呂 波 張宏偉 馬俊濤 梁四洋

中國(guó)人民解放軍軍械工程學(xué)院電子與光學(xué)工程系 河北石家莊 050003

雷達(dá)原理與系統(tǒng)是學(xué)習(xí)雷達(dá)基本理論、工作體制、系統(tǒng)組成的一門專業(yè)課，是雷達(dá)工程、電子工程等專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)員掌握雷達(dá)基本理論，建立完整的雷達(dá)系統(tǒng)概念，提高雷達(dá)工程實(shí)踐能力具有重要作用。目前，本課程是生長(zhǎng)干部學(xué)歷教育雷達(dá)工程專業(yè)和電子工程(防空兵雷達(dá)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(zhǎng)干部任職培訓(xùn)雷達(dá)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(xué)內(nèi)容對(duì)于各層次學(xué)員具有舉足輕重的作用。

目前，該課程的教學(xué)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(hào)處理系統(tǒng)等多個(gè)雷達(dá)組件，涉及電路基礎(chǔ)、模擬電路、數(shù)字邏輯電路、信號(hào)與線性系統(tǒng)分析、微波電子電路、微波工程基礎(chǔ)和雷達(dá)信號(hào)處理等多門課程的相關(guān)知識(shí)。課程的突出特點(diǎn)是跨度大、涉及面廣，學(xué)員普遍反映內(nèi)容抽象，較難理解，學(xué)習(xí)難度大。國(guó)內(nèi)大部分電子信息類大學(xué)及其他綜合性大學(xué)、軍事院校不是沒(méi)有實(shí)際的雷達(dá)裝備，就是裝備數(shù)量和種類有限且較為陳舊，開(kāi)展該課程教學(xué)時(shí)只能采用灌輸?shù)姆椒?，先讓學(xué)員掌握基本理論，在學(xué)員接觸到實(shí)際雷達(dá)裝備后再自行理解，因此很難保證教學(xué)效果。

目前我院擁有各型雷達(dá)裝備幾十種，其中涵蓋警戒雷達(dá)、火控雷達(dá)、偵察校射雷達(dá)、氣象雷達(dá)等，數(shù)量龐大，技術(shù)較新，體現(xiàn)了當(dāng)前我國(guó)雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。如果充分利用這一有利條件，將新型雷達(dá)裝備、雷達(dá)原理與系統(tǒng)教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)相結(jié)合，必將有力地提高課程的教學(xué)質(zhì)量。教學(xué)實(shí)施中將無(wú)形而枯燥的雷達(dá)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)與有形的新型雷達(dá)裝備相結(jié)合，幫助學(xué)員理解教學(xué)內(nèi)容，掌握雷達(dá)裝備發(fā)展現(xiàn)狀。根據(jù)國(guó)內(nèi)外新型雷達(dá)裝備發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì)，與時(shí)俱進(jìn)更新教學(xué)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(dá)的技術(shù)和理論，使學(xué)員所學(xué)的知識(shí)與整個(gè)雷達(dá)裝備的發(fā)展現(xiàn)狀相適應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，避免出現(xiàn)理論知識(shí)與實(shí)際裝備斷代、隔代的問(wèn)題。

1 雷達(dá)原理與系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前，我院雷達(dá)原理與系統(tǒng)、現(xiàn)代雷達(dá)原理兩門課程選用的教材是西安電子科技大學(xué)出版社出版的2002年版(第三版)《雷達(dá)原理》一書(shū)。該教材是國(guó)家重點(diǎn)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(xì)，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(shí)雖然內(nèi)容做了較大更新，但也只能盡量反映20世紀(jì)80年代以來(lái)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。

進(jìn)入21世紀(jì)后，特別是“十一五”期間，隨著微波技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)雷達(dá)技術(shù)和裝備出現(xiàn)了一次大繁榮、大發(fā)展的時(shí)期，我軍研制和列裝了一大批新型、高性能的雷達(dá)裝備，大大縮短了與國(guó)外在雷達(dá)技術(shù)方面的差距。在此期間全固態(tài)發(fā)射機(jī)，MMIC，DSP，F(xiàn)PGA，CPLD，DRFM，相控陣?yán)走_(dá)，數(shù)字波束形成技術(shù)，合成孔徑技術(shù)，逆合成孔徑技術(shù)，電子對(duì)抗技術(shù)，雷達(dá)性能檢測(cè)技術(shù)等飛速發(fā)展，日新月異。反觀《雷達(dá)原理》一書(shū)，雖然多次更新改版，但是其前8章內(nèi)容幾乎沒(méi)變，只是對(duì)其中的印刷錯(cuò)誤加以修改，并增加了第9章的高分辨雷達(dá)。這些改動(dòng)不能讓學(xué)員掌握目前雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的真實(shí)現(xiàn)狀，特別是某些章節(jié)的觀點(diǎn)略顯陳舊、個(gè)別地方表述不清。

