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卫星通信导论范文1
[关键词]无线网络；传输；现场直播
1引言
现场直播是广播电视节目播出的重要组成部分，不断使用先进的直播技术使现场直播节目更丰富多彩是技术人员一直追求的目标。由河北省主办的《世界园艺博览会》于2016年4月在唐山市南湖公园开幕，河北广播电视台对开幕式进行了现场直播。为了充分展现唐山世园会的博大、宏伟和巧夺天工的艺术设计及开幕式现场的隆重，河北广播电视台首次采用了多点同步移动直播方式，并创造性地实现了多点的主持人和嘉宾的互动直播，使现场直播形式更多样，内容更丰满，技术质量更高。为满足直播要求，全程使用了无线4G网络作为传输介质。
2直播现场概况及直播技术要求
本次《世界园艺开幕式》直播现场在唐山市南湖公园举行，南湖公园由原采煤作业区沉淀后经过数次改造、扩建而成，方圆数万平米，开幕式现场由位于凤凰广场的主会场和分布在公园四周的4个分会场组成，现场直播文案要求直播以主会场为中心，中间穿插3个分会场以及穿行于公园的移动直播和空中热气球等5个直播点完成整个开幕式的现场直播。除了主会场可作为固定直播点，其余4个点都为移动直播点，并且在直播中要穿插各点主持人的互动。
3多点直播的实现
本次开幕式现场直播的特点是多点同步直播，只有一个固定点，其余都为移动点，因此技术方案都围绕这个特点来制定。作为主会场的固定直播点使用大型卫星直播车，车内直播间作为现场主直播间，使用卫星[1-3]和有线网络等不同路由的传输手段完成现场到台内直播间的信号传输，保证信号传输的不中断。其中有线网络使用固定IP模式，以实现其余5个移动点到卫星直播车的信号传输。3个场馆和升空热气球直播点使用便携式音频传输器完成音频信号的传输，这种音频传输器可使用4张不同运营商的数据通信卡，可把4张数据通信卡的传输带宽进行叠加，并且4张卡同时在线，满足信号传输带宽要求的同时还可避免因某个运营商信号质量差导致的信号传输中断。流动直播点使用小型直播车完成，车内配备机架式无线4G传输器[4-5]，可实现小型直播车到固定点卫星直播车的双向信号传输[6]。直播现场系统框图如图1所示。
4直播中无线网络的使用
本次直播最大的特点是直播点多、固定点少和移动点多，意味着直播过程中要依赖移动网络才能完成各点之间的信号传输。在开幕式现场的南湖公园内分别有3家移动运营商的数个基站，为确保开幕式的顺利进行，在开幕式当天还配备了数台应急通信车。同时，为保证直播的顺利进行，运营商还专门为移动网络做了“带宽保持”服务，保证直播中有充足的传输带宽可用。为保证直播中信号传输，使用了业界领先的3G/4G音频传输器。3G/4G网络用于广播级音频信号传输还是存在一些挑战，因为3G/4G网络带宽虽然较高，但在一个蜂窝中同时使用的用户数太多，将造成基站带宽饱和。在本次活动中，大约有10万人次聚集在开幕式现场，3G/4G终端的实际带宽可能无法满足传输高质量音频信号。因此所采用的音频传输器所有内置和扩展通信线路，无论类型和制式，均可混合传输，互为冗余，最大程度保证传输稳定性，适应跨运营商的互联互通问题。扩展无线通信模块最大可支持4条不同通信运营商的线路，创新性地解决了将3G/4G网络和其他IP网络用于稳定可靠地传输高质量音频的技术难题，通过同时使用不同3G/4G运营商的基站，极大地解决了单一基站带宽容易饱和的问题。为实现移动点之间的信号传输，使用了服务器模式，即设备A服务器B；B服务器A。此时2台传输器不分客户端和服务端，传输时只要保证2台机器均能使用移动网络上网（连接到目录服务器）即可。工作模式为A/B机器将音频传输给服务器，服务器转发给B/A机器。直播时确定各传输器都在线，设置为模式，连接到服务器，从服务器获取一个ID，台端/服务端将收取该ID的音频信息，在客户端填写服务端获取的ID号，就实现了个移动点之间的双向限号传输。
5互动直播的实现
本次现场直播要求实现各方主持人和嘉宾的互动，为此，各点之间及各点到台内直播间都需要实现双向、双工信号传输。经过几轮的技术方案修改和实验，采用以下方式实现信号的双向传输：①固定点的卫星直播车与台内直播间因为都有固定公网IP地址，因此可以自动完成双向传输；②其他移动点没有固定公网IP地址，使用移动网络进行信号传输，采用了“服务器”模式，直播之前，租用某公司的云端服务器，通过云端服务器为各个移动点的音频传输器获得唯一的地址代码，使各音频传输器透过移动网络可以“看到”对方，从而实现点与点之间的双向传输。同时为各点的主持人配备了无线个人监听系统，使主持人可以同步听到现场直播内容。
6结束语
