呂 波 張宏偉 馬俊濤 梁四洋

中國人民解放軍軍械工程學院電子與光學工程系 河北石家莊 050003

雷達原理與系統(tǒng)是學習雷達基本理論、工作體制、系統(tǒng)組成的一門專業(yè)課，是雷達工程、電子工程等專業(yè)領域的技術基礎，對學員掌握雷達基本理論，建立完整的雷達系統(tǒng)概念，提高雷達工程實踐能力具有重要作用。目前，本課程是生長干部學歷教育雷達工程專業(yè)和電子工程(防空兵雷達指揮)專業(yè)人才培養(yǎng)方案中一門專業(yè)必修課程；也是生長干部任職培訓雷達維修工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中一門任職崗位的必修課程。因此，較好地掌握本課程教學內(nèi)容對于各層次學員具有舉足輕重的作用。

目前，該課程的教學內(nèi)容包含發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、天饋分系統(tǒng)、終端顯示分系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)等多個雷達組件，涉及電路基礎、模擬電路、數(shù)字邏輯電路、信號與線性系統(tǒng)分析、微波電子電路、微波工程基礎和雷達信號處理等多門課程的相關知識。課程的突出特點是跨度大、涉及面廣，學員普遍反映內(nèi)容抽象，較難理解，學習難度大。國內(nèi)大部分電子信息類大學及其他綜合性大學、軍事院校不是沒有實際的雷達裝備，就是裝備數(shù)量和種類有限且較為陳舊，開展該課程教學時只能采用灌輸?shù)姆椒?，先讓學員掌握基本理論，在學員接觸到實際雷達裝備后再自行理解，因此很難保證教學效果。

目前我院擁有各型雷達裝備幾十種，其中涵蓋警戒雷達、火控雷達、偵察校射雷達、氣象雷達等，數(shù)量龐大，技術較新，體現(xiàn)了當前我國雷達技術發(fā)展的現(xiàn)狀和未來發(fā)展的趨勢。如果充分利用這一有利條件，將新型雷達裝備、雷達原理與系統(tǒng)教學各個環(huán)節(jié)相結合，必將有力地提高課程的教學質(zhì)量。教學實施中將無形而枯燥的雷達基礎理論學習與有形的新型雷達裝備相結合，幫助學員理解教學內(nèi)容，掌握雷達裝備發(fā)展現(xiàn)狀。根據(jù)國內(nèi)外新型雷達裝備發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢，與時俱進更新教學內(nèi)容，將原課程教材中一些陳舊的內(nèi)容替換為新型雷達的技術和理論，使學員所學的知識與整個雷達裝備的發(fā)展現(xiàn)狀相適應，可實現(xiàn)無縫銜接，避免出現(xiàn)理論知識與實際裝備斷代、隔代的問題。

1 雷達原理與系統(tǒng)課程教學現(xiàn)狀

目前，我院雷達原理與系統(tǒng)、現(xiàn)代雷達原理兩門課程選用的教材是西安電子科技大學出版社出版的2002年版(第三版)《雷達原理》一書。該教材是國家重點教材，被多所高等院校選為授課教材，其內(nèi)容經(jīng)典，講述較為詳細，目前已經(jīng)多次改版重印。但正如其第三版的前言所述，在編修時雖然內(nèi)容做了較大更新，但也只能盡量反映20世紀80年代以來雷達技術的發(fā)展狀況。

進入21世紀后，特別是“十一五”期間，隨著微波技術、微電子技術、計算機技術和數(shù)字信號處理技術的飛速發(fā)展，我國雷達技術和裝備出現(xiàn)了一次大繁榮、大發(fā)展的時期，我軍研制和列裝了一大批新型、高性能的雷達裝備，大大縮短了與國外在雷達技術方面的差距。在此期間全固態(tài)發(fā)射機，MMIC，DSP，F(xiàn)PGA，CPLD，DRFM，相控陣雷達，數(shù)字波束形成技術，合成孔徑技術，逆合成孔徑技術，電子對抗技術，雷達性能檢測技術等飛速發(fā)展，日新月異。反觀《雷達原理》一書，雖然多次更新改版，但是其前8章內(nèi)容幾乎沒變，只是對其中的印刷錯誤加以修改，并增加了第9章的高分辨雷達。這些改動不能讓學員掌握目前雷達技術發(fā)展的真實現(xiàn)狀，特別是某些章節(jié)的觀點略顯陳舊、個別地方表述不清。

