案例分享 | 卫星通信载荷波束形成与抗干扰虚拟仿真实验

背景与痛点

卫星通信的基础设施建设是服务国家“新基建”战略需求，卫星通信系统方面的专业人才培养是国家经济和国防建设的迫切需要。

卫星通信系统及其相关实验是通信工程专业必修课程、《通信系统》和《通信系统综合实验》的核心教学内容。

其中，卫星通信载荷的数字多波束和抗干扰信号处理更是卫星通信的难点，其涉及到的理论知识点多、技术复杂，学生理解起来难度大。这部分内容无法给学生开设实体实验，不仅因为代价太大，还涉及到难以解决的安全、保密、实验结果观测等问题。

解决方案

针对上述问题，南京恒点信息技术有限公司与南京理工大学以相关科研和教学成果为基础，遵照“能实不虚，虚实结合”的原则共同研发了“卫星通信载荷波束形成与抗干扰虚拟仿真实验”项目，采用虚拟仿真手段模拟卫星通信载荷智能天线系统的数字波束形成和抗干扰设计，以逼真的视听效果强化沉浸式学习体验，实现实验任务和学生设计的互动，富有趣味性和挑战性。

学生在学习卫星通信、天线和阵列信号处理等知识基础上，针对平台发布的卫星通信任务，进行通信链路计算，设计合适的通信调制方式、载荷天线增益、阵元排布、阵列排布等。完成卫星通信载荷的波束捕获和跟踪、空域抗干扰、抗雨衰干扰三种典型场景的综合设计，提高学生解决复杂工程问题能力。

实验效果以波束方向图、通信星座图、眼图、语音播放等形式实时同步呈现。通过观察和对比不同条件下的通信效果，理解卫星通信和阵列信号处理的关键理论知识。

设计原则

虚拟仿真实验坚持以学生为中心的教学理念，采用了问题导向的实验设计方法，实验情景吸引力强。本实验项目围绕卫星通信载荷的波束捕获和跟踪、空域抗干扰、抗雨衰干扰三种典型场景进行综合设计，将知识学习和能力提升有机融合，培养学生解决复杂工程问题的综合能力和探究式的思维方式。

实验效果以波束方向图、通信星座图、眼图、语音播放等形式实时同步呈现。通过观察和对比不同条件下的通信效果，理解卫星通信和阵列信号处理的关键理论知识。

将最新科研成果转化成教学资源，该项目是仿真环境下的真实验，核心要素逼真度高，具有较强的视听觉效果；通过随机设置通信参数、用户和干扰信号位置、雨衰特性等，实现实验任务和学生设计的互动，富有趣味性和挑战性。

融入课程思政元素，润物细无声，培养学生的家国情怀。把我国发展卫星事业的艰辛历程、老一辈军工人服务国家、献身国防的先进事迹收录在实验项目的在线“知识角”中。学生通过自主学习，激发爱国情怀，增强民族使命感和责任感。

结语

恒点不断深化校企合作，以高度仿真的核心要素组织仿真环境下的实验教学，并致力于打造更加智能、个性化和多元化的教学环境，为院校教学培训提供更好的服务和支持，推动卫星通信专业教育迈向新高度，为全球航天事业与通信产业发展输送高素质专业人才。