雷達信號理論課程設置與教學方法初探

摘 要：隨著現代雷達系統與信號處理的不斷發展，高校中雷達信號理論課程需要與時俱進，從課程設置和教學方法兩個層面進行改革。結合我校的專業設置和學生特點以及幾年來的教學經驗，本文探討了雷達信號理論課程的設置依據和相關教學方法的改進。

關鍵詞：雷達信號理論 課程設置 教學方法

中圖分類號：TN958文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（b）-0190-02

雷達系統與信號處理方向是一級學科信息與通信工程、二級學科通信與信息系統等專業的重要研究方向。近年來，我國軍工電子產業飛速發展，使得相關的研究所、企業等單位對雷達專業人才的需求越來越大[1]。為了適應這一需求，國內與軍工電子相關的一些高校，如北京理工大學、西安電子科技大學等，均設置了相關專業及課程。南京航空航天大學的雷達專業始于20世紀50年代，歷經了多次院系合并和專業調整，目前仍有機載雷達相關領域，設置了“探測與成像”二級自主博士點。

目前我校開設的雷達相關課程包括雷達原理、雷達信號理論、現代雷達系統、電子對抗和雷達信號處理等。其中雷達信號理論的發展始于二次世界大戰期間及戰后初期。早期的雷達在實現了雷達信號最優處理的前提下，典型的脈沖信號在同時提高發現能力、距離和速度測量精度以及分辨力方面遇到了不可克服的矛盾，為了解決這個問題，也為了反雷達偵察的要求，各國先后開展了應用“復雜波形”代替傳統脈沖信號的研究。最早獲得實際應用的是線性調頻脈沖壓縮信號，以后相繼出現了非線性調頻、相位編碼和相參脈沖串等大時寬—帶寬信號。由于雷達信號的形式不僅決定了雷達的體制與信號處理方法，而且直接影響雷達系統的分辨率、測量精度以及雜波抑制能力等潛在性能，因此，雷達信號理論就成了雷達系統的重要內容，逐漸形成現代雷達理論的重要分支。

20世紀80年代北京工業學院（現北京理工大學）的林茂庸和柯有安教授編著的“雷達信號理論”成為本領域的經典教材，并在一些高校沿用至今。但隨著新理論和新技術的不斷發展，目前的雷達信號理論課程在設置和教學方面需要不斷前進，主要表現在：（1）新體制雷達、新信號形式的不斷涌現，如多輸入多輸出雷達；（2）高性能計算機的普及使計算機繪制雷達信號的模糊函數成為可能，分析雷達信號性能更為直觀方便；（3）數字器件的不斷發展，使得雷達信號的產生和處理手段發生了巨大變化。

此外，雷達信號的經典理論涉及面很廣，內容豐富，專業性強，概念較多，學生即使有學過雷達原理等基礎課程，在理解和領會教材方面能有一定困難。因此，重新對雷達信號理論的課程進行定位，改進教學方法，探索適時的教學途徑，是需要不斷探索的課題。

1 課程定位

本課程的教學主體是各類研究生，包括學術型和專業型碩士研究生以及博士研究生。由于本專業的研究生生源超過60%來源于211高校，選課學生大多來自相關領域的導師，學生基礎較好，因此可適當地提高授課內容深度和廣度。

課程以經典雷達信號理論和物理概念為基石，以新體制雷達、新波形技術為前沿牽引，以高性能計算機計算和分析為實踐手段；在引導學生充分學好基本概念、基本理論的基礎上，充分結合前沿理論進行學生思維拓展和訓練，以模糊函數的繪制、雷達信號性能分析為實踐選題，開展一些實踐探索。

2 課程設置

教學要求：從課程定位分析來看，教學要求應當定位在“雙基”上。基本理論、基本概念的掌握是創新教育和實踐能力培養的提前和基礎。雷達信號理論的課程應劃分為三個部分，包括經典理論、發展前沿和計算機平臺實踐。經典理論部分包含雷達信號最優檢測、最優估計、分辨理論以及線性調頻、相位編碼等信號形式的性能分析等內容；發展前沿著重介紹新體制雷達技術中的信號形式和性能分析，如多輸入多輸出雷達、認知雷達以及射頻隱身技術等；計算機平臺實踐主要通過對雷達信號的模糊函數、距離、速度自相關函數等的仿真，加深學生理解和認識。

課程體系：雷達專業的相關課程相互銜接，相互輔助。雷達信號理論課程需要學生具有雷達原理、信號、系統與信號處理等基礎知識，同時這門課又為現代雷達系統等課程打下基礎。

課程特點：雷達信號理論課程具有與其它雷達專業課程的不同特點。（1）雷達信號理論課程有較多數學公式的推導，并且強調對公式物理含義的理解，這對教學過程提出較高的要求，需要教師既有良好的數學功底，又有一定的物理概念；（2）發展前沿部分是雷達信號理論的拓展部分，強調雷達信號形式的發展與雷達理論前沿發展的關系，適合采用討論課的形式開展研討型教學，但對教師的知識面要求較寬；（3）課程部分采用隨堂計算機仿真的形式，讓學生能夠邊學習邊實踐，通過理論和實踐加深對概念的理解和應用。

