虚拟实验在航空电子对抗原理课教学中的应用

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摘 要： 将虚拟实验引入士官航空电子对抗原理课中，能够突破传统教学的局限，有利于提高学员的动手能力和创新能力。文中以混频器内容为例，验证了虚拟实验引入航空电子对抗原理课程的合理性，将抽象、枯燥难懂的信号内容变得具体生动，取得良好效果。

关键词： 航空电子对抗原理 虚拟实验 混频器

航空电子对抗原理是航空电子对抗专业士官的基础课程，集理论性、方法性与作战应用性于一体，是航空电子对抗装备维修保障、航空电子对抗装备作战使用和航空电子对抗战法研究等一系列专业课的前期学习平台。通过该课程的学习，要求学员能够理解航空电子对抗的基本概念、基本原理及实现方法，为后续课程的学习奠定理论基础。

1.传统教学的局限性

“航空电子对抗原理”是电子对抗专业士官学员接触的首门专业基础课，理论性强，学时长，课程中包含较多的电路原理和信号变换分析内容。传统教学以理论讲授为主，教员为主导，学生普遍反应内容抽象，枯燥难学，不易理解和掌握，学习兴趣不高，多个期班的统计数据表明教学效果不理想。

2.引入虚拟实验的教学方法

随着仿真技术的发展，越来越多的教员将仿真技术带入航空电子对抗原理课堂，应用比较多的是虚拟实验。虚拟实验利用计算机能够实现视频播放、动画演示、高速运算、电路设计、信号展示及人机交互等功能，不受时间、地点和设备的限制。将虚拟实验引入航空电子对抗原理课堂，将理论教学与虚拟实验相结合，把不清楚、难理解的电路图分解化，把看不见、摸不到的信号图像化，更具直观性和生动性，使枯燥的理论内容变得更加有趣，更容易调动学员的课堂学习积极性，一定程度上强化教学效果。

但是目前，在课堂上利用虚拟实验辅助教学还是以教员展示为主，通常都是教员预先准备好，将电路图、参数、分析工具等都预先调试成功后，在课堂上需要的地方进行演示。这种通过预设情境直接演示效果的虚拟实验教学方法虽然增加了教学手段，但依然属于教员讲、学员听的传统灌输式教学方法。学员即使理解了教学内容，也只能达到知其然而不知其所以然的效果，不能将虚拟实验在理论教学中的最佳效果发挥出来。

为了适应部队需求，电子对抗专业士官人才培养方案不断改革，更强调培养学员的应用能力、实践能力和创新能力。因此，教学过程中要充分发挥学员的主观能动性，让学员在课堂上动起来。虚拟实验恰恰满足了这个要求，它具备以下特点：（1）操作简单，不受场所限制，只需在计算机上安装相应软件就可以完成。（2）安全省事，不必担忧用电安全及仪器操作的问题。（3）电学性强，可以清楚地显示电路的各种电学状态，而且可以通过改变参数得到新的分析波形。在课堂上要充分发挥学员的主观能动性，让学员利用虚拟仪器等工具自己动手，搭建电路，讲解电路，总结信号规律，达到学懂学会的效果。

3.应用举例

在电子对抗专业，混频器应用比较广泛，比如超外差接收机、信道化接收机、瞬时测频接收机等需要进行频率改变操作基本都是由混频器实现的。混频器进行频率改变时，能将一个信号的载频变换为另外一个载频，并且新变化后的新载频信号的调制类型、调制参数和频谱结构都不会发生变化。常见的混频器由非线性器件和带通滤波器组成，混频电路组成框图如图1所示。其中，us（t）为一高频输入信号，它和本振信号uL（t）通过一个非线性器件进行时间域内相乘，再利用滤波器取出固定的中频，输出信号uI（t）。

图1 混频电路的组成框图

在电子对抗领域，非线性器件的功能通常都由模拟乘法器（输出的无用频率分量较少）实现。

在混频器教学设计上，将教学环节分为课前、课中两步。课前要求学员利用微课、网络资源、书籍等进行课前预习及仿真软件Multisim11的学习。课中教员进行适当的理论教学后，主要由学员进行操作及讲解，要求学员做到：

（1）利用Multisim11软件搭建混频电路。按照教员要求的us（t）、uL（t）、uI（t）、信号源和电阻及电容等特定的设置参数搭建一个混频电路。

（2）掌握混频电路的工作原理并讲解。通过混频电路让输入信号us（t）和本振信号uL（t）在时间域相乘，从而实现两个信号的频谱搬移，再通过带通滤波器取出所需要的频率固定的低中频或高中频信号uI（t）。

（3）观察混频前和混频后信号的波形，总结信号变化规律，理解混频器在航空电子对抗设备中的作用。

利用Multisim11软件搭建的典型的混频器电路图[1]如图2所示，得到的输入信号、输出信号的波形如图3所示。由图3可知，信号经过混频器后，单位时间内各个波形的稀疏程度（频率）发生了变化，但波形结构和包络线形状都没有变化；当改变信号源参数时，变化规律相同。

学员自己动手搭建电路并讲解，有利于学员掌握混频器原理；通过动态显示结果总结信号变化规律，有利于学员理解混频器作用。

图2 混频器电路图

图3 混频器的输入输出波形

4.结语

在航空电子对抗原理课程中引入虚拟实验，和理论教学相结合，能实现理论讲解和虚拟实验验证的同步进行、完美结合，既增强教学直观性与认知性，又能最大限度地利用有限的授课学时，加深学员对航空电子对抗原理知识的充分理解和掌握，是一种行之有效的教学方法。

参考文献：

[1]梁青，等.Multisim11电路仿真与实践.北京：清华大学出版社，2012.12.