀疏程度（頻率）發(fā)生了變化，但波形結(jié)構(gòu)和包絡(luò)線形狀都沒(méi)有變化；當(dāng)改變信號(hào)源參數(shù)時(shí)，變化規(guī)律相同。

學(xué)員自己動(dòng)手搭建電路并講解，有利于學(xué)員掌握混頻器原理；通過(guò)動(dòng)態(tài)顯示結(jié)果總結(jié)信號(hào)變化規(guī)律，有利于學(xué)員理解混頻器作用。

圖2 混頻器電路圖

圖3 混頻器的輸入輸出波形

4.結(jié)語(yǔ)

在航空電子對(duì)抗原理課程中引入虛擬實(shí)驗(yàn)，和理論教學(xué)相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)理論講解和虛擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的同步進(jìn)行、完美結(jié)合，既增強(qiáng)教學(xué)直觀性與認(rèn)知性，又能最大限度地利用有限的授課學(xué)時(shí)，加深學(xué)員對(duì)航空電子對(duì)抗原理知識(shí)的充分理解和掌握，是一種行之有效的教學(xué)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁青，等.Multisim11電路仿真與實(shí)踐.北京：清華大學(xué)出版社，2012.12.