现场直播以往多以点对点直播为主，这次多点直播是首次完成。通过本次直播，经过技术人员的不懈努力，探索出了移动直播、多点直播及互动直播等多种直播新方式，积累了经验，同时也发现了直播中的瑕疵，比如在音频传输器与个人无线监听系统配合使用时有大约0.5s的延迟，尽管不影响播出质量，但有时会让主持人在互动环节感到不适应。在以后的使用中将不断调整，不断摸索，找出最终的解决办法，使现场直播更安全，技术质量更完美，充分利用日新月异的新技术，把现场直播水平提升到一个新高度。
参考文献
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卫星通信导论范文2
关键词：公共安全；物联网 ；移动互联网；数字单兵；位置服务
中图分类号：TN99 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）10-0070-03
0 引 言
物联网技术的日新月异，成为推动我国经济社会快速发展的重要引擎。发展面向公共安全的物联网，对于公安机关提高打击与预防犯罪，提高服务社会的能力具有重要的作用。公安物联网以公安机关关心的“人、车、物、事件”等为感知对象，通过各类传感器设备和公安信息化的信息、网络资源，对相关信息进行全天候的自动采集、跨地域的全面共享，以及数据的融合、挖掘和处理，来实现自动化的识别、定位、跟踪、监控和管理[1]。
公安部门的工作具有突发性、移动性、紧迫性等特点，广大民警在外出执法及侦破案件、抓捕逃犯、核查车辆及打击和预防犯罪时，利用移动警务设备实时采集、核实及综合处理嫌疑人身份证件、人脸图像、指纹、位置等信息，及时地访问公安部门内部的警务信息来辅助破案和执行公务，极大地提高公安干警的高科技办案水准和效率。因此，公安物联网移动应用对于实现在任何时间、任何地点发生的任何公共安全事件进行有效感知，进而进行决策处理具有突出的作用，已成为公安工作的核心应用方向之一。
近年来，飞速发展的移动互联网对公安物联网移动应用产生巨大的牵引与推动作用。根据百度公司2013年一季度的研究数据，移动互联网人均上网时间已超过个人电脑上网时间，这种趋势还在逐渐扩大。移动互联网应用主要集中在社交、浏览、搜索、影音、地图、网购支付等方面[2]。公安物联网移动应用是移动互联网在公共安全行业的具体应用，移动互联网的快速发展将催生大量的共性技术及应用模式，移植推广到公安移动物联网中加以运用。由于移动警务应用涉及行业敏感数据，必须与移动国际互联网进行安全隔离，保证移动警务应用系统及数据安全。
公安数字化单兵系统（PDD）是公安物联网移动应用的典型系统，其发展需要积聚与整合大量新兴信息产业关键技术。该系统的发展对于实现传统单警装备向数字化时代转型应用，提高广大一线干警的执法效率与水平，提升服务社会的能力具有重要的作用。
1 公安物联网移动应用业务体系
公共安全涵盖面非常之广，涉及交通、治安、户籍、刑事侦查、出入境管理、预防打击经济犯罪、网络安全监控、查缉、监狱管理等等，各个警种之间移动业务既有相同之处，更多的是自己的特色。公共物联网移动应用模型既要体现共性，又要呈现各警种个性。
广义上的公安物联网移动应用应包括运用各种无线通信网络为公安机关提供数据采集、处理、传输及业务应用，包括应用电信运营商的移动通信设施、公安数字集群的数据业务应用、应用卫星通信以及应急通信设施进行视频采集传输等等。目前，公安机关常用的移动应用主要基于电信运营商的GSM/GPRS/ TD-SCDMA/WCDMA移动通信设施，应用安全边界接入控制技术，接入公安专网实现，也可称为狭义上的公安物联网移动应用，在公安机关内部一般称之为移动警务，即警用移动通信终端+移动通信网络+公安安全边界接入控制+公安信息网。移动警务业务体系主要包括：话音通信；移动电子警务，包括浏览、查询、搜索等；现场执法，包括现场取证，如录音、摄像、照相、采集识别各类证件，现场打印罚单，移动罚单支付；移动定位、地图及导航服务；移动视频采集与实时传输；移动指挥调度、移动任务分配、任务控制等。公安物联网移动应用业务体系模型如图1所示。
2 公安物联网移动应用总体架构
根据物联网的总体架构，公安物联网移动应用总体架构也分为四个层次，分别是传感层、通信网络层、数据层以及应用服务层，如图2所示。
公安物联网主要感知对象为人、车、物、事件。感知的传感器主要有声音、图像、视频、RFID、指纹、位置、震动、速度等，随着传感器处理能力的不断增强，基于异构融合智能传感大大提升了数据采集与信息融合能力。
通信网络层基于的通信网络主要包括基于电信运营商的GSM/GPRS/ TD-SCDMA/WCDMA移动通信设施、公安机关的集群通信数据业务、卫星通信、340M应急无线宽带通信、无线宽带组网设施等，同时逐步实现多种异构通信网络的融合通信能力。
