摘 要 雷達成像是當前雷達領域的重點發(fā)展方向，國家對該專業(yè)專門人才的需求很大。論文結(jié)合作者多年教學經(jīng)驗，針對雷達成像技術(shù)教學過程中存在的問題，分析了其存在的根源，并提出了若干針對性的課程改革意見。

關鍵詞 雷達成像 課程教學 教學改革

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A

1概述

雷達，作為國家軍工電子的標志產(chǎn)品，在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭中發(fā)揮著主導作用。在國家強大經(jīng)濟實力的支持和廣大科研人員的努力下，近年來雷達的各個領域都取得了一些標志性的成果。成像雷達，使雷達首次實現(xiàn)了對目標的兩維高分辨觀察，極大地擴展了雷達的功能，是當前雷達發(fā)展的重點方向。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國雷達成像技術(shù)逐漸成熟。特別是“高分辨率對地觀察系統(tǒng)”國家重大科技專項啟動以來，國內(nèi)各雷達主機所都加大了對雷達成像技術(shù)的研究。

國家雷達成像技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對高校在雷達成像領域人才培養(yǎng)的數(shù)量和質(zhì)量提出了更高的要求，為了適應這一要求，目前國內(nèi)多所高校均開設了《雷達成像技術(shù)》這一個課程。作者所在單位是國內(nèi)較早開設《雷達成像技術(shù)》課程的高校，作者從事該課程的教學工作也已經(jīng)8年。下面，首先分析當前在《雷達成像技術(shù)》教學過程中存在的主要問題，然后提出幾點針對性的改進意見。

2教學過程中目前存在的主要問題

2.1成像原理復雜，基礎要求高

雷達成像，核心在于信號的相參處理。精確的相參處理要求雷達按勻速直線運動，實際上往往很難保證這種理想的假設，為此必須增加復雜的運動補償。而且，實際上這種精確的補償又要求雷達必須配備高精度的運動傳感器，按目前國內(nèi)實際傳感器精度很難滿足這一要求，因此精確高效的成像處理往往還需要從雷達回波中估計運動參數(shù)進行精確的運動補償。因此，雷達成像處理被公認是雷達信號處理中最復雜的。這樣復雜的處理，一方面要求學生要有足夠的知識儲備，尤其是雷達和信號處理方面的基礎知識，另一方面，必須要有足夠的學時才能夠把雷達成像的核心原理講透。但實際教學過程中，這兩方面往往都很難滿足。

2.2缺乏感性認識，難接地氣

高校學生，沒有實際工程經(jīng)驗，更沒有見過雷達，講《雷達原理》已經(jīng)屬于對牛彈琴，更別說更為復雜的《雷達成像》。雖然現(xiàn)在通過多媒體等手段可以一定程度上增加學生對雷達的感性認識，但終究只是視覺上的感官。如果學生能夠?qū)嶋H接觸雷達、操作雷達，無論從認知角度還是對學生興趣的提升都是有極大的正面作用。但雷達在每個國家都屬于保密產(chǎn)品，而且由于雷達成本昂貴，高校又很難有實力擁有自己的雷達系統(tǒng)，因此現(xiàn)有的雷達成像教學基本上都是理論教學。

2.3學生積極性不高

雷達屬于國防高精尖技術(shù)，理論上對學生是有吸引力的。事實上學生對第一次課往往也充滿期待。但經(jīng)過幾次課程后，一方面學生很難將書本知識跟實際聯(lián)系起來，另一方面，由于受知識結(jié)構(gòu)限制，往往越往后越難聽懂，因此學生的學習積極性會急劇下降。還有就是現(xiàn)在還有相當一部分學生本身對學習興趣就不高，如果老師不能將課程講的生動有趣，確實很難調(diào)動他們的學習積極性。

2.4教材內(nèi)容陳舊，不能反映技術(shù)前沿

目前主流雷達成像技術(shù)方面的教材，國外的主要是上世界90年代、國內(nèi)主要是本世紀初出版的。而且主要內(nèi)容大都局限于基本雷達成像算法，對運動補償和自聚焦等內(nèi)容的介紹較少。隨著雷達成像技術(shù)的飛速發(fā)展，近年來出現(xiàn)了多基、多極化、多通道和視頻SAR等許多新的技術(shù)，教學中如果不能讓學生對學科前沿技術(shù)充分了解，會導致學生不能站在前人的高度上，難于獲得創(chuàng)新性的成果。

