测绘工程专业“雷达干涉测量”课程教学探讨

温扬茂，许才军，刘 洋

(1. 武汉大学 测绘学院，湖北 武汉 430079；2. 武汉大学 地球空间环境与大地测量教育部重点实验室，湖北 武汉 430079；3. 地球空间信息技术协同创新中心，湖北 武汉 430079)

雷达干涉测量(Interferometric SAR, InSAR)是正在发展中的极具潜力的大地测量技术，它能够全天候、全天时获取高精度、连续覆盖的地面高程、地表形变及其物性变化信息[1]。近30年来，雷达干涉测量技术已在地形测绘、全球环境变化(冰川消融、冻土退化、冰川漂移、极地冰层变化等)、灾害监测评估(地震地壳形变、火山运动、山体滑坡、区域地面沉降等)、能源资源勘查(油气田开采、矿产资源开采、二氧化碳地下存储、地下水抽采等)等相关领域得到广泛应用，取得一系列重要成果。雷达干涉测量作为独特的基于面观测的空间大地测量新技术，可有效补充已有的基于点观测的低空间分辨率大地测量技术，如全球卫星导航系统(GNSS)、甚长基线干涉(VLBI)和精密水准等，是一种经济的空间对地观测新手段[2]。

随着雷达干涉测量的应用越来越广泛，为培养厚基础、宽口径、强能力和高素质的测绘工程专业人才，武汉大学、中南大学、中国矿业大学等国内高校陆续开设了“雷达干涉测量”课程[3-5]。本文以武汉大学开设的“雷达干涉测量”课程为例，详细介绍该课程的课程特点和教学内容。同时根据教学过程中遇到的问题，在教材建设、教学内容、教学设计、教学形式和教学方法等方面进行探讨。

1 课程特点

武汉大学的“雷达干涉测量”课程是测绘学院测绘工程专业的专业选修课程，开设在大学三年级。该课程以雷达干涉测量的新成就和新发展为着眼点，着重阐述雷达干涉测量的基本理论、关键技术与主要实现算法。通过该课程的学习，使学生整体了解雷达干涉测量的发展概况，掌握扎实的雷达干涉测量基础理论和基本技能，培养学生的创新思维和实践动手能力，能够在将来的岗位上从事雷达干涉测量数据处理与分析工作，并为进一步研究相关地球科学问题打下坚实的基础。

“雷达干涉测量”是一门具有明显学科交叉特点的课程。雷达干涉测量本质上是一门应用技术，需要在各个领域的应用中体现其价值，其学科交叉性主要体现在：①测绘遥感学科，其将雷达干涉测量技术作为一项新的测绘遥感技术，以此来强化信息化测绘的学科内容；②雷达技术学科，包括通讯工程、电子电气工程、雷达工程等专业，它们将雷达干涉测量作为一种外延技术；③地球科学，如地球物理、自然灾害、水文地质、地球环境等学科，雷达干涉测量可为其提供一种经济的空间对地观测新途径。因此，目前开设“雷达干涉测量”课程的学校既包含有传统测绘类院校，如武汉大学、中南大学、中国矿业大学等，也包含有北京大学、国防科技大学、西南交通大学、北京师范大学、北京理工大学和北京航空航天大学等相关院校。

“雷达干涉测量”课程是一门知识迅速发展中的课程[1]。目前，雷达卫星的成像模式呈现多元化态势，如我国高分三号雷达卫星，它不仅包含有传统的条带、扫描成像模式，而且还可在聚束、条带、扫描、波浪、全球观测、高低入射角等多种成像模式下自由切换，这些不同成像模式数据的干涉处理需要采用不同的处理技术。而且，传统雷达干涉测量技术在趋于成熟的同时，延伸发展出永久散射体干涉(PSI)、短基线集干涉(SBAS)、层析SAR(TomoSAR)、分布式干涉(SqueeSAR)、方位向干涉(MAI)、偏移量跟踪和极化InSAR等新技术，这些新技术不断拓宽雷达干涉测量的应用领域。此外，雷达干涉测量技术的基础理论研究还在进一步深入，建立了更为严密的函数模型和随机模型等。掌握这些最新雷达干涉测量技术发展动态将大大拓展学生视野，开拓学生的思路，使学生体会到雷达干涉测量应用的巨大前景和价值，从而以更高的积极性和热情投入到学习中。

“雷达干涉测量”课程是一门实践性很强的课程，主要体现在雷达图像的可见性、雷达干涉测量数据处理过程的现势性、雷达干涉测量处理结果的解译、雷达干涉测量处理软件使用和面向特定领域的应用等方面。“雷达干涉测量”课程无论在基础算法，还是在软件工具运用上都重视技能训练，强调理论联系实际，在实践中加深对理论知识的理解，体现“学思结合、知行统一”[6]。为此，在教学过程中，为了让学生全方位接触雷达干涉测量的各个环节，在大板块的课堂理论教学结束之后，安排有相应的实践课程，通过实践来加深对相关知识的理解，培养学生的实际动手能力，激发学生的求知欲。

2 教学内容

从基础性、综合性、应用性的角度出发，武汉大学测绘工程专业开设的“雷达干涉测量”课程采用课堂教学为主、实践教学为辅的教学形式。原课程教学大纲安排有45学时，其中课堂教学36学时，实践教学9学时。为进一步深化本科教学改革，创新人才培养模式，提高本科教育和人才培养质量，按照“武汉大学2017年的本科人才培养方案修订的指导意见相关要求”，课程组对课程教学大纲进行了修订，新课程大纲将总学时调整为32学时，其中课堂教学26学时，实践教学6学时。

