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      衛星通信載荷波束形成與抗干擾虛擬仿真實驗

      衛星通信載荷波束形成與抗干擾虛擬仿真實驗

      實驗簡介該項目采用虛擬仿真手段模擬衛星通信載荷智能天線系統的數字波束形成和抗干擾設計。學生在學習衛星通信、天線和陣列信號處理等知識基礎上,針對平臺發布的衛星通信任務,進行通信鏈路計算,設計合適的通信調制方式、載荷天線增益、陣元排布、陣列排布等。完成衛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計,提高學生解決復雜工程問題能力。實驗效果以波束方向圖、通信星座圖、眼圖、語音播放等形式實時同步呈現。通過觀察和對比不同條件下的通信效果,理

      南京理工大學

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      實驗簡介


      該項目采用虛擬仿真手段模擬衛星通信載荷智能天線系統的數字波束形成和抗干擾設計。學生在學習衛星通信、天線和陣列信號處理等知識基礎上,針對平臺發布的衛星通信任務,進行通信鏈路計算,設計合適的通信調制方式、載荷天線增益、陣元排布、陣列排布等。完成衛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計,提高學生解決復雜工程問題能力。實驗效果以波束方向圖、通信星座圖、眼圖、語音播放等形式實時同步呈現。通過觀察和對比不同條件下的通信效果,理解衛星通信和陣列信號處理的關鍵理論知識。該項目是仿真環境下的真實驗,核心要素逼真度高,具有較強的視聽覺效果;通過隨機設置通信參數、用戶和干擾信號位置、雨衰特性等,實現實驗任務和學生設計的互動,富有趣味性和挑戰性。



      設計原則


      衛星通信的基礎設施建設是服務國家“新基建”戰略需求,衛星通信系統方面的專業人才培養是國家經濟和國防建設的迫切需要。衛星通信系統及其相關實驗是通信工程專業必修課程《通信系統》和《通信系統綜合實驗》的核心教學內容,其中,衛星通信載荷的數字多波束和抗干擾信號處理更是衛星通信的難點,其涉及到的理論知識點多、技術復雜,學生理解起來難度大。這部分內容無法給學生開設實體實驗,不僅因為代價太大,還涉及到難以解決的安全、保密、實驗結果觀測等問題。針對上述問題,團隊以相關科研和教學成果為基礎,遵照“能實不虛,虛實結合”的原則自主研發了“衛星通信載荷波束形成與抗干擾虛擬仿真實驗”項目,基本設計原則如下:

      (a)堅持以學生為中心的教學理念,實驗方案采用了問題導向的設計方法,實驗情景吸引力強。本實驗項目圍繞衛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行綜合設計,將知識學習和能力提升有機融合,培養學生解決復雜工程問題的綜合能力和探究式的思維方式。

      (b)本實驗項目的實驗效果以波束方向圖、通信星座圖、眼圖、語音播放等形式實時同步呈現。通過觀察和對比不同條件下的通信效果,理解衛星通信和陣列信號處理的關鍵理論知識。

      (c)本實驗項目將最新科研成果轉化成教學資源,該項目是仿真環境下的真實驗,核心要素逼真度高,具有較強的視聽覺效果;通過隨機設置通信參數、用戶和干擾信號位置、雨衰特性等,實現實驗任務和學生設計的互動,富有趣味性和挑戰性。

          (d)融入課程思政元素,潤物細無聲,培養學生的家國情懷。把我國發展衛星事業的艱辛歷程、老一輩軍工人服務國家、獻身國防的先進事跡收錄在實驗項目的在線“知識角”中。學生通過自主學習,激發愛國情懷,增強民族使命感和責任感。



      實驗目的


      本虛擬仿真實驗項目采用虛擬仿真手段模擬衛星通信載荷智能天線系統的數字波束形成和抗干擾設計,是《通信系統綜合實驗》專業實驗課程中的一個重要組成部分,實驗課程目標如下:

      (1)幫助學生熟悉衛星通信載荷和智能天線系統的主要組成,掌握衛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,提高學生的衛星通信載荷認知能力。

      (2)幫助學生熟悉衛星通信上行鏈路設計的基本原理,掌握衛星通信系統的通信方式、天線陣列、衛星鏈路計算、賦形波束配置等設計方法,提高學生的衛星通信系統設計能力。

      (3)幫助學生熟悉數字波束形成和抗干擾基本原理、掌握衛星通信的波束捕獲和跟蹤、空域抗干擾、抗雨衰干擾綜合設計方法,提高學生解決復雜工程問題能力。



      實驗要求


      (1)專業與年級要求

      本實驗所屬課程為《通信系統綜合實驗》,是南京理工大學通信工程專業骨干實驗課程。本實驗課程面向通信工程專業大三和大四學生必選,以及其他電子信息大類專業學生任選。

      (2)基本知識和能力要求

      本實驗課程先修理論課程包括:《通信原理》和《通信系統》二門專業必修理論課程,《衛星通信系統和技術》專業選修課程。

      (3)學生學習本門課程之前所需掌握的主要能力和知識結構

      (a)要求學生掌握通信系統的基本組成,數字通信的基本調制方式、通信誤碼性能等。

      (b)要求學生掌握衛星通信系統組成和通信鏈路計算方法,初步了解衛星通信中的空域抗干擾和雨衰對信道的影響。

      (c)要求學生初步了解陣列天線和陣列信號處理(尤其是數字波束形成)的基本原理。

      在實際教學中,本實驗不僅應用于《通信系統綜合實驗》課程,相關實驗環節還應用于《衛星通信系統和技術》選修課程的實驗教學。值得一提的是,由于本項目的知識角提供了大量文獻、視頻學習資料,學生通過自主學習,能夠較好的完成本實驗所有環節的實驗任務。

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