浅议《雷达成像技术》课程教学改革

摘 要 雷达成像是当前雷达领域的重点发展方向，国家对该专业专门人才的需求很大。论文结合作者多年教学经验，針对雷达成像技术教学过程中存在的问题，分析了其存在的根源，并提出了若干针对性的课程改革意见。

关键词 雷达成像 课程教学 教学改革

中图分类号：G642.4 文献标识码：A

1概述

雷达，作为国家军工电子的标志产品，在现代信息化战争中发挥着主导作用。在国家强大经济实力的支持和广大科研人员的努力下，近年来雷达的各个领域都取得了一些标志性的成果。成像雷达，使雷达首次实现了对目标的两维高分辨观察，极大地扩展了雷达的功能，是当前雷达发展的重点方向。经过几十年的发展，我国雷达成像技术逐渐成熟。特别是“高分辨率对地观察系统”国家重大科技专项启动以来，国内各雷达主机所都加大了对雷达成像技术的研究。

国家雷达成像技术的蓬勃发展，对高校在雷达成像领域人才培养的数量和质量提出了更高的要求，为了适应这一要求，目前国内多所高校均开设了《雷达成像技术》这一个课程。作者所在单位是国内较早开设《雷达成像技术》课程的高校，作者从事该课程的教学工作也已经8年。下面，首先分析当前在《雷达成像技术》教学过程中存在的主要问题，然后提出几点针对性的改进意见。

2教学过程中目前存在的主要问题

2.1成像原理复杂，基础要求高

雷达成像，核心在于信号的相参处理。精确的相参处理要求雷达按匀速直线运动，实际上往往很难保证这种理想的假设，为此必须增加复杂的运动补偿。而且，实际上这种精确的补偿又要求雷达必须配备高精度的运动传感器，按目前国内实际传感器精度很难满足这一要求，因此精确高效的成像处理往往还需要从雷达回波中估计运动参数进行精确的运动补偿。因此，雷达成像处理被公认是雷达信号处理中最复杂的。这样复杂的处理，一方面要求学生要有足够的知识储备，尤其是雷达和信号处理方面的基础知识，另一方面，必须要有足够的学时才能够把雷达成像的核心原理讲透。但实际教学过程中，这两方面往往都很难满足。

2.2缺乏感性认识，难接地气

高校学生，没有实际工程经验，更没有见过雷达，讲《雷达原理》已经属于对牛弹琴，更别说更为复杂的《雷达成像》。虽然现在通过多媒体等手段可以一定程度上增加学生对雷达的感性认识，但终究只是视觉上的感官。如果学生能够实际接触雷达、操作雷达，无论从认知角度还是对学生兴趣的提升都是有极大的正面作用。但雷达在每个国家都属于保密产品，而且由于雷达成本昂贵，高校又很难有实力拥有自己的雷达系统，因此现有的雷达成像教学基本上都是理论教学。

2.3学生积极性不高

雷达属于国防高精尖技术，理论上对学生是有吸引力的。事实上学生对第一次课往往也充满期待。但经过几次课程后，一方面学生很难将书本知识跟实际联系起来，另一方面，由于受知识结构限制，往往越往后越难听懂，因此学生的学习积极性会急剧下降。还有就是现在还有相当一部分学生本身对学习兴趣就不高，如果老师不能将课程讲的生动有趣，确实很难调动他们的学习积极性。

2.4教材内容陈旧，不能反映技术前沿

目前主流雷达成像技术方面的教材，国外的主要是上世界90年代、国内主要是本世纪初出版的。而且主要内容大都局限于基本雷达成像算法，对运动补偿和自聚焦等内容的介绍较少。随着雷达成像技术的飞速发展，近年来出现了多基、多极化、多通道和视频SAR等许多新的技术，教学中如果不能让学生对学科前沿技术充分了解，会导致学生不能站在前人的高度上，难于获得创新性的成果。

3课程改革的几点建议

针对课程教学过程中存在的上述问题，下面提出几点针对性的改进建议。

3.1尊重学生已有知识结构

雷达成像，顾名思义，就是利用雷达来进行成像。因此学习雷达成像既需要雷达的基本知识，也需要成像的基础知识。目前开设雷达成像课程的基本都是电子信息类专业，学生对成像以及信号处理知识比较熟悉，对雷达却比较陌生，而目前几乎所有雷达成像的书几乎都是从雷达角度来介绍的。这导致学生由于基础知识缺乏而很难跟上教学的进度。如果能够从信号处理成像这种已有知识结构的角度来介绍合成孔径原理，学生相对更容易接受。作者近年来从傅里叶重构角度给学生解释合成孔径雷达提高分辨率的本质，通过从学生已知的基本原理出发，无需引入新的知识点，就能够将合成孔径雷达成像的本质讲清楚，学生普遍反映容易接受，经过几年的实践取得了很好的教学效果。

3.2多角度解释雷达成像本质

介绍雷达成像的本质，目前绝大部分教材都是从雷达天线孔径合成的方式来介绍，而对雷达成像算法的讲解，也主要专注于公式的推导。这样虽然可以使学生很快掌握算法的步骤并编程实现，但学生缺乏对算法本质的理解，学生对于为什么要这样处理还是一知半解。笔者在十多年的合成孔径雷达研究和教学过程中，发现至少可以从如下几个方面来理解合成孔径雷达。首先，我们可以基于初中数学解方程组的原理来解释高分辨率雷达成像，雷达每个脉冲一个距离延迟上的测量实际上对应一条弧线上（到雷达距离相等）的所有目标的累加，也就是我们每次可以测量多个代求量的和（一个包含多个未知数的方程），为了提取每个代求量，我们需要更多独立的方程，为此，雷达需要从不同角度对目标测量，只有这样，重新获得的测量才是独立的。有了多个独立测量（下转第96页）（上接第94页），就有可能解出每一个未知数。其次，我们也可以从傅里叶重构的角度来理解，要重构一个图像，可以先得到它的两维频谱，利用中心切片投影定理，我们可以得到雷达每个脉冲回波信号经过预处理后可以表示为目标两维频谱在对应视角的一个切片，为了获得一定的频谱支撑区，需要改变雷达观察目标的视角，也就是为什么雷达需要运动的原因。这样多角度解释合成孔径成像原理，能够让学生更充分地了解到成像分辨率提高的本质。

3.3微型无人机SAR演示

近年来，随着微波技术的进步，雷达小型化、低成本化成为现实，国内多个高校都已开发了微型SAR系统，同时，由于消费级无人机迅猛发展，给微型SAR提供了方便的搭载平台，使得高校自主组织试飞验证工作成为可能。笔者所在课题组目前就已经开发了一套微型SAR系统，通过搭载在多旋翼无人机上进行了多次挂飞实验，在国内首次获得了多旋翼无人机SAR分米级高分辨率对地成像能力。在雷达成像教学过程中，我们完全可以利用该系统，供学生参观了解，甚至让学生现场参与雷达挂飞实验。相信这会极大地提高学生学习的积极性。

4结束语

本文结合笔者多年《雷达成像技术》教学经验，对当前雷达成像技术教学过程中存在的几个问题进行了分析，提出了几点改进建议。后期，我们拟搭建一个专门用于教学的微型SAR演示验证平台。希望通过这种教学模式的改进，让学生不仅学到知识，更重要的是获得学习能力的提升。

参考文献

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