3 教學方法探討

為了提高本課程的教學效果，達到教學目的，有必要根據本課程的特點，總結提出適合本課程的教學方法。

3.1 培養學生在系統層面對本課程的理解

由于雷達信號形式不但決定了系統的信號處理方法，而且決定了雷達體制，如脈沖多普勒雷達多采用中、高重復頻率的脈沖信號。此外雷達信號的參數，如脈沖寬度、重復頻率決定了探測距離和速度范圍，雷達信號的性能，如主旁瓣比、主瓣寬度等又決定了雷達的分辨能力和弱小目標探測能力。因此，在系統層面使學生理解和運用雷達信號理論成為必要，使學生意識到雷達信號的設計，不但僅僅是從參數上去設計，而是應該從雷達體制開始就應當考慮。

3.2 采取“學—教—問”+研討的相結合教學模式

研究生教學不是中學的“填鴨式”教育，要“授人以魚，更要授人以漁”，讓學生學到知識是一方面，更重要的是培養學生分析問題、解決問題的能力，提高其獲取知識、運用知識的自覺性。在課程教學中，充分發揮學生的主體地位，讓學生積極思維，參與課堂教學[2]。

雷達信號理論較為復雜，在學生沒有通過自學儲備一定知識背景的條件下僅靠教師一味地講解，學生很難跟上教學節奏。有鑒于此，在本課程的基礎理論教學過程中，我們采取了“學—教—問”的教學模式，即預先讓學生自學，使其對要講解的課堂內容有一個大概的了解，熟悉課堂內容的框架的基本概念，然后通過教師的課堂講授，一方面鞏固學生自學時已掌握的內容，另一方面對學生無法通過自學掌握的內容進行解答，最后留出時間與學生交流，有針對性地解決教師的教與學生的學過程中遺留的問題。實踐證明，這種教學模式能夠充分調動學生學習的積極性。

在本課程的前沿理論教學過程中，我們則采取研討課的形式。預先設計幾個前沿課題題目，讓學生自己查文獻，閱讀有關資料，然后準備PPT，在課堂上講述自己對前沿問題的學習內容和理解，教師則通過點評或提問的方式，對學生講述過程中的錯誤和需要解釋的地方進行說明。通過這種形式，可以有效提高研究生的自學能力，并在與教師課堂交流過程中自主思考有關問題。實踐也證明，這種教學模式能夠鍛煉學生的自主學習能力，有利于今后的科研工作[3]。

3.3 將抽象理論簡單化、形象化

雷達信號理論數學推導繁瑣，教學過程中如果過多地注重數學原理的推導，容易導致學生產生厭學情緒，降低他們學習的積極性，因此，在教學過程中應該盡量避免過多的復雜數學推導，而是要想法設法從學生原有的知識體系中或大家熟悉的日常生活中引出問題，引導學生思考要解決問題的實質是什么。

就雷達信號理論課程教學而言，其中一個關鍵的問題就是要向學生詮釋模糊函數的意義，我們可以從白光通過分光鏡實現七種顏色光波分離這一大大家熟知的簡單原理來類比，這樣學生不但易于接受新知識，而且也樂于去接受新知識。

3.4 將理論和實踐相結合

研究生教學不同于本科生教學，不僅要求學生掌握理論知識，還要求他們會應用理論知識去解決科研中的實際問題。因此在課程教學中，要結合課程內容設置一些計算機仿真實驗鍛煉其實踐能力，做到理論和實踐相結合，一方面利用理論知識去指導實踐，另一方面通過在實踐中發現并解決問題，加深對理論知識的認識。具體到本課程，我們可以在講解雷達模糊函數的過程中，讓學生進行計算機仿真來模擬產生雷達信號，畫出雷達信號的模糊函數。

3.5 將科研工作內容滲透到教學過程中

在高等學校中，教學和科研是一個不可分割的整體，教學與科研既不相互矛盾，也不能相互代替。研究生是高校科研工作中的重要力量，其課程學習將直接服務于科研活動。就雷達信號理論而言，雖然已有優秀的教材可供參考，但在教學過程中仍要避免照本宣科。如果能夠將科研工作中一些實際的例子，如實際的雷達系統，用來充實教學內容，將會使教學活動更為生動，更有活力。

參考文獻

[1] 朱信榮.電子技術應用課程設置與教學方法初探[J].中國科教創新導刊，2009（11）：60.

[2] 李忠國.研究生課程教學的探討[J].中國科教創新導刊，2009（2）：58.

[3] 胡凱.研究生教學中研究點式教學方法的探索[J].計算機教育，2009（19）：29-31.