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通信設備課程教學(xué)方法分析論文
摘要：本文基于大規模集成電路和軟件無(wú)線(xiàn)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)內容變化深入研究的基礎上，通過(guò)課堂教學(xué)實(shí)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(xué)方法，并結合“航空通信設備”課程給出應用實(shí)例。
關(guān)鍵詞：大規模集成電路；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(dòng)力，部隊裝備發(fā)展和訓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“航空通信設備課程教學(xué)改革”課題組，近年來(lái)始終把部隊新裝備盡快形成戰斗力作為重要議題來(lái)研究、實(shí)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(wú)線(xiàn)電技術(shù)實(shí)際，重點(diǎn)探討教學(xué)方法的改革。
一、部隊裝備發(fā)展現狀
部隊裝備更新?lián)Q代，既是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然，又是現代戰爭的急需，更是大勢所趨。院校是為部隊培養各類(lèi)人才的主陣地，針對部隊裝備的發(fā)展變化，院校應主動(dòng)跟蹤，及時(shí)采取措施，以確保人才培養質(zhì)量。在部隊現役主戰機種中，航空通信裝備更新?lián)Q代的速度居飛機及其機載設備發(fā)展前列，已經(jīng)成為飛機戰斗力不可或缺的重要組成部分�？v觀(guān)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(wú)線(xiàn)電技術(shù)應用所帶來(lái)的結果。微電子技術(shù)的發(fā)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(wú)線(xiàn)電技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)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(huán)節，將A/D、D/A變換向天線(xiàn)端靠近，通過(guò)軟件更新改變硬件配置結構，實(shí)現新的功能。也就是說(shuō)，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)是用現代化軟件來(lái)操縱、控制傳統的“純硬件電路”無(wú)線(xiàn)通信，其重要價(jià)值在于，將傳統的硬件無(wú)線(xiàn)電通信設備作為無(wú)線(xiàn)電通信的基本平臺，而許多通信功能則是由軟件來(lái)實(shí)現，打破了有史以來(lái)設備的通信功能實(shí)現，僅僅依賴(lài)于硬件發(fā)展的格局。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的出現，是現代通信領(lǐng)域繼固定通信到移動(dòng)通信、模擬通信到數字通信之后的第三次革命。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)基本思想是建立一個(gè)具有通用、開(kāi)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(gè)平臺上，通過(guò)軟件編程實(shí)現各種通信頻段的選擇（如高頻、甚高頻、特高頻）；實(shí)現傳送信息抽樣、量化、編碼/解碼、運算處理和變換；實(shí)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(jiàn)，在航空通信裝備中運用軟件無(wú)線(xiàn)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（大規模集成電路）中，使經(jīng)典的、基于硬件電路的設備課程教學(xué)方法不再適用，必須進(jìn)行改革。
二、教學(xué)內容更新變化
在軍事航空通信領(lǐng)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(lèi)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(huán)境適應性等指標有更高的要求，其特色鮮明。伴隨著(zhù)信息、電子、計算機等技術(shù)的發(fā)展，“航空通信設備”課程內容更替，也經(jīng)歷了從電子管、晶體管、集成電路各個(gè)階段，一直發(fā)展到今天的超大規模集成電路時(shí)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(wú)線(xiàn)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(shù)性能產(chǎn)生的機理并會(huì )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(shí)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(xué)內容相比，如今“航空通信設備”課程內容已發(fā)生較大變化，尤其是信號變換、處理過(guò)程已明顯不同，獨立的接收機、發(fā)射機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所示的現役飛機某型短波單邊帶電臺收發(fā)信機原理簡(jiǎn)化框，從中可以看出，電臺工作在“數據”和“話(huà)音”兩種狀態(tài)，且兩種狀態(tài)下信號變換、處理過(guò)程基本相同，現以數據“發(fā)”為例，介紹其工作過(guò)程。