提高《雷达成像技术》课程教学质量的几点建议

吴迪　雷磊

摘要：分析了《雷达成像技术》课程的特点以及该该课程在提高教学质量中存在的难点，并针对这些问题，提出了几点思考性建议。主要包括第一节课的安排、课堂互动讨论、加强实验环节、定期综合实践和理论升华、引导创新五个方面。这五个点相互联系、互为补充，可以有效发挥教师的主导作用和调动学生学习的主观能动性。教学实践结果表明，这些建议能够有效提高了教学质量，在培养学生的思维能力、实践能力和创新能力方面均取得了较好的效果。

关键词：教学方法；雷达成像技术；创新能力

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）01-0086-02

1 概述

近年来，我国国防事业快速发展，雷达信号处理领域人才需求不断增加。因此，为以雷达研究、生产为主要任务的国防单位培养优秀人才成为了许多高校的一项紧迫任务。在众多雷达技术中，成像技术将传统雷达中的“点”扩展为了二维图像，使雷达具备了如同光学照相机一样的测绘功能，是雷达技术发展的里程碑[1]。因此，近二十年内我国多家研究单位纷纷展开了相关研究，极大地推动了此项技術的发展。在这种背景下，许多高校纷纷开设了《雷达成像技术》这一具有鲜明国防特色的专业课程。该课程主要内容为合成孔径雷达（SAR）成像所涉及的原理、数据采集、信号处理等，通过这一课程的学习，可以使学生初步掌握SAR这一体制雷达的基本原理以及常用的信号处理方法，为进行深入的研究打下基础。

《雷达成像技术》课程体系的内容主要包括匹配滤波器技术、合成孔径原理、雷达成像原理、雷达成像算法等几部分[2，3]。在雷达成像的教学和研究中，合成孔径原理以及雷达成像原理具有专业性、理论性强的特点[4]，需要学生不仅具有扎实的信号处理基础，还需了解雷达原理的部分内容，这一点也是很多学生在该课程学习过程中信心不足的原因；同时、各种雷达成像算法涉及的信号处理流程极为复杂，抽象性很强，学生难以全面掌握该项技术。因此，作者在该课程教学实践的基础上，提出了五点提高教学质量的建议，包括第一节课的安排、课堂互动讨论、加强实验环节、定期综合实践和期末理论升华，这五点建议相互补充、能够达到推进学生对雷达成像技术的理解，并最终运用该项技术的教学目的。

2 《雷达成像技术》教学实践存在的问题

作者在该课程的教学实践过程中，发现现有《雷达成像技术》课程的教学环节存在以下问题：

1） 学生学习兴趣不高。

“雷达”一词所带有的浓厚军事、国防色彩使得该课程具备很强的专业性，且雷达与无线通信课程中手机、对讲机等事物相比，生活中并不常见；加之飞机、卫星等遥不可及的雷达搭载平台，使得学生觉得该课程和自己的生活相距甚远，容易产生“不知为何为学”的观点，直接导致学习兴趣下降。

2） 学生处于被动接受知识状态，易产生厌学情绪。

当前《雷达成像技术》课程的课堂教学，仍然以传统的教师讲授的为主，学生处于被动接受知识与理论的状态。然而，雷达成像自身就是一项理论性极强的技术，如进行雷达回波信号建模和雷达成像算法部分内容讲解时，不可避免地要遇到大量数学推导，当整版枯燥的数学公式摆在学生面前时，厌学情绪自然容易滋生。此外，由于该课程理论前后联系紧密，环环相扣，一个环节学的不扎实，就会直接造成此后内容理解的困难。这些都会再次降低学生学习的兴趣与积极性，导致教学效果下降。

3） 课堂内容陈旧，显著落后于学科前沿科技。

当前《雷达成像技术》选用教材中大部分内容的共同特点即为技术成熟但理论陈旧，如80年代提出经典RD成像算法，90年代提出的Chirp-scaling成像算法等。事实上，雷达成像在学术界一直是近年来的热门技术，许多新算法、新概念层出不穷。对雷达成像及雷达信号处理领域学科前沿技术缺乏了解，直接导致了学生创新思维不活跃，难以突破现有理论，获得创新性的成果。

3 提高《雷达成像技术》教学质量的五点建议

针对上节提出问题，作者在该课程教学实践的基础上，提出了五点提高该课程教学质量的建议。

3.1 上好第一节课，充分激发学生兴趣

与其他传统课程相比，《雷达成像技术》的第一节课尤为重要，是建立学生学习信心、培养兴趣、激发热情地关键一步。针对该课程专业性极强、内容抽象的特点，授课者应在第一节课安排具有极强冲击甚至震撼效果的内容。与其照本宣读地介绍SAR的分辨率能够达到哪个数量级，不如直接给学生展示一些高分辨率SAR图像，如图1所示的SAR图像，且所展示的图像最好是授课者自己的科研成果。由于现阶段国内高校这一课程的教学者绝大多数同时为SAR技术的研究者，故这一步并不难完成。同时，授课者要善用比喻与类比，将雷达、雷达成像过程与日常生活中的事物巧妙联系起来，如，将雷达成像与光学照相机作对比，从各个指标进行比较，最终得出“雷达是一个很昂贵的高分辨率照相机”结论，通过这种方式可以逐步揭开雷达神秘的面纱，拉近与广大在校学生之间的距离。

