Этот курс представляет собой сквозную практическую программу по беспроводной связи для всех этапов обучения — от первого курса бакалавриата до магистратуры, разработанную на базе платформы «Tianwen Qiming» и визуального конструктора «Tianwen». Программа имеет ступенчатую структуру и поддерживает творческое мышление. Она охватывает четыре ключевых уровня обучения: базовое введение, анализ принципов работы, безопасность и защита от атак, инновационные исследования и разработки. Таким образом, курс преодолевает типичные недостатки традиционных лабораторных курсов по связи — фрагментарность, чрезмерную теоретизацию и однотипность. Основываясь на реальных радиосигналах из электромагнитной среды, курс сочетает в себе интерактивную визуализацию в реальном времени, стандартизированные проверочные испытания и открытые возможности для самостоятельной настройки экспериментов, формируя замкнутую систему практических занятий, основанную на принципах «постепенного продвижения», «практического применения знаний» и «самостоятельной инновационной деятельности». Курс может использоваться в различных учебных сценариях: повседневные занятия, практические тренинги, промежуточный и итоговый контроль, предметные олимпиады, выпускные квалификационные работы.
1. Ключевые особенности курса
Курс выходит за рамки традиционных лабораторных занятий по связи, где акцент делается преимущественно на теории, а практические навыки и инновации остаются в тени. Его основными особенностями являются сквозное многоуровневое обучение, практические занятия в условиях, приближенных к реальным, визуализация процесса обучения в реальном времени и поддержка открытых инноваций. В результате формируется полная цепочка подготовки специалистов — от базового понимания до углублённого профессионального мастерства, применения в области безопасности и самостоятельных инноваций.
(1) Сквозное обучение на всех этапах Охватывает весь период обучения — от первого курса бакалавриата до магистратуры, последовательно реализуя четыре уровня: базовое введение, анализ принципов, безопасность и защита от атак, инновационные исследования и разработки. Эксперименты на этих четырёх уровнях взаимосвязаны и постепенно усложняются, формируя целостную систему развития знаний и компетенций в области беспроводной связи.
(2) Практические занятия в реальной электромагнитной среде Использует реальные сигналы из электромагнитной среды, позволяя студентам проводить эксперименты в условиях, максимально приближенных к реальным, вместо ограничения только имитационным моделированием. Это существенно повышает инженерную подготовку и практические навыки.
(3) Визуализация процесса обучения в реальном времени С помощью визуального конструктора «Tianwen» обеспечивается немедленная интерактивная визуальная обратная связь, что позволяет преобразовать абстрактные принципы беспроводной связи в наглядные аудио- и визуальные образы, эффективно снижая порог вхождения в предмет.
(4) Стандартизированная система проверки и оценки Встроенные механизмы стандартизированной проверки и оценки поддерживают как текущий контроль успеваемости, так и комплексную оценку компетенций, обеспечивая количественную и прослеживаемую оценку качества обучения.
(5) Открытые возможности для самостоятельной инновационной деятельности Предоставляет гибкие возможности для самостоятельной настройки экспериментов, позволяя студентам разрабатывать собственные экспериментальные сценарии и строить системы беспроводной связи, тем самым полностью поддерживая подготовку высококвалифицированных специалистов с развитыми инновационными компетенциями.
2. Конфигурация курса
Курс использует комплексную конфигурацию «платформенная поддержка + программное обеспечение + аппаратное обеспечение + примеры практических задач», сочетающую стабильность, профессионализм и гибкость. Подробнее:
(1) Основная платформа Платформа «Tianwen Qiming» — вычислительная основа для сбора и обработки сигналов из реальной электромагнитной среды, обеспечивающая стабильную и бесперебойную работу лабораторных работ на всех этапах обучения.
(2) Основное программное обеспечение Визуальный конструктор «Tianwen» — графический, реконфигурируемый инструмент проектирования экспериментов, поддерживающий интерактивную визуализацию в реальном времени и возможность самостоятельной настройки экспериментов.
(3) Аппаратное обеспечение Комплект радиочастотных приёмопередающих устройств и систем определения направления на источник сигнала, обеспечивающий проведение занятий в классе, групповые практические занятия, а также удалённые или полевые эксперименты.