数据层主要基于公安专网实现，利用公安信息数据库、视频数据、地理信息数据、社会共享数据、警情数据等，同时实现用户管理、任务管理及资源管理等功能。
服务层主要实现公安物联网移动业务，主要包括位置应用服务、移动执法、集群数据及音视频服务、扁平化指挥、警情推送等。
3 公安物联网移动应用关键技术
移动互联网的快速发展极大地推动与牵引了公安物联网移动应用，终端平台、海量的移动应用程序以及成熟的商业应用模式，成为公安移动互联网发展可借鉴参考的对象。基于位置的警务服务是公安移动应用关键方向之一，发展安全可信的警用终端是公安移动应用的特殊要求，实现多种异构宽带通信融合是公安移动物联网发展的方向。
3.1 基于位置服务的公安物联网移动应用技术[3]
目前，在公安实战中对移动人员和车辆定位追踪是非常重要的业务需求。在人员精确管控方面，监管、消防、指挥等警务作业中都需要对人员位置的精确定位，尤其是在室内环境下的定位。在车辆定位跟踪方面，需实现车辆的跨地域管理和服务，统一平台在全国范围内实现对盗抢车辆、走私车辆、套牌车辆、非法营运车辆、交通违章车辆等违法车辆的打击，实现车辆运行状态查控及轨迹回溯、重点防范区域的车辆准入管制、黑名单车辆侦查布控、区域通流实时获取与交通预警、全样本车辆信息自动采集与分析、全程交通违规章监管与数字化处罚管理等管理和服务。
公安机关现有的定位手段比较单一，对于多种定位技术融合使用的情况比较薄弱。而公安机关的应用，决定了需要整合室内外的多种定位技术，如卫星定位技术、基站定位技术、WiFi定位技术，RFID定位技术，开展LBS应用。通过整合多种无线定位技术，设计新型索引机制，探索高效不确定信息管理技术，以提供可靠、高效无缝的现代警务LBS服务，解决海量移动数据中存在的数据规模大、用户多、更新频繁、实时性要求高等难题，为公安LBS提供技术支撑。警用位置服务关键技术发展需求如下：
（1）警用位置服务业务需求分析技术。深入研究分析公安位置服务应用的现状、不足及需求，细致分析该领域的技术发展趋势，提出警用位置服务业务需求及趋势。
（2）研究发展海量移动数据的组织技术。移动数据不同于文本数据和关系数据，需要研究有效的移动数据组织模型，进行可信的数据储存表示，运用半结构化的XML数据来组织，分别表示地理数据、相关的位置变化及位置关联等元数据，以一种有组织、易访问的形式进行底层数据表示。
（3）研究新型索引技术。索引技术是影响LBS性能的关键技术，要研究针对移动对象数据的索引技术，尤其是针对不确定数据的索引技术。
（4）研究新型数据分析技术。要研究针对海量移动数据的分析方法，如聚类、数据挖掘等。从而为决策支持系统提供工具支持。
（5）研究无缝化的LBS服务技术。由于各种定位技术差异显著，要研究针对多种定位技术的无缝化切换服务技术，使得场景切换对于用户而言是透明的。
（6）面向LBS的警用移动数据管理支撑平台的开发研制。目前的系统与平台仅支持基于文本的数据储存和简单的文件读取功能，如何对移动对象进行有效的数据服务管理，还是一个空白。要开发实现开放环境下的移动数据服务支撑平台的关键技术，提供可靠的、可用的、可扩展的移动数据服务接口。
3.2 安全可信的警用终端技术[4]
安全可信是公安移动应用终端的基本要求，其需求主要包括终端操作系统的安全性，用户数据和个人信息的安全性，语音信息的安全性，终端的应用软件安全，终端的位置信息安全。
其中，终端安全技术需要以安全验证系统为核心，配以安全存储、安全传输、安全语音、抗攻击、防骚扰、远程防盗等为基本功能，身份认证、签名认证、安全审计、备份/恢复为基础，结合硬件TF智能卡加解密管理和物理保障等来设计的完整智能终端安全体系架构如图3所示。
3.3 集群数字通信技术[6-9]
公安物联网移动应用的另一种重要技术为集群通信技术，该技术拥有独特的群呼、优先级等丰富的警用功能，是一种最具警察特色的通信手段，具有快速、便捷、可靠、灵活等特点，成为公安工作中不可替代的通信手段。与基于GSM/GPRS/TD-SCDMA/WCDMA警用移动通信技术不同的是，集群通信系统一般由公安部门组织建立，拥有系统的自主使用权。目前，我国警用数字集群系统已从模拟集群系统发展到数字集群系统，网络结构上从相对独立的系统向区域联网发展，并已实现定位、指挥控制等多种数据应用业务。作为数字集群代表的TETRA系统已经在多个直辖市、省会级城市以及沿海发达城市建成使用。目前，我国在建TETRA系统主要供应商都为国外企业，受政治原因影响，这些企业不对中国开放加密接口，因此无法使用具有国密算法的加密设备。由于没有加密，不能保证通信的安全性，虽然是公安无线专网，但因存在安全风险，仍不允许接入公安信息网进行数据通信。因此，基于数字集群的公安物联网移动应用目前尚不广泛。但是，实现数字集群与公安专网的互联互通，是实现公安物联网移动应用的一个努力目标。公安部门已于2008年开始尝试发展具有自主知识产权的数字集群通信技术，期望能安全可信地实现公安信息专网与警用数字集群的互联互通。
