實(shí)驗(yàn)簡介
該項(xiàng)目采用虛擬仿真手段模擬衛(wèi)星通信載荷智能天線系統(tǒng)的數(shù)字波束形成和抗干擾設(shè)計(jì)。學(xué)生在學(xué)習(xí)衛(wèi)星通信、天線和陣列信號處理等知識基礎(chǔ)上，針對平臺(tái)發(fā)布的衛(wèi)星通信任務(wù)，進(jìn)行通信鏈路計(jì)算，設(shè)計(jì)合適的通信調(diào)制方式、載荷天線增益、陣元排布、陣列排布等。完成衛(wèi)星通信載荷的波束捕獲和跟蹤、空域抗干擾、抗雨衰干擾三種典型場景的綜合設(shè)計(jì)，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力。實(shí)驗(yàn)效果以波束方向圖、通信星座圖、眼圖、語音播放等形式實(shí)時(shí)同步呈現(xiàn)。通過觀察和對比不同條件下的通信效果，理解衛(wèi)星通信和陣列信號處理的關(guān)鍵理論知識。該項(xiàng)目是仿真環(huán)境下的真實(shí)驗(yàn)，核心要素逼真度高，具有較強(qiáng)的視聽覺效果；通過隨機(jī)設(shè)置通信參數(shù)、用戶和干擾信號位置、雨衰特性等，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)任務(wù)和學(xué)生設(shè)計(jì)的互動(dòng)，富有趣味性和挑戰(zhàn)性。
設(shè)計(jì)原則
衛(wèi)星通信的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是服務(wù)國家“新基建”戰(zhàn)略需求，衛(wèi)星通信系統(tǒng)方面的專業(yè)人才培養(yǎng)是國家經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的迫切需要。衛(wèi)星通信系統(tǒng)及其相關(guān)實(shí)驗(yàn)是通信工程專業(yè)必修課程《通信系統(tǒng)》和《通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)》的核心教學(xué)內(nèi)容，其中，衛(wèi)星通信載荷的數(shù)字多波束和抗干擾信號處理更是衛(wèi)星通信的難點(diǎn)，其涉及到的理論知識點(diǎn)多、技術(shù)復(fù)雜，學(xué)生理解起來難度大。這部分內(nèi)容無法給學(xué)生開設(shè)實(shí)體實(shí)驗(yàn)，不僅因?yàn)榇鷥r(jià)太大，還涉及到難以解決的安全、保密、實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀測等問題。針對上述問題，團(tuán)隊(duì)以相關(guān)科研和教學(xué)成果為基礎(chǔ)，遵照“能實(shí)不虛，虛實(shí)結(jié)合”的原則自主研發(fā)了“衛(wèi)星通信載荷波束形成與抗干擾虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目，基本設(shè)計(jì)原則如下：
（a）堅(jiān)持以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，實(shí)驗(yàn)方案采用了問題導(dǎo)向的設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)情景吸引力強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目圍繞衛(wèi)星通信載荷的波束捕獲和跟蹤、空域抗干擾、抗雨衰干擾三種典型場景進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，將知識學(xué)習(xí)和能力提升有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的綜合能力和探究式的思維方式。
（b）本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)效果以波束方向圖、通信星座圖、眼圖、語音播放等形式實(shí)時(shí)同步呈現(xiàn)。通過觀察和對比不同條件下的通信效果，理解衛(wèi)星通信和陣列信號處理的關(guān)鍵理論知識。
（c）本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將最新科研成果轉(zhuǎn)化成教學(xué)資源，該項(xiàng)目是仿真環(huán)境下的真實(shí)驗(yàn)，核心要素逼真度高，具有較強(qiáng)的視聽覺效果；通過隨機(jī)設(shè)置通信參數(shù)、用戶和干擾信號位置、雨衰特性等，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)任務(wù)和學(xué)生設(shè)計(jì)的互動(dòng)，富有趣味性和挑戰(zhàn)性。
（d）融入課程思政元素，潤物細(xì)無聲，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷。把我國發(fā)展衛(wèi)星事業(yè)的艱辛歷程、老一輩軍工人服務(wù)國家、獻(xiàn)身國防的先進(jìn)事跡收錄在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的在線“知識角”中。學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，激發(fā)愛國情懷，增強(qiáng)民族使命感和責(zé)任感。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/b>
本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用虛擬仿真手段模擬衛(wèi)星通信載荷智能天線系統(tǒng)的數(shù)字波束形成和抗干擾設(shè)計(jì)，是《通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)》專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程中的一個(gè)重要組成部分，實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)如下：
（1）幫助學(xué)生熟悉衛(wèi)星通信載荷和智能天線系統(tǒng)的主要組成，掌握衛(wèi)星通信過程中用戶捕獲、用戶跟蹤、通信基帶信號處理等基本工作原理，提高學(xué)生的衛(wèi)星通信載荷認(rèn)知能力。
（2）幫助學(xué)生熟悉衛(wèi)星通信上行鏈路設(shè)計(jì)的基本原理，掌握衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信方式、天線陣列、衛(wèi)星鏈路計(jì)算、賦形波束配置等設(shè)計(jì)方法，提高學(xué)生的衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。
（3）幫助學(xué)生熟悉數(shù)字波束形成和抗干擾基本原理、掌握衛(wèi)星通信的波束捕獲和跟蹤、空域抗干擾、抗雨衰干擾綜合設(shè)計(jì)方法，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力。
實(shí)驗(yàn)要求
（1）專業(yè)與年級要求
本實(shí)驗(yàn)所屬課程為《通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)》，是南京理工大學(xué)通信工程專業(yè)骨干實(shí)驗(yàn)課程。本實(shí)驗(yàn)課程面向通信工程專業(yè)大三和大四學(xué)生必選，以及其他電子信息大類專業(yè)學(xué)生任選。
（2）基本知識和能力要求
本實(shí)驗(yàn)課程先修理論課程包括：《通信原理》和《通信系統(tǒng)》二門專業(yè)必修理論課程，《衛(wèi)星通信系統(tǒng)和技術(shù)》專業(yè)選修課程。
（3）學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程之前所需掌握的主要能力和知識結(jié)構(gòu)
（a）要求學(xué)生掌握通信系統(tǒng)的基本組成，數(shù)字通信的基本調(diào)制方式、通信誤碼性能等。
（b）要求學(xué)生掌握衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成和通信鏈路計(jì)算方法，初步了解衛(wèi)星通信中的空域抗干擾和雨衰對信道的影響。
（c）要求學(xué)生初步了解陣列天線和陣列信號處理（尤其是數(shù)字波束形成）的基本原理。
在實(shí)際教學(xué)中，本實(shí)驗(yàn)不僅應(yīng)用于《通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)》課程，相關(guān)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)還應(yīng)用于《衛(wèi)星通信系統(tǒng)和技術(shù)》選修課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。值得一提的是，由于本項(xiàng)目的知識角提供了大量文獻(xiàn)、視頻學(xué)習(xí)資料，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，能夠較好的完成本實(shí)驗(yàn)所有環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。