(4) База практических примеров Содержит 17 сквозных экспериментальных заданий, охватывающих четыре уровня: знакомство с основами, анализ сигналов, протоколы и безопасность, инновационная практика. Все примеры напрямую интегрированы в учебный и научно-исследовательский процессы.
Обзор уровней учебной программы:
3. Учебная программа и ключевые эксперименты
Программа построена по модульному сквозному принципу: четыре уровня экспериментов взаимосвязаны и последовательно усложняются; всего включает 17 ключевых экспериментов:
L1. Уровень знакомства с основами (1–2 курсы бакалавриата)
Фокусируется на формировании базовых представлений у начинающих. Эксперименты носят занимательный и упрощённый характер: приём FM-радио, двусторонняя радиосвязь рации, исследование спектра, перехват кодов пультов дистанционного управления. Эти практические задания помогают студентам быстро освоить такие ключевые понятия, как частотная модуляция, характеристики спектра, беспроводное кодирование и основные режимы беспроводной связи, закладывая фундамент для дальнейшего профессионального развития.
· FM-радиоприёмник: изучение частотной модуляции через интуитивно понятную аудиообратную связь при приёме FM-вещания.
· Двусторонняя радиосвязь рации: освоение основных режимов связи и принципов работы раций.
· Исследование спектра: изучение характеристик спектра и наблюдение распределения беспроводных сигналов в окружающей среде.
· Перехват кодов пульта ДУ: изучение принципов беспроводного кодирования, перехват и декодирование сигналов пультов дистанционного управления.
L2. Уровень анализа сигналов (3 курс бакалавриата)
Фокусируется на углублённом изучении принципов работы и практическом применении реальных сигналов. Через такие практические задания, как отслеживание авиарейсов по протоколу ADS-B, мониторинг судов по протоколу AIS, приём изображений со спутников погоды и создание мини-FM-радиостанции, студенты детально изучают основные протоколы беспроводной связи в авиации, морском деле, спутниковой связи и короткого радиуса действия (Bluetooth), а также осваивают ключевые профессиональные навыки: проверку целостности данных, широковещательную передачу по каналу связи и анализ сигналов. Это позволяет перейти от простого «распознавания сигналов» к их полноценному «пониманию».
· Отслеживание авиарейсов по протоколу ADS-B: изучение авиационных протоколов и реальное отслеживание сигналов вещания авиарейсов.
· Мониторинг судов по протоколу AIS: изучение морских протоколов и мониторинг сигналов автоматической идентификации судов (AIS).
· Приём изображений со спутников погоды: приём нисходящих сигналов метеоспутников и декодирование спутниковых снимков облачного покрова.
· Мини-FM-радиостанция: создание простой FM-радиостанции для практического освоения широковещательной передачи и модуляции.
L3. Уровень протоколов и безопасности (4 курс бакалавриата и магистратура)
Фокусируется на вопросах безопасности связи и её инженерном применении, включая внедрение протоколов, защиту и атаки, а также локализацию источников сигналов. В этот уровень входят сложные эксперименты: приём сигнала Remote ID, эксперименты по повторной передаче сигналов, изучение принципов работы GPS и определение направления на источник сигнала по спектру. Задания соответствуют отраслевым стандартам и современным прикладным задачам в области кибербезопасности и радиоэлектронной борьбы, помогая студентам освоить механизмы безопасности протоколов связи, принципы атак и защиты, технологии кооперативной локализации. Этот уровень идеально подходит для профильных практических занятий старших курсов и формирования базовых исследовательских компетенций.
· Приём сигнала Remote ID: распознавание сигнала удалённой идентификации БПЛА, применение в сценариях обеспечения безопасности воздушного пространства малой высоты.
· Эксперименты по повторной передаче сигналов: проведение атак по повторной передаче для понимания механизмов безопасности связи.
· Эксперимент по принципам работы GPS: анализ принципов глобального позиционирования и освоение технологий спутниковой навигации.
· Определение направления на источник сигнала по спектру: применение технологий кооперативной локализации для определения направления на источник сигнала.
L4. Уровень инновационной практики (выпускные квалификационные работы, предметные олимпиады)
Фокусируется на самостоятельной разработке и практической реализации инновационных решений. Предоставляет полную свободу в проектировании экспериментов, позволяя студентам самостоятельно реализовывать проекты по созданию собственных протоколов связи, анализу каналов связи БПЛА, построению сетей ситуационного осознания радиочастотного спектра, обнаружению Bluetooth-устройств и созданию упрощённых радарных систем. Поощряется выход за рамки стандартных экспериментальных шаблонов: студенты самостоятельно разрабатывают экспериментальные сценарии, строят системы беспроводной связи и готовят профессиональные аналитические отчёты и физические прототипы. Такой подход полностью поддерживает подготовку высококвалифицированных специалистов с развитыми инновационными компетенциями.