國(guó)內(nèi)多所高等院校在教授本課程時(shí)，由于學(xué)校沒(méi)有雷達(dá)裝備，不能掌握我軍新型雷達(dá)裝備的發(fā)展現(xiàn)狀，更沒(méi)有能力獲取準(zhǔn)確的雷達(dá)技術(shù)資料，因此只能按照教材上的內(nèi)容教學(xué)。學(xué)生畢業(yè)后接觸到實(shí)際裝備，發(fā)現(xiàn)很多雷達(dá)裝備的技術(shù)性能與課本上學(xué)到的有出入，會(huì)感覺(jué)技術(shù)上有明顯的跳躍性。

由于我院具備雷達(dá)裝備方面的優(yōu)勢(shì)，并且掌握了大量的雷達(dá)裝備技術(shù)資料，且有大批雷達(dá)方面的專家教授，因此完全具備對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革的基礎(chǔ)、條件和能力。我們可以對(duì)《雷達(dá)原理》一書(shū)的內(nèi)容適當(dāng)增刪，結(jié)合新型雷達(dá)裝備發(fā)展現(xiàn)狀，創(chuàng)新性地開(kāi)展雷達(dá)原理與系統(tǒng)課程的教學(xué)工作。

2 教學(xué)內(nèi)容革新

2.1 結(jié)合裝備現(xiàn)狀，革新教學(xué)內(nèi)容

(1)增加雷達(dá)發(fā)展概況研究，更新和補(bǔ)充《雷達(dá)原理》一書(shū)中的緒論部分。教材中本章的參考文獻(xiàn)最新的是1999年，無(wú)法充分反映進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)雷達(dá)裝備的發(fā)展現(xiàn)狀。此外，補(bǔ)充雷達(dá)發(fā)展史介紹，讓學(xué)員明白雷達(dá)是如何發(fā)展而來(lái)的，為什么有這么多種類的雷達(dá)。講述發(fā)展史時(shí)，要注意結(jié)合各個(gè)時(shí)代的政治背景。例如，由于防空襲轟炸的需要，20世紀(jì)30年代英國(guó)制造了首部雷達(dá)；由于冷戰(zhàn)時(shí)期美蘇爭(zhēng)霸的刺激，20世紀(jì)60年代美軍研制了首部高頻超視距雷達(dá)，用于提前預(yù)警前蘇聯(lián)洲際導(dǎo)彈的攻擊；由于越戰(zhàn)的需要，20世紀(jì)70年代美軍研制了首部探地雷達(dá)，用于探測(cè)地下的游擊隊(duì)地道。

(2)增設(shè)《雷達(dá)天線》一章。我院目前開(kāi)設(shè)有微波工程基礎(chǔ)，在該課程中學(xué)員會(huì)學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)天線的基本原理，適用于通信、無(wú)人機(jī)、雷達(dá)、制導(dǎo)等各個(gè)方向，因此與實(shí)際的雷達(dá)裝備結(jié)合較弱，過(guò)于偏重理論。同時(shí)，它介紹的一些天線形式也較為簡(jiǎn)單，在雷達(dá)裝備上很少見(jiàn)到。針對(duì)這一問(wèn)題，我們?cè)鲈O(shè)《雷達(dá)天線》一章，重點(diǎn)介紹目前國(guó)內(nèi)外雷達(dá)裝備的天線技術(shù)，如相控陣天線、波導(dǎo)裂縫天線、平面貼片天線及其陣列技術(shù)、多波束天線等，結(jié)合雷達(dá)的技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析探討，讓學(xué)員明白不同種類天線的特點(diǎn)和用途。

(3)將全固態(tài)發(fā)射機(jī)的最新技術(shù)融入課程內(nèi)容，結(jié)合我軍多種使用固態(tài)發(fā)射機(jī)的雷達(dá)裝備和大型相控陣?yán)走_(dá)裝備進(jìn)行講述。

(4)補(bǔ)充講述全相參雷達(dá)脈沖調(diào)制的實(shí)現(xiàn)原理。

(5)研究雷達(dá)接收部分相關(guān)高頻微波器件的發(fā)展現(xiàn)狀，更新有關(guān)新型雷達(dá)裝備接收機(jī)中所用的微波高頻器件的知識(shí)點(diǎn)，如鐵氧體器件、限幅器、對(duì)數(shù)放大器、超低噪聲微波晶體管、場(chǎng)效應(yīng)器件，雙平衡混頻器及單片MMIC器件等。

