电磁频谱管理实验教学建设思考

摘 要 本文首先强调了开展电磁频谱管理实验教学建设的现实意义，进而围绕实际的建设工作，从建设思路和实现方法等方面进行了思考并提出若干对策和建议。最后，以电磁频谱监测与特征识别仿真实验平台为例，介绍了高性能仪器设备与软件相结合的专业化、多功能实验平台构建方案。

关键词 电磁频谱管理 实验教学建设 实验平台

中图分类号：G424 文献标识码：A

Reflections on the Construction of Electromagnetic Spectrum

Management Experimental Teaching

SHAO Wei， MENG Fanqiu， XUE Hong， QIAN Zuping

（College of Communication Engineering， PLA University of Science and Technology， Nanjing， Jiangsu 210007）

Abstract In this paper emphasizes the significance of experimental teaching management to carry out the construction of the electromagnetic spectrum， and then around the actual construction work， were thinking in terms of ideas and methods， such as construction and proposed some countermeasures and suggestions. Finally， in order to identify the characteristics of the electromagnetic spectrum monitoring and simulation platform as an example， a high-performance equipment and software combines professional， versatile experimental platform to build solutions.

Key words electromagnetic spectrum management； experimental teaching construction； experimental platform

实验教学在整个课程教学体系中居于重要地位，这已成为共识。科学而合理地开展实验教学可显著增强理论教学的效果，提升学生的专业技能和综合素质，并与科研建设形成良性互动。在开展电磁频谱管理课程建设的过程中，重视并做好实验环节建设有着重要的现实意义。

1 建设思路

1.1 融合理论教学

理论教学和实验教学同为课程内容体系中不可或缺的组成部分。对于电磁频谱管理技术课程来说，理论和实践两部分应紧密结合、相互印证，共同融合形成有机的整体。通过前期教学体会和专题调研，我们深切感受到频管技术工作所要求的知识面宽泛，包括：系统架构、收发信机原理、数据分析、信号处理、电波传播、测向定位等，但“胜任频管工作、解决频管问题”这一教学主线明确。实践教学内容的设置应紧贴教学主线，从而与理论教学形成合力、以便取得良好的教学效果。

1.2 筑牢知识基础

在频谱管理技术中，“急需型”和“前瞻型”这两类知识并列存在，打好这两类知识基础尤为重要。“急需型”知识指的是从事频管工作必须具备的专业基础知识，例如：系统间电磁兼容、频率管理、频谱监测等；“前瞻型”知识指的是目前频管技术领域的研究热点，未来有望获得持续发展甚至演进至实用阶段，例如：动态频谱管理、辐射源个体识别等。对这两类知识基础的构筑除需要课堂理论教学的讲授外，还需在实验教学的层面进行加固和拓展，从而有助于学生形成更加优化的知识结构，更加胜任未来的频管工作。

1.3 锤炼专业技能

未来的频谱管理体系将具备感知、统筹、管控、服务等多种能力。其中，感知能力表现为复杂电磁环境下的主动感知、多维频谱信息的按需收集与实时上传；统筹能力表现为频谱资源的宏观协调、频谱知识的完整发现，频谱态势的直观呈现和频谱决策的快速生成；管控能力体现在频谱管控既拥有高度自主性，同时又具备用频规则、人工干预等多种约束下的可控性；服务能力则体现了未来频谱管理体系的综合能力与核心目标。毫无疑问的是，对于频管人才专业技能的锤炼应植根于确保以上能力的实现。

1.4 实现教研互促

教学与科研之间存在着相互转化、相互促进的机制。一方面，为了提高人才培养的质量，必须以科研作为催化剂和驱动力，教师队伍可以在科研工作中得到磨练，科研成果可以直接应用于教学内容的优化和更新；另一方面，教学成果又可服务于科研，为科研工作提供基础支撑、智力支持和人才保证。

2 实现方法

2.1 通过仿真平台来覆盖重点

通过对实验教学的目标、设备需求、成本和拟达到的效果等客观因素进行综合考虑，我们认为构建仿真平台并充分发挥其优势是开展实验教学的良好途径。例如，以任意波发生器和实时频谱分析仪为核心，可构建电磁频谱监测与特征识别仿真实验平台。利用该平台，可覆盖信号设计、复杂电磁环境模拟、频谱监测、信号特征分析与识别、干扰源查找等多项重点教学内容，为学生掌握多种专业技能提供了操作方便而直观有效的实验工具。

2.2 通过案例体验来突破难点

通过选定频管工作中真实存在的案例，让学生借助于实验系统来对案例进行分析，在这种切身的体验当中来寻求问题的求解。该方法非常适合于教学难点的突破。例如，台站间用频兼容分析方法容易让人产生计算复杂、不易下手的感觉，如不采用合适的教学方法则容易使人望而却步。在案例式的实验教学中，学生可借助仿真软件亲自编程，循序渐进地将发射端、传播路径和接收端的全部计算公式逐一实现，在突破了该难点问题的同时也培养了自信心、体验到快乐。

2.3 通过全面互动来提升效果

为提升和固化教学效果，应采用多种形式的全面互动。一方面，应配备电子教室互动式软件，让学生计算机的屏幕可显示在教师计算机和投影仪大屏幕上，有利于教师的实时指导、师生间的互动以及学生间的互动；另一方面，应充分利用校园网资源，由教师通过网络共享学习资料、学生通过网络获取资源和指导，建立一种不受空间和时间约束的互动关系。

3 实验平台构建方案举例

该实验平台主要包括复杂电磁环境模拟系统、电磁频谱实时监测系统、辐射源特征提取与识别系统，其总体结构如图1所示。

3.1 复杂电磁环境模拟系统

构建复杂电磁环境模拟系统。由多台实验计算机通过局域网与任意信号发生器相连接。通过Matlab、RFExpress等软件完成信号设计，并将设计文件从实验计算机经由局域网下载至任意信号发生器，模拟出逼真的复杂电磁环境。该系统是整个实验平台的前级系统，同时也为后级系统提供模拟复杂信号源。

3.2 电磁频谱实时监测系统

构建电磁频谱实时监测系统。由固定监测站和单兵机动监测站相互配合，对实际环境进行监测，或者接收模拟产生的逼真复杂电磁环境信号。固定监测站实现高速高分辨率频谱扫描、高灵敏度接收、能量检测、干扰告警、频谱动态回放等功能；单兵机动监测站可通过GPS电子地图来辅助定位干扰源。其中，固定监测站以高性能实时频谱分析仪为核心构建，单兵机动监测站基于便携式无线信号侦测仪构建。该系统可为战场无线电通信等电子信息装备的顺利部署和运用提供频谱信息支持，为干扰源的查找提供参考手段。

图1 电磁频谱监测与特征识别仿真实验平台

3.3 辐射源特征提取与识别系统

构建辐射源特征提取与识别系统，对真实辐射源或实验计算机设计产生的模拟辐射源进行特征提取与识别。其中涵盖频率、功率、带宽、眼图、星座图、调制方式等特征，并进一步评估频率占用度等指标。具备时间和频率快照以及数据记录等功能，便于进行二次开发和功能扩展。该系统以高性能实时频谱分析仪为核心构建。可为全面掌握电磁空间辐射源属性、有效实现电磁频谱管控提供数据服务和技术支撑。

4 结束语

本文针对电磁频谱管理技术实验教学建设这一现实命题，从建设思路、实现方法和实验平台构建等方面进行了思考，为电磁频谱管理技术课程实验环节的建设提供了参考性的对策和建议。作为电子科学与技术相关专业的一门新兴课程，教学建设之路还任重而道远。

参考文献

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