通信設備課程教學方法分析論文
摘要：本文基于大規模集成電路和軟件無線電技術的發展，以及航空通信裝備更新和任職教育教學方法的改革，在對部隊任職崗位需求和院校課程教學內容變化深入研究的基礎上，通過課堂教學實踐探索、提煉總結，提出了“層層剝離法”“信號跟蹤法”等新的教學方法，并結合“航空通信設備”課程給出應用實例。
關鍵詞：大規模集成電路；任職教育；課程；教學方法改革
教學改革是院校發展的永恒動力，部隊裝備發展和訓練模式更新是院校教學改革的源泉，軍隊崗位任職院校新裝備課程內容和教學方法改革是改革的重中之重。海軍航空工程學院青島校區“航空通信設備課程教學改革”課題組，近年來始終把部隊新裝備盡快形成戰斗力作為重要議題來研究、實踐，并取得了初步成效。本文針對航空通信裝備采用超大規模集成電路和軟件無線電技術實際，重點探討教學方法的改革。
一、部隊裝備發展現狀
部隊裝備更新換代，既是科學技術發展的必然，又是現代戰爭的急需，更是大勢所趨。院校是為部隊培養各類人才的主陣地，針對部隊裝備的發展變化，院校應主動跟蹤，及時采取措施，以確保人才培養質量。在部隊現役主戰機種中，航空通信裝備更新換代的速度居飛機及其機載設備發展前列，已經成為飛機戰斗力不可或缺的重要組成部分。縱觀信息技術及其產品的發展歷程，航空通信裝備更新換代在本質上也是微電子技術和軟件無線電技術應用所帶來的結果。微電子技術的發展使大規模集成電路集成度更高、通信裝備體積更小，它是軟件無線電技術發展的物質基礎。軟件無線電技術是在通用化、標準化、模塊化硬件平臺基礎上，采用可編程體系結構，盡可能減少硬件電路和模擬環節，將A/D、D/A變換向天線端靠近，通過軟件更新改變硬件配置結構，實現新的功能。也就是說，軟件無線電技術是用現代化軟件來操縱、控制傳統的“純硬件電路”無線通信，其重要價值在于，將傳統的硬件無線電通信設備作為無線電通信的基本平臺，而許多通信功能則是由軟件來實現，打破了有史以來設備的通信功能實現，僅僅依賴于硬件發展的格局。軟件無線電技術的出現，是現代通信領域繼固定通信到移動通信、模擬通信到數字通信之后的第三次革命。軟件無線電技術基本思想是建立一個具有通用、開放的“模數變換器—數字信號處理器—數模變換器”模型硬件平臺，在這個平臺上，通過軟件編程實現各種通信頻段的選擇（如高頻、甚高頻、特高頻）；實現傳送信息抽樣、量化、編碼/解碼、運算處理和變換；實現不同的信道調制方式的選擇（如調幅、調頻、單邊帶、跳頻、擴頻以及跳擴結合）；等等。由此可見，在航空通信裝備中運用軟件無線電技術后，通信裝備的大部分信號處理電路已被“軟件化”，并集成到信號處理芯片（大規模集成電路）中，使經典的、基于硬件電路的設備課程教學方法不再適用，必須進行改革。
二、教學內容更新變化
在軍事航空通信領域，“航空通信設備”課程是超大規模集成電路應用的典型代表，與地面其他同類型裝備相比，由于航空通信設備是機載裝備，對體積、重量和環境適應性等指標有更高的要求，其特色鮮明。伴隨著信息、電子、計算機等技術的發展，“航空通信設備”課程內容更替，也經歷了從電子管、晶體管、集成電路各個階段，一直發展到今天的超大規模集成電路時代，但從裝備維護、保養的角度看，部隊崗位需求變化并不大。航空通信裝備是部隊無線電師崗位主要工作內容之一，其維護、保障的基本要求是理解裝備技術性能產生的機理并會解讀、掌握裝備的工作原理和信號處理變換流程，能夠依據“法規”和“操作規程”對裝備實施通電檢查、性能測試、故障排除等維護、保養工作。與以往教學內容相比，如今“航空通信設備”課程內容已發生較大變化，尤其是信號變換、處理過程已明顯不同，獨立的接收機、發射機的概念已被逐步淡化，取而代之的是收發一體的“收通道”和“發通道”。如圖1所示的現役飛機某型短波單邊帶電臺收發信機原理簡化框，從中可以看出，電臺工作在“數據”和“話音”兩種狀態，且兩種狀態下信號變換、處理過程基本相同，現以數據“發”為例，介紹其工作過程。當“數據設備”通過接口向電臺發出傳輸數據命令后，調制解調器根據此數據流，由軟件采用一定的算法，產生音頻數據信號，這一過程叫調制（信號仍為數據信號）；然后，將音頻數據信號傳輸到主控制器單元，經調制、上變頻、D/A轉換后，形成中頻信號，送到射頻通道作進一步處理，這樣，電臺便將“數據設備”的.數據以射頻信號形式通過天線發送出去。接收則是發射的逆過程。由上述電臺信號處理過程可見，第一，信號的處理為“收通道”和“發通道”共用，采用超大規模集成電路和單片機技術，使體積更小、速度更快、可靠性更高、性能更優越；第二，信號的調制與解調采用軟件無線電技術，并進行數字化處理，使原本“形象”“可見”的信號處理過程變成“隱性”或“暗箱操作”。顯然，課程教學內容的變化，必將給課堂教學實施帶來了挑戰。
