摘要：围绕航天测控原理课程教学内容，通过传感器选择和控制系统设计、测控系统报文传输两个具体的工程应用实例的讲解，将理论知识点有机地融合进具体的应用中，使课堂氛围活跃起来。同时，结合航天精神，使思政教育进课堂，在润物无声中传递中国的航天精神，培养学生从事祖国航空航天高精尖专业的责任感和荣誉感。
关键词：航天测控；课程改革；教学实例；思政教育
航天测控原理课程是北京理工大学宇航学院面向航天工程和探测、制导与控制两个本科专业的专业必修课，主要讲授内容包括航天测控原理的基本概念、理论和方法，测控系统分析及设计技术；航天测控系统用传感器的原理及应用设计方法，如加速度传感器、角速度传感器、姿态传感器；航天器多种参数测量原理和系统设计方法，如距离、速度、角度、加速度；航天器控制系统原理和测试系统设计方法，如航天器姿态控制原理、航天器轨道控制基础和最优控制原理；航天测控系统总体设计原理及系统总体设计方法，计算机测控应用软件设计方法等。长期以来，航天测控原理以章节串行的方式进行理论知识讲授，课堂内容饱满、层次分明，十余年间在校学生受众近千人，深受好评。但常规的课堂知识传导方式并不能使学生在理论知识和工程实践二者之间做到无缝对接，由于实践经验薄弱，理论知识如何在工程中具体应用并不总是能得到很好地理解。随着新一轮科技革命和产业革命的来临，国家也提出了“中国制造2025”“新工科建设”等一系列国家战略[1-3]。因此，在新的时代背景下，主动发挥教师的主观能动性，有意识地将理论知识融合到具体的工程应用实例中，使抽象的知识“活”起来、“动”起来。拓展、革新工科课程的讲授内容与方式，结合课堂思政教育，契合“新工科”的内涵[1,2]，是学习贯彻新时代中国特色社会主义思想，落实创新人才培养的重要举措，也是新时代培育复合型创新人才的重要体现[4,5]。
1传感器选择与控制系统设计案例教学
在课堂授课中讲解传感器的选择时，如加速度计、角速率陀螺等传感器，传感器的带宽、自振频率等相关参数比较枯燥，学生兴趣不高。为了提高教学效果，这里以某型飞行器控制系统设计为例，讲解加速度计、角速率陀螺这两种传感器的选择依据以及传感器的性能对控制系统性能的影响。一般而言，若飞行器的飞行速度为900m/s，自振频率ωm为20rad/s，阻尼为0.08。参考图1的控制系统原理框图，作为执行机构，舵机自振频率应大于飞行器自振频率的5倍，这里选为220rad/s，阻尼选为0.65；角速率陀螺和加速度计是飞行器上角速率信号和加速度信号的测量器件，其选择依据应与被测对象的特性结合起来。根据上述飞行器在控制点的频率特性，角速率陀螺和加速度计频率特性应快于被测对象的10倍，这里角速率陀螺和加速度计的自振频率均选为300rad/s，阻尼为0.65，可以估算，所选的角速率陀螺和加速度计的带宽和其自振频率基本相当。根据图1，假设其在执行机构处断开的开环穿越频率分别设计为35rad/s和40rad/s，则执行机构、角速度陀螺和加速度计引起的控制系统相位滞后见表1。需要注意的是，由于角速率陀螺和加速度计对开环系统的相位滞后是并联，因此计算系统总的相位滞后时仅计算一项即可。上述案例分析表明，传感器的选择应结合被测系统的控制需求，这就要求对被测对象的性能参数很熟悉，才能事半功倍。通过上述实际的案例教学，使学生对传感器的选择依据更容易理解，也能更好地融会贯通、学以致用，对特定知识形成深刻记忆。
2遥测报文之测控系统报文传输实例教学
在遥测部分的教学内容中，关于PCM遥测格式通常都是讲解比特、字、帧、格式、字长、帧长、格式长以及遥测格式布局等内容。没有经验的教学人员很难将此部分内容讲解透彻，因此学生出现理解困惑也很正常。为了能使学生切实理解此部分内容，笔者在课堂教学的过程中直接采用了实例的教学方式，以某地面测控系统需求为背景，讲解制订系统报文传输的格式协议，以及协议中对应内容的具体含义，直观且形象生动，极大地提升了课堂教学效果。某地面测控系统的布局如图4所示。在指挥点A处有测控计算机A和无线电传输设备A，在观测点B处有地面观测装置、测控计算机B以及无线电传输设备B。此测控系统的任务是指挥点A对观测点B下达观测指令，观测点B将所获取的信息传输到指挥点A，形成信息交互的闭环测控系统。所制订的传输报文格式见表2。数据采用RS232C串口传输，无校验位，8位数据位，1位停止位，波特率为115200bps，数据传输时低字节在前、高字节在后。数据报头是整个报文的标识，通常用“EB90”两个十六进制的数据表示；数据长度指不包含数据头(EB90)的其他字节数，共两个字节，低字节在前，高字节在后；收站、发站各一个字节，用于约定数据传输物理来源的地址；命令字为一个字节，用于指定每一条报文数据所代表的特定意义；信息的数据长度可根据正文内容的不同自动计算；代码和通过采用特定的数据算法，对发送/接收到的数据进行计算并对计算结果进行比对，防止数据传输过程中受到干扰而得到错误的数据。通过具体的实例教学，活跃了课堂气氛，增强了学生的学习兴趣，提升了教学效果。
3结合航天精神的课堂思政教育
思政教育进课堂是本科教育的新时代特色，也是践行新时代中国特色社会主义思想的具体体现。根据专业特色，航天测控原理课堂思政教育围绕国家提出的“探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国”号召，以及“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的航天精神等两大主题，根据航天测控原理讲授的具体内容，将航天精神有意识地融合进知识背景中，在传授具体知识的同时，润物无声地传递中国的航天精神。
4结语
本文围绕航天测控原理课程教学内容，通过工程应用实例的讲解，将理论知识点有机地融入具体的应用中，使抽象的理论知识物理化、形象化，在加深学生理解程度的同时，使课堂氛围活跃起来。与此同时，结合航天精神，使思政教育进课堂，在润物无声中传递中国的航天精神，培养学生从事祖国航空航天高精尖专业的责任感和荣誉感。
参考文献
[1]陈文琪,张薇.“新工科”建设背景下工科专业内涵建设研究[J].科教热点,2018,35(12):5-6.
[2]孟祥斌,张倩,田卫华,等.新工科背景下应用型工科高校创新+创业人才培养模式研究[J].沈阳工程学院学报:社会科学版,2019,15(1):117-130.
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[4]李娜,龚星宇.基于工程教育本质的教学改革与实践[J].物联网技术,2017(12):96-98.
[5]邓利军,向立明,刘祯,等.“新工科”背景下的理工科课程思政[J].科技视界,2018(29):175-176.
作者:王辉 王武刚 王伟 单位:北京理工大学宇航学院 西北工业集团有限公司