2.1 课堂教学内容

“雷达干涉测量”是一门现势性、发展性很强的课程，为了适应国内外雷达干涉测量技术的迅猛发展，在制定“雷达干涉测量”课程课堂教学内容时，着重论述基本概念、基本理论、基本知识和基本技能，以雷达干涉测量的关键算法实现和应用为重点，并充分反映雷达干涉测量技术的当前发展前沿。测绘工程专业“雷达干涉测量”课程的课堂教学内容见表1。

2.2 实践教学内容

在课程学时数有限的情况下，如何正确处理好课堂教学与实践教学的关系显得非常重要。在课程的实践教学中，应以培养学生的综合素质为目的，精心设计实验项目和实验方案，改变传统的实验教学方法，转换主体，让学生“从做中学”，构建起新的实践教学模式[7]。根据测绘专业“雷达干涉测量”教学内容的需要，本课程设置有3个实验(见表2)。通过6个学时的实践教学，使学生掌握雷达干涉测量的关键算法及实现，帮助学生更好地理解雷达干涉测量的基本理论，培养学生的工程实践技能。

表1 “雷达干涉测量”课程课堂教学内容及学时安排

表2 “雷达干涉测量”课程实践教学内容及学时安排

3 教学建议

3.1 编写适合测绘工程专业的教材

作为一门具有学科交叉特点的课程，“雷达干涉测量”在各个学校开设的时间不长，目前还没有一本或者一套完整的适合测绘工程专业的教材。多数院校所使用的“雷达干涉测量”教材[8-10]编写于本世纪初，而雷达干涉测量本身则随着相关领域的发展而不断向前发展，致使教材中的内容明显滞后，许多最新的技术方法和知识，如目前热门的宽幅SAR、子孔径干涉、时序InSAR、极化InSAR等，都未能及时编入教材。

因此，为了课程教学的系统性和完整性，便于学生学习，当务之急是编写一本或一套，以“复合型、宽口径、高素质”为原则，适合测绘工程专业特点的“雷达干涉测量”教材。新教材应剔除陈旧过时的内容，着重介绍雷达干涉测量的最新研究成果和发展动态，培养学生的综合素质和创新能力，真正反映现今雷达干涉测量的基本原理、方法与内涵，保持教学内容的现势性，以利于承前启后，加速雷达干涉测量学科的发展。

3.2 合理规划与安排相关先导课程

“雷达干涉测量”课程的基础先导课程主要包括高等数学和大学物理，此外还涉及误差理论与测量平差基础、数字图像处理、数字信号处理、遥感原理与应用、高级程序设计等课程。然而，在教学过程中发现有学生对部分相关基础知识理解的不够深入，使得教师在教学过程中需要补讲部分先导课程的内容。例如，在SAR工作原理的教学过程中，针对学生的理解情况，任课教师通常需要补充脉冲压缩技术、合成孔径技术、雷达成像原理和实现算法等微波遥感方面的知识；在SAR影像配准的实践教学过程中，为了让学生能顺利的编写出影像配准参数求解程序，通常需要补充最小二乘平差和粗差探测等测量数据处理方面的知识，这些都在一定程度上影响了有限教学时间内的教学进度安排。因此，对于选修本门课程的学生，应事先对相关先导课程进行合理规划，统筹安排，为课程学习储备足够的背景知识。同时，学生还可以根据任课教师提供的参考书目在课前进行自学、课后进行扩展阅读，拓宽自己的知识面，培养自主学习的能动性。此外，部分先导课程的教学形式也应有所改变，应更加突出学生动手能力的培养，提高学生解决实际问题的能力。

3.3 多元化教学方法的使用

目前，随着学校教学设备的现代化，多媒体教学逐步取代传统的板书教学。然而，尽管多媒体教学具有直观、生动、形象的特点，可以将课堂上文字叙述不变的内容用幻灯片或动画展示出来，但是如果教师过于依赖多媒体课件，仍然会出现教师在课堂上唱“独角戏”的现象，从而导致师生互动不足，不能充分调动学生学习的积极性。因此，课程组在进行课程教学时，采取在每个知识点后引入相关文献资料，将以往的习题部分改为文献阅读与专题讨论，充分发挥学生的自主学习能力。通过将书本知识讲授与文献阅读相结合，既强化了学生动手独立解决实际问题的能力，同时也锻炼了其表达和演讲能力[11]。

同时，由于“雷达干涉测量”课程是实践性很强的一门学科，但是学生缺少相关的实际经验，导致对某些内容难以理解，为此，课程在完成理论教学后，安排有相应的实验内容，将理论教学与实践活动相结合，进一步启发、激励和培养学生的学习兴趣。最终，在“雷达干涉测量”课程实施过程中，课程组形成了集“课堂讲授、自主学习、创新性实验”于一体的教学模式，以期全面培养学生的创新性思维。

4 结束语

当前全球雷达干涉卫星发展迅猛，尤其是中国的雷达干涉卫星的迅速发展，雷达干涉测量在众多领域发挥着越来越重要的作用。本文简要介绍了武汉大学“雷达干涉测量”课程的课程特点和教学内容，给出了测绘工程专业开展该课程教学的一些建议，可为相关院校开设该课程提供有益参考。为了适应现代测绘教育改革的需要，培养出适应经济和社会发展需要的“高品质、国际化、创新型”高级测绘专业人才，“雷达干涉测量”课程教学仍需要不断改革创新，紧跟行业和时代发展的步伐。