國內(nèi)多所高等院校在教授本課程時，由于學校沒有雷達裝備，不能掌握我軍新型雷達裝備的發(fā)展現(xiàn)狀，更沒有能力獲取準確的雷達技術資料，因此只能按照教材上的內(nèi)容教學。學生畢業(yè)后接觸到實際裝備，發(fā)現(xiàn)很多雷達裝備的技術性能與課本上學到的有出入，會感覺技術上有明顯的跳躍性。

由于我院具備雷達裝備方面的優(yōu)勢，并且掌握了大量的雷達裝備技術資料，且有大批雷達方面的專家教授，因此完全具備對課程教學內(nèi)容進行改革的基礎、條件和能力。我們可以對《雷達原理》一書的內(nèi)容適當增刪，結合新型雷達裝備發(fā)展現(xiàn)狀，創(chuàng)新性地開展雷達原理與系統(tǒng)課程的教學工作。

2 教學內(nèi)容革新

2.1 結合裝備現(xiàn)狀，革新教學內(nèi)容

(1)增加雷達發(fā)展概況研究，更新和補充《雷達原理》一書中的緒論部分。教材中本章的參考文獻最新的是1999年，無法充分反映進入21世紀以來雷達裝備的發(fā)展現(xiàn)狀。此外，補充雷達發(fā)展史介紹，讓學員明白雷達是如何發(fā)展而來的，為什么有這么多種類的雷達。講述發(fā)展史時，要注意結合各個時代的政治背景。例如，由于防空襲轟炸的需要，20世紀30年代英國制造了首部雷達；由于冷戰(zhàn)時期美蘇爭霸的刺激，20世紀60年代美軍研制了首部高頻超視距雷達，用于提前預警前蘇聯(lián)洲際導彈的攻擊；由于越戰(zhàn)的需要，20世紀70年代美軍研制了首部探地雷達，用于探測地下的游擊隊地道。

(2)增設《雷達天線》一章。我院目前開設有微波工程基礎，在該課程中學員會學習到如拋物面天線、陣子天線、八木天線等一些基本的天線形式。但是，由于該課程主要目的在于學習天線的基本原理，適用于通信、無人機、雷達、制導等各個方向，因此與實際的雷達裝備結合較弱，過于偏重理論。同時，它介紹的一些天線形式也較為簡單，在雷達裝備上很少見到。針對這一問題，我們增設《雷達天線》一章，重點介紹目前國內(nèi)外雷達裝備的天線技術，如相控陣天線、波導裂縫天線、平面貼片天線及其陣列技術、多波束天線等，結合雷達的技戰(zhàn)術指標實現(xiàn)進行分析探討，讓學員明白不同種類天線的特點和用途。

(3)將全固態(tài)發(fā)射機的最新技術融入課程內(nèi)容，結合我軍多種使用固態(tài)發(fā)射機的雷達裝備和大型相控陣雷達裝備進行講述。

(4)補充講述全相參雷達脈沖調(diào)制的實現(xiàn)原理。

(5)研究雷達接收部分相關高頻微波器件的發(fā)展現(xiàn)狀，更新有關新型雷達裝備接收機中所用的微波高頻器件的知識點，如鐵氧體器件、限幅器、對數(shù)放大器、超低噪聲微波晶體管、場效應器件，雙平衡混頻器及單片MMIC器件等。