三、教學方法改革舉措
當然，課程內容變化是緩慢的，教學方法改革是逐步深入的。隨著部隊裝備發展，課程組對教學方法的研究、探索、嘗試也在不斷進行，部分方法改革經過幾期教學實踐已經逐漸成形。
（一）層層剝離法
航空通信裝備一般由收信機、發信機、天線和控制盒等組成（通常稱外場可更換單元LRU），收信機、發信機內再由8—10塊插板構成（稱內場可更換單元SRU），LRU或SRU相互間由電纜或總線連接，構成一部完整電臺，與此相對應，電臺詳細技術資料通常將其分為整機、分機（對應LRU）和單元（對應SRU）電路結構及原理框圖，當然，一部分裝備還有以電子元器件為單元的詳細線路圖。層層剝離法一般是指將電子裝備技術資料結合技術理論轉換成教學內容的常用方法，即由裝備整機電路結構和原理框圖開始組織教學內容，這是第一層；再將整機框圖中的每一個單元框依據其實現的功能進一步細化展開，這是第二層，以此類推，逐步深入，層層剝離，直至可以剝離到起重要作用的關鍵電子元器件上。僅定性地反映了各種頻率的變與不變以及變換過程，而且定量地表達出頻率值的高和低，便于學員對電臺工作原理的深入理解（注：x、y、z為具體的頻率數值）。如圖3所示的是第一本振器原理框圖，對比圖2中“第一本振器”方框，從圖3中可以進一步闡明f一本產生的機理、采用的頻率合成技術和頻率數值計算的依據。層層剝離法與傳統通信設備課程“總—分—總”教學法相比，區別是其關注的重點不同，“總—分—總”側重于裝備整機組成框圖到分機電路的轉換，建立設備的總體概念，以及分機電路在整機框圖中的位置（地位），適合以分立電子元器件為主的通信設備教學。層層剝離法其核心思想是由表及里，層層深入，以信號的處理變換為研究對象，逐步揭示通信設備內部工作機理，為學員邏輯思維奠定物質基礎，這種方法適合大規模集成電路為主的通信設備教學。
（二）信號跟蹤法
在飛機外場維護中，維護人員通常是通過對電臺的內外部檢查及通電檢查，來判斷電臺的工作是否正常，判斷的依據是電臺的信號處理變換流程，它是電臺工作的本質所在。信號跟蹤法是基于航空通信設備內部信號時序路徑，并借助信號對應的時域、頻域變換方式和原理框圖，以各級電路單元完成的信號處理、變換為線索，進行逐級分析、研究，建立起對通信設備工作機理的理性認識。進一步講，信號跟蹤法對通信設備構成的電路或電子元器件關注較少，對設備信號的產生、處理變換、傳輸和再現研究較多，它更適用于本科后任職、“直通車”類型（即三年本科基礎加一年崗位任職）教育，以及大規模集成電路構成的電子裝備類課程（如軟件無線電設備）教學。例如，圖1中數字業務和主控器單元的主要功用是實現電臺的信息加載（調制）和卸載（解調），完成單邊帶變換和逆變換，其電路結構是基于大規模集成電路的軟件無線電體制。電臺發射時，主控器對音頻信號fΩ經A/D轉換、調制、上變頻、D/A轉換等處理后形成含有調制信息的zkHz中頻信號，再送往信道單元，接收時，信號處理過程與發射時相反，這就是電臺信號處理變換的主要時序流程，如圖4所示。由此可見，在實施圖1數字業務和主控器單元教學時，首先，應該清楚該單元要實現的功能，并由功能推斷出要實現信號處理變換方式，以及信號時序流程；其次，依據功能框定出電路基本結構（框圖）；最后，畫出信號處理變換時序流程圖，數字業務單元的主要工作機理便一目了然了。綜上所述，隨著部隊裝備發展、戰法訓法改革，軍隊任職院校對任職教育規律、教學模式的探索正積極有效地進行著，新的教學模式方法不斷涌現，呈現出良好的發展態勢。課程組經過多年摸索，在以往教學方法的基礎上，推陳出新，提出的“層層剝離法”“信號跟蹤法”教學方法，已取得了滿意效果；“瓦片式排列法”“問題解析法”教學方法正在實踐、研究、修正之中，相信也一定能夠取得佳績。
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