通信設(shè)備課程教學(xué)方法分析論文
摘要：本文基于大規(guī)模集成電路和軟件無線電技術(shù)的發(fā)展，以及航空通信裝備更新和任職教育教學(xué)方法的改革，在對部隊任職崗位需求和院校課程教學(xué)內(nèi)容變化深入研究的基礎(chǔ)上，通過課堂教學(xué)實踐探索、提煉總結(jié)，提出了“層層剝離法”“信號跟蹤法”等新的教學(xué)方法，并結(jié)合“航空通信設(shè)備”課程給出應(yīng)用實例。
關(guān)鍵詞：大規(guī)模集成電路；任職教育；課程；教學(xué)方法改革
教學(xué)改革是院校發(fā)展的永恒動力，部隊裝備發(fā)展和訓(xùn)練模式更新是院校教學(xué)改革的源泉，軍隊崗位任職院校新裝備課程內(nèi)容和教學(xué)方法改革是改革的重中之重。海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)“航空通信設(shè)備課程教學(xué)改革”課題組，近年來始終把部隊新裝備盡快形成戰(zhàn)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(guī)模集成電路和軟件無線電技術(shù)實際，重點探討教學(xué)方法的改革。
一、部隊裝備發(fā)展現(xiàn)狀
部隊裝備更新?lián)Q代，既是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然，又是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的急需，更是大勢所趨。院校是為部隊培養(yǎng)各類人才的主陣地，針對部隊裝備的發(fā)展變化，院校應(yīng)主動跟蹤，及時采取措施，以確保人才培養(yǎng)質(zhì)量。在部隊現(xiàn)役主戰(zhàn)機(jī)種中，航空通信裝備更新?lián)Q代的速度居飛機(jī)及其機(jī)載設(shè)備發(fā)展前列，已經(jīng)成為飛機(jī)戰(zhàn)斗力不可或缺的重要組成部分。縱觀信息技術(shù)及其產(chǎn)品的發(fā)展歷程，航空通信裝備更新?lián)Q代在本質(zhì)上也是微電子技術(shù)和軟件無線電技術(shù)應(yīng)用所帶來的結(jié)果。微電子技術(shù)的發(fā)展使大規(guī)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(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。軟件無線電技術(shù)是在通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化硬件平臺基礎(chǔ)上，采用可編程體系結(jié)構(gòu)，盡可能減少硬件電路和模擬環(huán)節(jié)，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(jié)構(gòu)，實現(xiàn)新的功能。也就是說，軟件無線電技術(shù)是用現(xiàn)代化軟件來操縱、控制傳統(tǒng)的“純硬件電路”無線通信，其重要價值在于，將傳統(tǒng)的硬件無線電通信設(shè)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(xiàn)，打破了有史以來設(shè)備的通信功能實現(xiàn)，僅僅依賴于硬件發(fā)展的格局。軟件無線電技術(shù)的出現(xiàn)，是現(xiàn)代通信領(lǐng)域繼固定通信到移動通信、模擬通信到數(shù)字通信之后的第三次革命。軟件無線電技術(shù)基本思想是建立一個具有通用、開放的“模數(shù)變換器—數(shù)字信號處理器—數(shù)模變換器”模型硬件平臺，在這個平臺上，通過軟件編程實現(xiàn)各種通信頻段的選擇（如高頻、甚高頻、特高頻）；實現(xiàn)傳送信息抽樣、量化、編碼/解碼、運算處理和變換；實現(xiàn)不同的信道調(diào)制方式的選擇（如調(diào)幅、調(diào)頻、單邊帶、跳頻、擴(kuò)頻以及跳擴(kuò)結(jié)合）；等等。由此可見，在航空通信裝備中運用軟件無線電技術(shù)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(guī)模集成電路）中，使經(jīng)典的、基于硬件電路的設(shè)備課程教學(xué)方法不再適用，必須進(jìn)行改革。
二、教學(xué)內(nèi)容更新變化
在軍事航空通信領(lǐng)域，“航空通信設(shè)備”課程是超大規(guī)模集成電路應(yīng)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(shè)備是機(jī)載裝備，對體積、重量和環(huán)境適應(yīng)性等指標(biāo)有更高的要求，其特色鮮明。伴隨著信息、電子、計算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，“航空通信設(shè)備”課程內(nèi)容更替，也經(jīng)歷了從電子管、晶體管、集成電路各個階段，一直發(fā)展到今天的超大規(guī)模集成電路時代，但從裝備維護(hù)、保養(yǎng)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(nèi)容之一，其維護(hù)、保障的基本要求是理解裝備技術(shù)性能產(chǎn)生的機(jī)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(jù)“法規(guī)”和“操作規(guī)程”對裝備實施通電檢查、性能測試、故障排除等維護(hù)、保養(yǎng)工作。與以往教學(xué)內(nèi)容相比，如今“航空通信設(shè)備”課程內(nèi)容已發(fā)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(jī)、發(fā)射機(jī)的概念已被逐步淡化，取而代之的是收發(fā)一體的“收通道”和“發(fā)通道”。如圖1所示的現(xiàn)役飛機(jī)某型短波單邊帶電臺收發(fā)信機(jī)原理簡化框，從中可以看出，電臺工作在“數(shù)據(jù)”和“話音”兩種狀態(tài)，且兩種狀態(tài)下信號變換、處理過程基本相同，現(xiàn)以數(shù)據(jù)“發(fā)”為例，介紹其工作過程。當(dāng)“數(shù)據(jù)設(shè)備”通過接口向電臺發(fā)出傳輸數(shù)據(jù)命令后，調(diào)制解調(diào)器根據(jù)此數(shù)據(jù)流，由軟件采用一定的算法，產(chǎn)生音頻數(shù)據(jù)信號，這一過程叫調(diào)制（信號仍為數(shù)據(jù)信號）；然后，將音頻數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)街骺刂破鲉卧?jīng)調(diào)制、上變頻、D/A轉(zhuǎn)換后，形成中頻信號，送到射頻通道作進(jìn)一步處理，這樣，電臺便將“數(shù)據(jù)設(shè)備”的.數(shù)據(jù)以射頻信號形式通過天線發(fā)送出去。接收則是發(fā)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(fā)通道”共用，采用超大規(guī)模集成電路和單片機(jī)技術(shù)，使體積更小、速度更快、可靠性更高、性能更優(yōu)越；第二，信號的調(diào)制與解調(diào)采用軟件無線電技術(shù)，并進(jìn)行數(shù)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(xué)內(nèi)容的變化，必將給課堂教學(xué)實施帶來了挑戰(zhàn)。
