淺議《雷達成像技術》課程教學改革

摘 要 雷達成像是當前雷達領域的重點發展方向，國家對該專業專門人才的需求很大。論文結合作者多年教學經驗，針對雷達成像技術教學過程中存在的問題，分析了其存在的根源，并提出了若干針對性的課程改革意見。

關鍵詞 雷達成像 課程教學 教學改革

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A

1概述

雷達，作為國家軍工電子的標志產品，在現代信息化戰爭中發揮著主導作用。在國家強大經濟實力的支持和廣大科研人員的努力下，近年來雷達的各個領域都取得了一些標志性的成果。成像雷達，使雷達首次實現了對目標的兩維高分辨觀察，極大地擴展了雷達的功能，是當前雷達發展的重點方向。經過幾十年的發展，我國雷達成像技術逐漸成熟。特別是“高分辨率對地觀察系統”國家重大科技專項啟動以來，國內各雷達主機所都加大了對雷達成像技術的研究。

國家雷達成像技術的蓬勃發展，對高校在雷達成像領域人才培養的數量和質量提出了更高的要求，為了適應這一要求，目前國內多所高校均開設了《雷達成像技術》這一個課程。作者所在單位是國內較早開設《雷達成像技術》課程的高校，作者從事該課程的教學工作也已經8年。下面，首先分析當前在《雷達成像技術》教學過程中存在的主要問題，然后提出幾點針對性的改進意見。

2教學過程中目前存在的主要問題

2.1成像原理復雜，基礎要求高

雷達成像，核心在于信號的相參處理。精確的相參處理要求雷達按勻速直線運動，實際上往往很難保證這種理想的假設，為此必須增加復雜的運動補償。而且，實際上這種精確的補償又要求雷達必須配備高精度的運動傳感器，按目前國內實際傳感器精度很難滿足這一要求，因此精確高效的成像處理往往還需要從雷達回波中估計運動參數進行精確的運動補償。因此，雷達成像處理被公認是雷達信號處理中最復雜的。這樣復雜的處理，一方面要求學生要有足夠的知識儲備，尤其是雷達和信號處理方面的基礎知識，另一方面，必須要有足夠的學時才能夠把雷達成像的核心原理講透。但實際教學過程中，這兩方面往往都很難滿足。

2.2缺乏感性認識，難接地氣

高校學生，沒有實際工程經驗，更沒有見過雷達，講《雷達原理》已經屬于對牛彈琴，更別說更為復雜的《雷達成像》。雖然現在通過多媒體等手段可以一定程度上增加學生對雷達的感性認識，但終究只是視覺上的感官。如果學生能夠實際接觸雷達、操作雷達，無論從認知角度還是對學生興趣的提升都是有極大的正面作用。但雷達在每個國家都屬于保密產品，而且由于雷達成本昂貴，高校又很難有實力擁有自己的雷達系統，因此現有的雷達成像教學基本上都是理論教學。

2.3學生積極性不高

雷達屬于國防高精尖技術，理論上對學生是有吸引力的。事實上學生對第一次課往往也充滿期待。但經過幾次課程后，一方面學生很難將書本知識跟實際聯系起來，另一方面，由于受知識結構限制，往往越往后越難聽懂，因此學生的學習積極性會急劇下降。還有就是現在還有相當一部分學生本身對學習興趣就不高，如果老師不能將課程講的生動有趣，確實很難調動他們的學習積極性。

2.4教材內容陳舊，不能反映技術前沿

目前主流雷達成像技術方面的教材，國外的主要是上世界90年代、國內主要是本世紀初出版的。而且主要內容大都局限于基本雷達成像算法，對運動補償和自聚焦等內容的介紹較少。隨著雷達成像技術的飛速發展，近年來出現了多基、多極化、多通道和視頻SAR等許多新的技術，教學中如果不能讓學生對學科前沿技術充分了解，會導致學生不能站在前人的高度上，難于獲得創新性的成果。

3課程改革的幾點建議

針對課程教學過程中存在的上述問題，下面提出幾點針對性的改進建議。

3.1尊重學生已有知識結構

雷達成像，顧名思義，就是利用雷達來進行成像。因此學習雷達成像既需要雷達的基本知識，也需要成像的基礎知識。目前開設雷達成像課程的基本都是電子信息類專業，學生對成像以及信號處理知識比較熟悉，對雷達卻比較陌生，而目前幾乎所有雷達成像的書幾乎都是從雷達角度來介紹的。這導致學生由于基礎知識缺乏而很難跟上教學的進度。如果能夠從信號處理成像這種已有知識結構的角度來介紹合成孔徑原理，學生相對更容易接受。作者近年來從傅里葉重構角度給學生解釋合成孔徑雷達提高分辨率的本質，通過從學生已知的基本原理出發，無需引入新的知識點，就能夠將合成孔徑雷達成像的本質講清楚，學生普遍反映容易接受，經過幾年的實踐取得了很好的教學效果。

3.2多角度解釋雷達成像本質

介紹雷達成像的本質，目前絕大部分教材都是從雷達天線孔徑合成的方式來介紹，而對雷達成像算法的講解，也主要專注于公式的推導。這樣雖然可以使學生很快掌握算法的步驟并編程實現，但學生缺乏對算法本質的理解，學生對于為什么要這樣處理還是一知半解。筆者在十多年的合成孔徑雷達研究和教學過程中，發現至少可以從如下幾個方面來理解合成孔徑雷達。首先，我們可以基于初中數學解方程組的原理來解釋高分辨率雷達成像，雷達每個脈沖一個距離延遲上的測量實際上對應一條弧線上（到雷達距離相等）的所有目標的累加，也就是我們每次可以測量多個代求量的和（一個包含多個未知數的方程），為了提取每個代求量，我們需要更多獨立的方程，為此，雷達需要從不同角度對目標測量，只有這樣，重新獲得的測量才是獨立的。有了多個獨立測量（下轉第96頁）（上接第94頁），就有可能解出每一個未知數。其次，我們也可以從傅里葉重構的角度來理解，要重構一個圖像，可以先得到它的兩維頻譜，利用中心切片投影定理，我們可以得到雷達每個脈沖回波信號經過預處理后可以表示為目標兩維頻譜在對應視角的一個切片，為了獲得一定的頻譜支撐區，需要改變雷達觀察目標的視角，也就是為什么雷達需要運動的原因。這樣多角度解釋合成孔徑成像原理，能夠讓學生更充分地了解到成像分辨率提高的本質。

3.3微型無人機SAR演示

近年來，隨著微波技術的進步，雷達小型化、低成本化成為現實，國內多個高校都已開發了微型SAR系統，同時，由于消費級無人機迅猛發展，給微型SAR提供了方便的搭載平臺，使得高校自主組織試飛驗證工作成為可能。筆者所在課題組目前就已經開發了一套微型SAR系統，通過搭載在多旋翼無人機上進行了多次掛飛實驗，在國內首次獲得了多旋翼無人機SAR分米級高分辨率對地成像能力。在雷達成像教學過程中，我們完全可以利用該系統，供學生參觀了解，甚至讓學生現場參與雷達掛飛實驗。相信這會極大地提高學生學習的積極性。

4結束語

本文結合筆者多年《雷達成像技術》教學經驗，對當前雷達成像技術教學過程中存在的幾個問題進行了分析，提出了幾點改進建議。后期，我們擬搭建一個專門用于教學的微型SAR演示驗證平臺。希望通過這種教學模式的改進，讓學生不僅學到知識，更重要的是獲得學習能力的提升。

參考文獻

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