衛星通信課程實驗教學的探索與實踐

張峰干+井亞鵲+金偉+戴精科

摘 要：針對實驗設備成本制約衛星通信實驗課程發展的問題，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，引導學生發現問題，激發學生學習興趣，并在實際教學中取得了較好效果。

關鍵詞：衛星通信 實驗教學 衛星廣播電視

中圖分類號：G42 文獻標識碼：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，伴隨著衛星數量的突破，我國的衛星產業發展卻相對滯后，尤其是地面應用系統的發展還不夠。除投入不足外，人才缺乏也是一個重要原因。衛星通信課程作為高校電子通信類專業的主干課程在激發學生對衛星通信領域的學習興趣、培養衛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。衛星通信的頻率很高，常規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星通信過程，也很難激發學生對衛星通信領域的學習熱情和興趣。另外，隨著衛星通信技術的迅速發展，《衛星通信》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、實踐環節組織困難，實驗教學已成為衛星通信教學改革與發展的瓶頸。

2 實驗教學內容設計

為提高衛星通信課程的教學質量，激發學生的學習熱情，對衛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的本科生教學中開設了《衛星通信》課程，在研究生教學中開設了《現代通信新技術》（其中包含了衛星通信的相關內容），針對不同的培養對象，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，只能讓學生進行衛星通信的演示和觀摩，無法讓學生切身體會衛星通信的過程。隨著技術的發展，作為一種最廉價的衛星通信方式之一——衛星廣播電視已進入千家萬戶，它主要由天線（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星電視接收系統在《衛星通信》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1 000元，其簡易的頻譜儀功能還可以開設衛星信標的接收實驗。

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、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后，當天線對準目標衛星時即可接收到該衛星上的信號（即接收的信號強度和信號質量高于衛星接收機門限）；若目標衛星上有公開的電視節目，還可以直接使用該終端收看衛星廣播電視。在該系統上開設的實驗課程可以讓學生熟練掌握衛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星的判斷標準，使學生對衛星通信的整個過程進行全面、整體認知，鍛煉和培養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，通過衛星實驗，使學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，并掌握對星的常見技巧。對于學有余力的學生，啟發他們更深入了解衛星通信發展的新技術、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。在本科現有衛星通信內容的基礎上，重點講授與衛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，研究生的衛星通信實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，通信業務由話音到視頻的漸進過程，讓學生體會衛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，激發學生投身衛星通信領域技術研究的興趣。

3 結語

衛星通信實驗課程的開設可以強化學生對衛星通信基本原理的理解和掌握，激發學生對衛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星通信課程教師共同探討。

參考文獻

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