三、教學(xué)方法改革舉措
當(dāng)然，課程內(nèi)容變化是緩慢的，教學(xué)方法改革是逐步深入的。隨著部隊裝備發(fā)展，課程組對教學(xué)方法的研究、探索、嘗試也在不斷進(jìn)行，部分方法改革經(jīng)過幾期教學(xué)實踐已經(jīng)逐漸成形。
（一）層層剝離法
航空通信裝備一般由收信機(jī)、發(fā)信機(jī)、天線和控制盒等組成（通常稱外場可更換單元LRU），收信機(jī)、發(fā)信機(jī)內(nèi)再由8—10塊插板構(gòu)成（稱內(nèi)場可更換單元SRU），LRU或SRU相互間由電纜或總線連接，構(gòu)成一部完整電臺，與此相對應(yīng)，電臺詳細(xì)技術(shù)資料通常將其分為整機(jī)、分機(jī)（對應(yīng)LRU）和單元（對應(yīng)SRU）電路結(jié)構(gòu)及原理框圖，當(dāng)然，一部分裝備還有以電子元器件為單元的詳細(xì)線路圖。層層剝離法一般是指將電子裝備技術(shù)資料結(jié)合技術(shù)理論轉(zhuǎn)換成教學(xué)內(nèi)容的常用方法，即由裝備整機(jī)電路結(jié)構(gòu)和原理框圖開始組織教學(xué)內(nèi)容，這是第一層；再將整機(jī)框圖中的每一個單元框依據(jù)其實現(xiàn)的功能進(jìn)一步細(xì)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(guān)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(dá)出頻率值的高和低，便于學(xué)員對電臺工作原理的深入理解（注：x、y、z為具體的頻率數(shù)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(jìn)一步闡明f一本產(chǎn)生的機(jī)理、采用的頻率合成技術(shù)和頻率數(shù)值計算的依據(jù)。層層剝離法與傳統(tǒng)通信設(shè)備課程“總—分—總”教學(xué)法相比，區(qū)別是其關(guān)注的重點不同，“總—分—總”側(cè)重于裝備整機(jī)組成框圖到分機(jī)電路的轉(zhuǎn)換，建立設(shè)備的總體概念，以及分機(jī)電路在整機(jī)框圖中的位置（地位），適合以分立電子元器件為主的通信設(shè)備教學(xué)。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(shè)備內(nèi)部工作機(jī)理，為學(xué)員邏輯思維奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，這種方法適合大規(guī)模集成電路為主的通信設(shè)備教學(xué)。
（二）信號跟蹤法
在飛機(jī)外場維護(hù)中，維護(hù)人員通常是通過對電臺的內(nèi)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(jù)是電臺的信號處理變換流程，它是電臺工作的本質(zhì)所在。信號跟蹤法是基于航空通信設(shè)備內(nèi)部信號時序路徑，并借助信號對應(yīng)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(jìn)行逐級分析、研究，建立起對通信設(shè)備工作機(jī)理的理性認(rèn)識。進(jìn)一步講，信號跟蹤法對通信設(shè)備構(gòu)成的電路或電子元器件關(guān)注較少，對設(shè)備信號的產(chǎn)生、處理變換、傳輸和再現(xiàn)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(chǔ)加一年崗位任職）教育，以及大規(guī)模集成電路構(gòu)成的電子裝備類課程（如軟件無線電設(shè)備）教學(xué)。例如，圖1中數(shù)字業(yè)務(wù)和主控器單元的主要功用是實現(xiàn)電臺的信息加載（調(diào)制）和卸載（解調(diào)），完成單邊帶變換和逆變換，其電路結(jié)構(gòu)是基于大規(guī)模集成電路的軟件無線電體制。電臺發(fā)射時，主控器對音頻信號fΩ經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、調(diào)制、上變頻、D/A轉(zhuǎn)換等處理后形成含有調(diào)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(fā)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(shù)字業(yè)務(wù)和主控器單元教學(xué)時，首先，應(yīng)該清楚該單元要實現(xiàn)的功能，并由功能推斷出要實現(xiàn)信號處理變換方式，以及信號時序流程；其次，依據(jù)功能框定出電路基本結(jié)構(gòu)（框圖）；最后，畫出信號處理變換時序流程圖，數(shù)字業(yè)務(wù)單元的主要工作機(jī)理便一目了然了。綜上所述，隨著部隊裝備發(fā)展、戰(zhàn)法訓(xùn)法改革，軍隊任職院校對任職教育規(guī)律、教學(xué)模式的探索正積極有效地進(jìn)行著，新的教學(xué)模式方法不斷涌現(xiàn)，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。課程組經(jīng)過多年摸索，在以往教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，推陳出新，提出的“層層剝離法”“信號跟蹤法”教學(xué)方法，已取得了滿意效果；“瓦片式排列法”“問題解析法”教學(xué)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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