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

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

(8)擴(kuò)展雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)理論和雷達(dá)目標(biāo)極化特性方面的分析，配合實(shí)際雷達(dá)裝備進(jìn)行教學(xué)。

(9)結(jié)合多種新型警戒雷達(dá)，擴(kuò)展三坐標(biāo)警戒雷達(dá)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的知識(shí)點(diǎn)。

2.2 豐富教學(xué)手段，增設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

(1)設(shè)計(jì)雷達(dá)原理課外上機(jī)操作實(shí)踐環(huán)節(jié)，輔助學(xué)員了解雷達(dá)的整個(gè)工作流程，形成一個(gè)完整的雷達(dá)系統(tǒng)概念。檢驗(yàn)學(xué)員對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解、掌握程度，最好的辦法就是通過(guò)實(shí)踐來(lái)進(jìn)行。通過(guò)操作環(huán)節(jié)的教學(xué)訓(xùn)練，不僅可以檢驗(yàn)學(xué)員對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解、掌握程度，還可以培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、操作技能、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力等[1]。

(2)開(kāi)設(shè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)。我院培養(yǎng)的學(xué)員，畢業(yè)后很多成為部隊(duì)的裝備保障技術(shù)骨干。如果他們?cè)趯W(xué)校僅僅學(xué)到一些空洞的理論，將無(wú)法應(yīng)付工作崗位中遇到的各類實(shí)際問(wèn)題，滿足不了崗位任職能力要求。通過(guò)開(kāi)設(shè)雷達(dá)實(shí)驗(yàn)，尤其是與部隊(duì)實(shí)際需求緊密結(jié)合的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，可以培養(yǎng)學(xué)員自己動(dòng)手解決各類工程實(shí)際中技術(shù)難題的勇氣和信心，培養(yǎng)學(xué)員堅(jiān)忍不拔的意志和毅力，并在這個(gè)過(guò)程中增強(qiáng)學(xué)員的工程意識(shí)。

3 方法措施

3.1 新型雷達(dá)裝備資料搜集和整理

整理已有的新型雷達(dá)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(shù)現(xiàn)狀和未來(lái)裝備發(fā)展的趨勢(shì)，最后建立一份較為完整的新型雷達(dá)裝備資料庫(kù)。資料庫(kù)應(yīng)該涵蓋裝備的主要技戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn)、與該課程內(nèi)容相關(guān)的原理資料、實(shí)裝圖片、電路圖紙等。

3.2 課程教學(xué)內(nèi)容校對(duì)

教學(xué)內(nèi)容校對(duì)，主要針對(duì)以下幾個(gè)問(wèn)題：

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

(2)課程哪些內(nèi)容囿于編寫(xiě)時(shí)條件限制，講述不清，學(xué)員普遍難以理解。

(3)課程需要增添的雷達(dá)知識(shí)，這些知識(shí)在新型雷達(dá)裝備中已普遍采用。

3.3 課程教學(xué)內(nèi)容補(bǔ)充更新

根據(jù)已經(jīng)掌握的新型雷達(dá)裝備資料以及前期教學(xué)內(nèi)容校對(duì)結(jié)果，增刪相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容，補(bǔ)充文字材料、圖片資料和電路圖紙，對(duì)于較難理解的部分，設(shè)計(jì)課外實(shí)踐上機(jī)環(huán)節(jié)，輔助學(xué)員消化理解雷達(dá)的基本理論，并最終形成新的教學(xué)實(shí)施方案。

3.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容優(yōu)選

通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，完成從雷達(dá)原理到電路設(shè)計(jì)、電路分析、參數(shù)測(cè)試、結(jié)果分析的全過(guò)程，訓(xùn)練綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?dòng)手能力，達(dá)到綜合應(yīng)用書(shū)本知識(shí)、深化課堂內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)，對(duì)于提高學(xué)員認(rèn)知能力和專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力有著重要的作用。

鑒于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)在學(xué)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(xué)改革，下一步準(zhǔn)備增加10～20個(gè)學(xué)時(shí)用于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容需要，擬開(kāi)設(shè)如下5個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

(1)增益控制實(shí)驗(yàn)：本實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)員深入理解增益控制在增加雷達(dá)動(dòng)態(tài)范圍方面的作用。對(duì)應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容涉及AGC，IAGC和STC三種增益控制方法[2]。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圍繞一個(gè)小型的雷達(dá)收發(fā)前端構(gòu)建，再輔以不同RCS的角反射器擺放在距離雷達(dá)不同距離處，讓學(xué)員直觀感受：不用增益控制時(shí)，近距離強(qiáng)目標(biāo)對(duì)遠(yuǎn)距離弱信號(hào)的遮蔽問(wèn)題；使用增益控制后的改善效果。