· Создание собственного протокола связи: самостоятельная разработка протокола связи и верификация его приёма-передачи.
· Анализ каналов связи БПЛА: анализ характеристик каналов связи беспилотных летательных аппаратов.
· Сеть ситуационного осознания радиочастотного спектра: построение распределённой сети для мониторинга состояния радиочастотного спектра.
· Обнаружение Bluetooth-устройств: обнаружение и декодирование сигналов Bluetooth-устройств.
· Упрощённый радарный эксперимент: самостоятельная сборка упрощённой радарной системы и демонстрация физического прототипа.
4. Учебные сценарии применения
Замкнутая система практических занятий курса гибко адаптируется к различным учебным и научно-исследовательским задачам:
· Повседневные занятия: ступенчатые эксперименты дополняют теоретические курсы, делая абстрактные понятия наглядными.
· Практические тренинги: групповые и коллективные занятия позволяют масштабно развивать инженерные практические навыки студентов.
· Промежуточный и итоговый контроль: стандартизированная система проверки и оценки обеспечивает количественную и прослеживаемую оценку качества обучения.
· Предметные олимпиады: уровень L4 инновационной практики поддерживает разработку конкурсных проектов и их воплощение в конкретные продукты.
· Выпускные квалификационные работы: открытые возможности для самостоятельной настройки экспериментов способствуют реализации сложных исследовательских задач и созданию физических прототипов.
· Научно-исследовательская подготовка: реальные радиосигналы и реконфигурируемый визуальный конструктор поддерживают формирование базовых исследовательских компетенций у студентов бакалавриата.
5. Сопутствующие услуги и гарантии реализации
(1) Комплексная поставка программно-аппаратных средств Поставляется единый комплект: платформа «Tianwen Qiming», визуальный конструктор «Tianwen», радиочастотное оборудование и база из 17 экспериментальных заданий — «готово к использованию сразу после распаковки».
(2) Подготовка преподавателей и учебно-методическое обеспечение Предоставляются программы повышения квалификации преподавателей, руководства по выполнению лабораторных работ и учебные программы, что значительно снижает трудозатраты преподавателей на подготовку к занятиям и лабораторным работам.
(3) Постоянное обновление базы примеров База экспериментальных заданий регулярно обновляется с учётом передовых отраслевых достижений и изменений в национальных стандартах, обеспечивая актуальность и передовую направленность курса.
(4) Техническая поддержка и эксплуатационное обслуживание Предоставляется профессиональная техническая поддержка и оперативное реагирование на запросы, гарантирующее долгосрочную стабильную работу платформы, программного обеспечения и аппаратных средств.
6. Ценность для заказчиков
Данный курс удовлетворяет как стандартные потребности вузов в обучении и практической подготовке студентов по специальностям «Системы связи», «Радиотехника и электроника», «Интернет вещей», так и индивидуальные потребности студентов в участии в научно-технических конкурсах, выполнении выпускных квалификационных работ и начале научно-исследовательской деятельности. Он способствует формированию прочных профессиональных компетенций в области беспроводной связи и подготовке мультидисциплинарных специалистов в сфере электронной информации, обладающих инженерными практическими навыками, мышлением, ориентированным на обеспечение безопасности, и способностью к самостоятельным инновациям.
Преодоление традиционных ограничений: Устранение фрагментарности, чрезмерной теоретизации и однотипности, реализация принципа «знание — для практического применения».
Подготовка по полной цепочке: Единая интегрированная траектория развития компетенций: базовое понимание → углублённое профессиональное мастерство → применение в области безопасности → самостоятельные инновации.
Адаптация к множеству сценариев: Один курс охватывает все возможные сценарии: обучение, практические занятия, контроль, олимпиады, выпускные работы и научные исследования.
Отечественная разработка и полный контроль: Основан на отечественной платформе «Tianwen» и визуальном конструкторе, поддерживая создание независимой и полностью контролируемой учебно-исследовательской инфраструктуры.
