虛擬實驗在航空電子對抗原理課教學中的應用

邱麗娟

摘 要： 將虛擬實驗引入士官航空電子對抗原理課中，能夠突破傳統教學的局限，有利于提高學員的動手能力和創新能力。文中以混頻器內容為例，驗證了虛擬實驗引入航空電子對抗原理課程的合理性，將抽象、枯燥難懂的信號內容變得具體生動，取得良好效果。

關鍵詞： 航空電子對抗原理 虛擬實驗 混頻器

航空電子對抗原理是航空電子對抗專業士官的基礎課程，集理論性、方法性與作戰應用性于一體，是航空電子對抗裝備維修保障、航空電子對抗裝備作戰使用和航空電子對抗戰法研究等一系列專業課的前期學習平臺。通過該課程的學習，要求學員能夠理解航空電子對抗的基本概念、基本原理及實現方法，為后續課程的學習奠定理論基礎。

1.傳統教學的局限性

“航空電子對抗原理”是電子對抗專業士官學員接觸的首門專業基礎課，理論性強，學時長，課程中包含較多的電路原理和信號變換分析內容。傳統教學以理論講授為主，教員為主導，學生普遍反應內容抽象，枯燥難學，不易理解和掌握，學習興趣不高，多個期班的統計數據表明教學效果不理想。

2.引入虛擬實驗的教學方法

隨著仿真技術的發展，越來越多的教員將仿真技術帶入航空電子對抗原理課堂，應用比較多的是虛擬實驗。虛擬實驗利用計算機能夠實現視頻播放、動畫演示、高速運算、電路設計、信號展示及人機交互等功能，不受時間、地點和設備的限制。將虛擬實驗引入航空電子對抗原理課堂，將理論教學與虛擬實驗相結合，把不清楚、難理解的電路圖分解化，把看不見、摸不到的信號圖像化，更具直觀性和生動性，使枯燥的理論內容變得更加有趣，更容易調動學員的課堂學習積極性，一定程度上強化教學效果。

但是目前，在課堂上利用虛擬實驗輔助教學還是以教員展示為主，通常都是教員預先準備好，將電路圖、參數、分析工具等都預先調試成功后，在課堂上需要的地方進行演示。這種通過預設情境直接演示效果的虛擬實驗教學方法雖然增加了教學手段，但依然屬于教員講、學員聽的傳統灌輸式教學方法。學員即使理解了教學內容，也只能達到知其然而不知其所以然的效果，不能將虛擬實驗在理論教學中的最佳效果發揮出來。

為了適應部隊需求，電子對抗專業士官人才培養方案不斷改革，更強調培養學員的應用能力、實踐能力和創新能力。因此，教學過程中要充分發揮學員的主觀能動性，讓學員在課堂上動起來。虛擬實驗恰恰滿足了這個要求，它具備以下特點：（1）操作簡單，不受場所限制，只需在計算機上安裝相應軟件就可以完成。（2）安全省事，不必擔憂用電安全及儀器操作的問題。（3）電學性強，可以清楚地顯示電路的各種電學狀態，而且可以通過改變參數得到新的分析波形。在課堂上要充分發揮學員的主觀能動性，讓學員利用虛擬儀器等工具自己動手，搭建電路，講解電路，總結信號規律，達到學懂學會的效果。

3.應用舉例

在電子對抗專業，混頻器應用比較廣泛，比如超外差接收機、信道化接收機、瞬時測頻接收機等需要進行頻率改變操作基本都是由混頻器實現的。混頻器進行頻率改變時，能將一個信號的載頻變換為另外一個載頻，并且新變化后的新載頻信號的調制類型、調制參數和頻譜結構都不會發生變化。常見的混頻器由非線性器件和帶通濾波器組成，混頻電路組成框圖如圖1所示。其中，us（t）為一高頻輸入信號，它和本振信號uL（t）通過一個非線性器件進行時間域內相乘，再利用濾波器取出固定的中頻，輸出信號uI（t）。

圖1 混頻電路的組成框圖

在電子對抗領域，非線性器件的功能通常都由模擬乘法器（輸出的無用頻率分量較少）實現。

在混頻器教學設計上，將教學環節分為課前、課中兩步。課前要求學員利用微課、網絡資源、書籍等進行課前預習及仿真軟件Multisim11的學習。課中教員進行適當的理論教學后，主要由學員進行操作及講解，要求學員做到：

（1）利用Multisim11軟件搭建混頻電路。按照教員要求的us（t）、uL（t）、uI（t）、信號源和電阻及電容等特定的設置參數搭建一個混頻電路。

（2）掌握混頻電路的工作原理并講解。通過混頻電路讓輸入信號us（t）和本振信號uL（t）在時間域相乘，從而實現兩個信號的頻譜搬移，再通過帶通濾波器取出所需要的頻率固定的低中頻或高中頻信號uI（t）。

（3）觀察混頻前和混頻后信號的波形，總結信號變化規律，理解混頻器在航空電子對抗設備中的作用。

利用Multisim11軟件搭建的典型的混頻器電路圖[1]如圖2所示，得到的輸入信號、輸出信號的波形如圖3所示。由圖3可知，信號經過混頻器后，單位時間內各個波形的稀疏程度（頻率）發生了變化，但波形結構和包絡線形狀都沒有變化；當改變信號源參數時，變化規律相同。

學員自己動手搭建電路并講解，有利于學員掌握混頻器原理；通過動態顯示結果總結信號變化規律，有利于學員理解混頻器作用。

圖2 混頻器電路圖

圖3 混頻器的輸入輸出波形

4.結語

在航空電子對抗原理課程中引入虛擬實驗，和理論教學相結合，能實現理論講解和虛擬實驗驗證的同步進行、完美結合，既增強教學直觀性與認知性，又能最大限度地利用有限的授課學時，加深學員對航空電子對抗原理知識的充分理解和掌握，是一種行之有效的教學方法。

參考文獻：

[1]梁青，等.Multisim11電路仿真與實踐.北京：清華大學出版社，2012.12.