3課程改革的幾點建議

針對課程教學過程中存在的上述問題，下面提出幾點針對性的改進建議。

3.1尊重學生已有知識結(jié)構(gòu)

雷達成像，顧名思義，就是利用雷達來進行成像。因此學習雷達成像既需要雷達的基本知識，也需要成像的基礎知識。目前開設雷達成像課程的基本都是電子信息類專業(yè)，學生對成像以及信號處理知識比較熟悉，對雷達卻比較陌生，而目前幾乎所有雷達成像的書幾乎都是從雷達角度來介紹的。這導致學生由于基礎知識缺乏而很難跟上教學的進度。如果能夠從信號處理成像這種已有知識結(jié)構(gòu)的角度來介紹合成孔徑原理，學生相對更容易接受。作者近年來從傅里葉重構(gòu)角度給學生解釋合成孔徑雷達提高分辨率的本質(zhì)，通過從學生已知的基本原理出發(fā)，無需引入新的知識點，就能夠?qū)⒑铣煽讖嚼走_成像的本質(zhì)講清楚，學生普遍反映容易接受，經(jīng)過幾年的實踐取得了很好的教學效果。

3.2多角度解釋雷達成像本質(zhì)

介紹雷達成像的本質(zhì)，目前絕大部分教材都是從雷達天線孔徑合成的方式來介紹，而對雷達成像算法的講解，也主要專注于公式的推導。這樣雖然可以使學生很快掌握算法的步驟并編程實現(xiàn)，但學生缺乏對算法本質(zhì)的理解，學生對于為什么要這樣處理還是一知半解。筆者在十多年的合成孔徑雷達研究和教學過程中，發(fā)現(xiàn)至少可以從如下幾個方面來理解合成孔徑雷達。首先，我們可以基于初中數(shù)學解方程組的原理來解釋高分辨率雷達成像，雷達每個脈沖一個距離延遲上的測量實際上對應一條弧線上（到雷達距離相等）的所有目標的累加，也就是我們每次可以測量多個代求量的和（一個包含多個未知數(shù)的方程），為了提取每個代求量，我們需要更多獨立的方程，為此，雷達需要從不同角度對目標測量，只有這樣，重新獲得的測量才是獨立的。有了多個獨立測量（下轉(zhuǎn)第96頁）（上接第94頁），就有可能解出每一個未知數(shù)。其次，我們也可以從傅里葉重構(gòu)的角度來理解，要重構(gòu)一個圖像，可以先得到它的兩維頻譜，利用中心切片投影定理，我們可以得到雷達每個脈沖回波信號經(jīng)過預處理后可以表示為目標兩維頻譜在對應視角的一個切片，為了獲得一定的頻譜支撐區(qū)，需要改變雷達觀察目標的視角，也就是為什么雷達需要運動的原因。這樣多角度解釋合成孔徑成像原理，能夠讓學生更充分地了解到成像分辨率提高的本質(zhì)。

3.3微型無人機SAR演示

近年來，隨著微波技術(shù)的進步，雷達小型化、低成本化成為現(xiàn)實，國內(nèi)多個高校都已開發(fā)了微型SAR系統(tǒng)，同時，由于消費級無人機迅猛發(fā)展，給微型SAR提供了方便的搭載平臺，使得高校自主組織試飛驗證工作成為可能。筆者所在課題組目前就已經(jīng)開發(fā)了一套微型SAR系統(tǒng)，通過搭載在多旋翼無人機上進行了多次掛飛實驗，在國內(nèi)首次獲得了多旋翼無人機SAR分米級高分辨率對地成像能力。在雷達成像教學過程中，我們完全可以利用該系統(tǒng)，供學生參觀了解，甚至讓學生現(xiàn)場參與雷達掛飛實驗。相信這會極大地提高學生學習的積極性。

4結(jié)束語

本文結(jié)合筆者多年《雷達成像技術(shù)》教學經(jīng)驗，對當前雷達成像技術(shù)教學過程中存在的幾個問題進行了分析，提出了幾點改進建議。后期，我們擬搭建一個專門用于教學的微型SAR演示驗證平臺。希望通過這種教學模式的改進，讓學生不僅學到知識，更重要的是獲得學習能力的提升。

參考文獻

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