(6)將本振部分從《雷達接收機》一章中剝離，增加DDS，PLL，直接頻率合成和PLDRO等內(nèi)容，將其擴展為《雷達頻率綜合技術》，單獨成章。

(7)由于新型雷達裝備普遍采用光柵掃描顯示器，因此研究如何擴充光柵掃描雷達顯示終端的授課內(nèi)容，使學員了解該種顯示終端的工作原理。

(8)擴展雷達目標檢測理論和雷達目標極化特性方面的分析，配合實際雷達裝備進行教學。

(9)結合多種新型警戒雷達，擴展三坐標警戒雷達實現(xiàn)技術的知識點。

2.2 豐富教學手段，增設實驗教學內(nèi)容

(1)設計雷達原理課外上機操作實踐環(huán)節(jié)，輔助學員了解雷達的整個工作流程，形成一個完整的雷達系統(tǒng)概念。檢驗學員對所學知識的理解、掌握程度，最好的辦法就是通過實踐來進行。通過操作環(huán)節(jié)的教學訓練，不僅可以檢驗學員對所學知識的理解、掌握程度，還可以培養(yǎng)和鍛煉學生的動手能力、操作技能、分析問題和解決問題的能力等[1]。

(2)開設教學實驗。我院培養(yǎng)的學員，畢業(yè)后很多成為部隊的裝備保障技術骨干。如果他們在學校僅僅學到一些空洞的理論，將無法應付工作崗位中遇到的各類實際問題，滿足不了崗位任職能力要求。通過開設雷達實驗，尤其是與部隊實際需求緊密結合的實驗活動，可以培養(yǎng)學員自己動手解決各類工程實際中技術難題的勇氣和信心，培養(yǎng)學員堅忍不拔的意志和毅力，并在這個過程中增強學員的工程意識。

3 方法措施

3.1 新型雷達裝備資料搜集和整理

整理已有的新型雷達裝備資料，與承研、承制單位溝通協(xié)商，掌握更多的裝備發(fā)展技術現(xiàn)狀和未來裝備發(fā)展的趨勢，最后建立一份較為完整的新型雷達裝備資料庫。資料庫應該涵蓋裝備的主要技戰(zhàn)術特點、與該課程內(nèi)容相關的原理資料、實裝圖片、電路圖紙等。

3.2 課程教學內(nèi)容校對

教學內(nèi)容校對，主要針對以下幾個問題：

(1)課程哪些內(nèi)容較為陳舊，滯后于目前雷達技術發(fā)展的現(xiàn)狀。

(2)課程哪些內(nèi)容囿于編寫時條件限制，講述不清，學員普遍難以理解。

(3)課程需要增添的雷達知識，這些知識在新型雷達裝備中已普遍采用。

3.3 課程教學內(nèi)容補充更新

根據(jù)已經(jīng)掌握的新型雷達裝備資料以及前期教學內(nèi)容校對結果，增刪相關章節(jié)的內(nèi)容，補充文字材料、圖片資料和電路圖紙，對于較難理解的部分，設計課外實踐上機環(huán)節(jié)，輔助學員消化理解雷達的基本理論，并最終形成新的教學實施方案。

3.4 實驗教學內(nèi)容優(yōu)選

通過實驗環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生綜合應用知識的能力，完成從雷達原理到電路設計、電路分析、參數(shù)測試、結果分析的全過程，訓練綜合實驗能力和動手能力，達到綜合應用書本知識、深化課堂內(nèi)容的教學目標，對于提高學員認知能力和專業(yè)知識的綜合應用能力有著重要的作用。

鑒于實驗環(huán)節(jié)在學員能力、素質(zhì)培養(yǎng)方面的重要作用，我院正在積極籌劃本課程的教學改革，下一步準備增加10～20個學時用于實驗環(huán)節(jié)。根據(jù)課程教學內(nèi)容需要，擬開設如下5個實驗項目。