图1 雷达图像

3.2 课堂互动讨论

《雷达成像技术》课程的学习重点是雷达成像过程的理解，雷达成像算法的掌握及应用，在课堂教学过程中，学生厌学心理的主要来源即为大量的理论分析、数学公式推导。因此，如何改变原有的学生被动接受模式，避免填鸭式授课，让学生真正参与到知识的传播中来，是授课者提高课堂质量的关键步骤。作者认为，教师的讲授时间不应占据整个课时，应适当在每节课留一些时间给学生，如在上课的前10分钟，让一些学生通过讲解的方式引导大家复习与总结，这样即可以巩固之前所学知识，同时对新的知识也起到预习的作用。此外授课过程中的节奏也要合理把握，尽量采用一些巧妙的方式避免连续不断的讲解和大量板书，同时，要及时的针对复杂内容提出一些具有启发效果的问题让学生回答，这样既能够让学生更深入理解内容，又能够达到集中注意力的目的。

此外，在每一部分知识点学习结束后，应安排一节专门的讨论课。由教师确定主要议题，但要以学生为主角，自由发言，谈对课程的理解，分享新观点。教师最后对学生发言进行评论，梳理该部分内容的核心理论、关键技术，从而实现进一步加深学生理解的目的。

3.3 加强实验环节

由于课堂教学侧重于理论理解，属于“纸上谈兵”阶段，学生对课程知识的认识很容易随着时间的推移而慢慢消退，难以转化为实用的技术。因此，作者认为，实验环节是该课程的重中之重，教学者应给予足够重视。受一些条件的限制，目前该课程的实验基本以点目标的仿真为主，即在MATLAB软件平台上，将仿真的雷达回波数据通过成像算法变为清晰的点目标。针对这一方法，作者认为可以采取两点改革。第一，实验平台完全可以不拘泥于MATLAB，而是让学生自己选择熟悉、感兴趣、擅长的平台，如C平台，IDL平台等，这样可以充分发挥学生自身的特长，提高效率；第二，点目标仿真的模式虽然能够很严谨的验证成像算法，但适当的加一些场景仿真，会更有利于学生学习兴趣的提高，在条件允许时，授课者如果能够提供一些实测的SAR数据，让学生通过自己的努力得到真实雷达图像，显然对学生自身的提高更为有利。

3.4 定期综合实践

“实践是检验真理的唯一标准”。经过一段时间的学习后，学生虽然能够对各种雷达成像算法较为熟悉，但对整个雷达成像理论的物理过程仍缺乏完整、深入的认识。学生们往往无法确定各类成像算法之间的本质联系、算法性能之间的差异、具体的算法的应用条件等，更不用说自己去设计成像处理流程了。因此，必须通过实践强化，加强学生对成像技术理解，实现理论到技术的真正转化，使学生具备自主设计成像信号处理流程的能力。授课者可设定成像所需达到的性能指标（如分辨率、运算效率等）以及雷达系统指标（如载频、脉冲重复频率等），让学生自己选择与设计成像算法，并将不同学生算法所得结果进行对比讨论，从而使学生对各种算法的优势与缺陷印象更为深刻，对雷达成像理论理解更为全面。

3.5 升华理论，引导创新

经过一个学期的学习，学生对雷达成像技术有了一个比较深入的理解。但是，由于国防科学技术的迅猛发展，雷达成像课程所授知识已近显著落后于学科前沿。为了让学生了解学术前沿，学期末时，应指导学生撰写一份该课程的技术报告。其中，调研、查新过程应由教师进行指导，使学生能够获取大量最新资料。此后，应引导学生对资料进行总结归纳，并阐述自己的认识和理解。对于在学习中表现出很强创新能力、对理论有独特见解的学生，还可以进一步指导他们撰写相关学术论文，申请相关专利，促进本学科的发展。

4 结束语

本文针对《雷达成像技术》教学过程中存在的若干问题展开研究，结合作者自身教学实践，提出了五点提高该课程教学质量的建议。实践结果表明，建议中的方法不仅能够显著提高学生对该课程的理解程度，改善学习效果，还能够引导创新，为学科的长久发展提供基础。

参考文献：

[1] D. A. Ausherman， A. Kozma，et al.Developments in radar imaging [J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，1984，20（4）：363-399.

[2] 劉永坦.雷达成像技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999.

[3] 保铮，邢孟道，等.雷达成像技术[M].北京：电子工业出版社，2005.

[4] I. G. Cumming， Frank H. Wong.合成孔径雷达成像-算法与实现[M].北京：电子工业出版社，2012.