當“數據設備”通過(guò)接口向電臺發(fā)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(chǎn)生音頻數據信號，這一過(guò)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(jīng)調制、上變頻、D/A轉換后，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“數據設備”的數據以射頻信號形式通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送出去。接收則是發(fā)射的逆過(guò)程。由上述電臺信號處理過(guò)程可見(jiàn)，第一，信號的處理為“收通道”和“發(fā)通道”共用，采用超大規模集成電路和單片機技術(shù)，使體積更小、速度更快、可靠性更高、性能更優(yōu)越；第二，信號的調制與解調采用軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，并進(jìn)行數字化處理，使原本“形象”“可見(jiàn)”的信號處理過(guò)程變成“隱性”或“暗箱操作”。顯然，課程教學(xué)內容的變化，必將給課堂教學(xué)實(shí)施帶來(lái)了挑戰。
三、教學(xué)方法改革舉措
當然，課程內容變化是緩慢的，教學(xué)方法改革是逐步深入的。隨著(zhù)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(guò)幾期教學(xué)實(shí)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、發(fā)信機、天線(xiàn)和控制盒等組成（通常稱(chēng)外場(chǎng)可更換單元LRU），收信機、發(fā)信機內再由8—10塊插板構成（稱(chēng)內場(chǎng)可更換單元SRU），LRU或SRU相互間由電纜或總線(xiàn)連接，構成一部完整電臺，與此相對應，電臺詳細技術(shù)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(xiàn)路圖。層層剝離法一般是指將電子裝備技術(shù)資料結合技術(shù)理論轉換成教學(xué)內容的常用方法，即由裝備整機電路結構和原理框圖開(kāi)始組織教學(xué)內容，這是第一層；再將整機框圖中的每一個(gè)單元框依據其實(shí)現的功能進(jìn)一步細化展開(kāi)，這是第二層，以此類(lèi)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(guò)程，而且定量地表達出頻率值的高和低，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)生的機理、采用的頻率合成技術(shù)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(xué)法相比，區別是其關(guān)注的重點(diǎn)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(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，逐步揭示通信設備內部工作機理，為學(xué)員邏輯思維奠定物質(zhì)基礎，這種方法適合大規模集成電路為主的通信設備教學(xué)。
（二）信號跟蹤法
在飛機外場(chǎng)維護中，維護人員通常是通過(guò)對電臺的內外部檢查及通電檢查，來(lái)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(zhì)所在。信號跟蹤法是基于航空通信設備內部信號時(shí)序路徑，并借助信號對應的時(shí)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(xiàn)索，進(jìn)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(jìn)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(guān)注較少，對設備信號的產(chǎn)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(chē)”類(lèi)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(lèi)課程（如軟件無(wú)線(xiàn)電設備）教學(xué)。例如，圖1中數字業(yè)務(wù)和主控器單元的主要功用是實(shí)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(wú)線(xiàn)電體制。電臺發(fā)射時(shí)，主控器對音頻信號fΩ經(jīng)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(shí)，信號處理過(guò)程與發(fā)射時(shí)相反，這就是電臺信號處理變換的主要時(shí)序流程，如圖4所示。由此可見(jiàn)，在實(shí)施圖1數字業(yè)務(wù)和主控器單元教學(xué)時(shí)，首先，應該清楚該單元要實(shí)現的功能，并由功能推斷出要實(shí)現信號處理變換方式，以及信號時(shí)序流程；其次，依據功能框定出電路基本結構（框圖）；最后，畫(huà)出信號處理變換時(shí)序流程圖，數字業(yè)務(wù)單元的主要工作機理便一目了然了。綜上所述，隨著(zhù)部隊裝備發(fā)展、戰法訓法改革，軍隊任職院校對任職教育規律、教學(xué)模式的探索正積極有效地進(jìn)行著(zhù)，新的教學(xué)模式方法不斷涌現，呈現出良好的發(fā)展態(tài)勢。課程組經(jīng)過(guò)多年摸索，在以往教學(xué)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(xué)方法，已取得了滿(mǎn)意效果；“瓦片式排列法”“問(wèn)題解析法”教學(xué)方法正在實(shí)踐、研究、修正之中，相信也一定能夠取得佳績(jì)。
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