(1)增益控制實驗：本實驗的目的是讓學員深入理解增益控制在增加雷達動態(tài)范圍方面的作用。對應的教學內(nèi)容涉及AGC，IAGC和STC三種增益控制方法[2]。實驗系統(tǒng)圍繞一個小型的雷達收發(fā)前端構建，再輔以不同RCS的角反射器擺放在距離雷達不同距離處，讓學員直觀感受：不用增益控制時，近距離強目標對遠距離弱信號的遮蔽問題；使用增益控制后的改善效果。

(2)抗干擾跳頻實驗：本實驗的目的是讓學員體會雷達跳頻的抗干擾方法。跳頻的方式有手動跳頻、隨機跳頻和自適應跳頻三種。實驗系統(tǒng)圍繞一個具備跳頻功能的雷達收發(fā)模塊構建，輔助一個中心頻率可調(diào)的干擾源。當干擾源工作時，學員可以選擇不同的抗干擾方式，通過對三種跳頻方式抗干擾效果的觀察，明白各自的優(yōu)劣，深入理解雷達跳頻抗干擾的原理。

(3)雷達測距實驗：本實驗的目的是讓學員明白雷達測距的實現(xiàn)方法，特別是調(diào)頻法測距。實驗系統(tǒng)由一套小型的線性調(diào)頻連續(xù)波雷達組成，輔以簡單的信號處理系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等。實驗時，學員對著某一目標照射，F(xiàn)MCW雷達輸出一個頻率差信號，信號處理經(jīng)過FFT處理得到頻率值，由距離—頻率轉(zhuǎn)換公式便可測出目標的距離，并在顯示系統(tǒng)上顯示距離值。學員可以自行利用卷尺測量實際值，驗證測量的準確度，并分析誤差產(chǎn)生的原因，提出改進的措施。

(4)多普勒效應及雷達測速實驗：本實驗的目的是讓學員理解多普勒測速的原理，明白多普勒頻率fd與速度V和波長λ之間的關系。實驗系統(tǒng)由雷達收發(fā)前端、頻譜儀組成。實驗時，一名學員攜帶速度計量設備以某一恒定速度靠近(或遠離)雷達，其他學員觀察頻譜儀畫面，會明顯看到多普勒頻率；改變行進速度，發(fā)現(xiàn)多普勒頻率大小發(fā)生變化；改變雷達的發(fā)射頻率，即改變發(fā)射信號波長，重復上述實驗，發(fā)現(xiàn)多普勒頻率也會改變。將頻譜儀測得的多普勒頻率記錄下來，帶入公式fd=2V/λ，驗證速度測量精度，并分析誤差原因。

(5)雷達測角演示實驗：雷達測角的方法有最大信號法和等信號法兩種。本實驗基于某小型化相控陣雷達實驗系統(tǒng)開設。在距離雷達一定距離處放置一個輻射源，模擬目標回波。通過相控陣技術，讓天線波束在搜索區(qū)域內(nèi)掃描，找出回波信號最大時天線波束的指向角，即為信號源所在的角度。比較測量值與實際值的偏差，分析引起測量偏差的原因，如步進數(shù)字移相器的影響等。通過該實驗，可以讓學員近距離接觸相控陣雷達，明白相控陣雷達的工作過程，天線波束的掃描方法以及基于最大信號法的雷達測角實現(xiàn)方法。

4 結束語

雷達是一個不斷發(fā)展、不斷創(chuàng)新的技術領域，所以雷達原理與系統(tǒng)課程的教學也要不斷發(fā)展與革新。軍校的課程教學要緊跟當前國內(nèi)外技術發(fā)展的水平，適時階段性地補充和完善教學內(nèi)容，豐富教學手段，才能與時俱進，培養(yǎng)出基礎扎實、素質(zhì)全面、思維活躍、創(chuàng)新能力強的新時期軍校畢業(yè)生，滿足部隊對人才的需求。

[1] 王建生.改革教學方法加強實踐環(huán)節(jié)[J].鄭州輕工業(yè)學院學報∶社會科學版,2001,2(4)∶75-76.

[2] 丁鷺飛,耿富錄.雷達原理[M].西安∶西安電子科技大學出版社,2004.