(2)抗干擾跳頻實(shí)驗(yàn)：本實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)員體會(huì)雷達(dá)跳頻的抗干擾方法。跳頻的方式有手動(dòng)跳頻、隨機(jī)跳頻和自適應(yīng)跳頻三種。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圍繞一個(gè)具備跳頻功能的雷達(dá)收發(fā)模塊構(gòu)建，輔助一個(gè)中心頻率可調(diào)的干擾源。當(dāng)干擾源工作時(shí)，學(xué)員可以選擇不同的抗干擾方式，通過(guò)對(duì)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(dá)跳頻抗干擾的原理。

(3)雷達(dá)測(cè)距實(shí)驗(yàn)：本實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)員明白雷達(dá)測(cè)距的實(shí)現(xiàn)方法，特別是調(diào)頻法測(cè)距。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由一套小型的線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)組成，輔以簡(jiǎn)單的信號(hào)處理系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等。實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)員對(duì)著某一目標(biāo)照射，F(xiàn)MCW雷達(dá)輸出一個(gè)頻率差信號(hào)，信號(hào)處理經(jīng)過(guò)FFT處理得到頻率值，由距離—頻率轉(zhuǎn)換公式便可測(cè)出目標(biāo)的距離，并在顯示系統(tǒng)上顯示距離值。學(xué)員可以自行利用卷尺測(cè)量實(shí)際值，驗(yàn)證測(cè)量的準(zhǔn)確度，并分析誤差產(chǎn)生的原因，提出改進(jìn)的措施。

(4)多普勒效應(yīng)及雷達(dá)測(cè)速實(shí)驗(yàn)：本實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)員理解多普勒測(cè)速的原理，明白多普勒頻率fd與速度V和波長(zhǎng)λ之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由雷達(dá)收發(fā)前端、頻譜儀組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)，一名學(xué)員攜帶速度計(jì)量設(shè)備以某一恒定速度靠近(或遠(yuǎn)離)雷達(dá)，其他學(xué)員觀察頻譜儀畫(huà)面，會(huì)明顯看到多普勒頻率；改變行進(jìn)速度，發(fā)現(xiàn)多普勒頻率大小發(fā)生變化；改變雷達(dá)的發(fā)射頻率，即改變發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)多普勒頻率也會(huì)改變。將頻譜儀測(cè)得的多普勒頻率記錄下來(lái)，帶入公式fd=2V/λ，驗(yàn)證速度測(cè)量精度，并分析誤差原因。

(5)雷達(dá)測(cè)角演示實(shí)驗(yàn)：雷達(dá)測(cè)角的方法有最大信號(hào)法和等信號(hào)法兩種。本實(shí)驗(yàn)基于某小型化相控陣?yán)走_(dá)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)設(shè)。在距離雷達(dá)一定距離處放置一個(gè)輻射源，模擬目標(biāo)回波。通過(guò)相控陣技術(shù)，讓天線波束在搜索區(qū)域內(nèi)掃描，找出回波信號(hào)最大時(shí)天線波束的指向角，即為信號(hào)源所在的角度。比較測(cè)量值與實(shí)際值的偏差，分析引起測(cè)量偏差的原因，如步進(jìn)數(shù)字移相器的影響等。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)員近距離接觸相控陣?yán)走_(dá)，明白相控陣?yán)走_(dá)的工作過(guò)程，天線波束的掃描方法以及基于最大信號(hào)法的雷達(dá)測(cè)角實(shí)現(xiàn)方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

雷達(dá)是一個(gè)不斷發(fā)展、不斷創(chuàng)新的技術(shù)領(lǐng)域，所以雷達(dá)原理與系統(tǒng)課程的教學(xué)也要不斷發(fā)展與革新。軍校的課程教學(xué)要緊跟當(dāng)前國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展的水平，適時(shí)階段性地補(bǔ)充和完善教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)手段，才能與時(shí)俱進(jìn)，培養(yǎng)出基礎(chǔ)扎實(shí)、素質(zhì)全面、思維活躍、創(chuàng)新能力強(qiáng)的新時(shí)期軍校畢業(yè)生，滿足部隊(duì)對(duì)人才的需求。

[1] 王建生.改革教學(xué)方法加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)∶社會(huì)科學(xué)版,2001,2(4)∶75-76.

[2] 丁鷺飛,耿富錄.雷達(dá)原理[M].西安∶西安電子科技大學(xué)出版社,2004.