4 数字化单兵系统是公安物联网移动应用典型系统
数字化单兵系统就是在公安现有单警装备的基础上，通过增配数字化设备或对现有装备进行数字化改造，使单警装备具有集采集、处理、传输、控制于一体的综合能力，使外出执法办案的干警通过多种无线通信手段，与警务中心及公安信息化平台进行畅通无阻的双向交流，提高警务作业效率，为服务社会、保障公共安全提供更为先进的技术手段。
公安数字化单警系统发展的总体思路是对警察的穿戴及装备进行数字化设计改装，使之具备较强的信息采集、处理、传输及控制等功能。发展具有中国特色的数字化单警系统必需结合中国实际，以公安服务实战为宗旨，逐步改进发展，突破相关关键技术，实现单警装备向数字化方向的更新换代。数字化单警技术由数字共性技术及相关警用专用技术组成。共性技术包括芯片技术、无线通信技术、移动操作系统、材料技术等。专用技术包括数字化单警系统一体化设计技术、数字单兵终端安全操作系统开发、移动环境下高效安全的自组织无线宽带通信技术以及实现基于移动多传感器的融合感知技术等。
5 结 语
公安物联网移动应用目前尚处于初级阶段，尚有较多关键技术需要突破，同时其应用模式也尚在不断地探索创新。本文对公安物联网移动应用发展进行了初步的研究，希望能推广和推进公安物联网移动应用工作，提高服务公安水平。
参 考 文 献
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[7]蒋庆生.陈研. PDT在公安无线通信“模转数”中的作用[J] 警察技术，2010（6）：23-26.
卫星通信导论范文3
关键词:神经网络; BP网络; 天线; EDA
中图分类号:TP18文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)15-0071-03
Application of Neural Network in Antenna Design
ZHANG Shan-shan
(Xi’an Institute of Electronic Engineering, Xi’an 710100, China)
Abstract: The application of neural network in antenna design is put forward because the processing speed of many antenna design softwares is not fast enough. A neural network-based optimization is to train the neural network with the input and output of a system, and by its associative memory self-learning function to make the output of the network is similar to the output of the original system in the case of the same input. In this way, the network can be used to simulate the output of the original system to achieve the fast calculation since the processing speed of neural networks is generally fast enough.
Keywords: neural network; BP network; antenna; EDA
0 引 言
随着通信技术和计算机技术的日趋成熟和完善,微波通信、移动通信、卫星通信等无线通信都在高速的发展,人们预计无线通信将在通信行业占领愈来愈重要的地位。天线是无线通信领域中非常重要的元器件,对天线的研究是无线通信研究中的一个重要的课题。目前,有很多电磁仿真软件可以用来辅助天线设计,应用较为广泛的Agilent公司的ADS和Ansoft公司HFSS,分别基于矩量法(Method of Moments,MoM)与有限元法(Finite Element Method,FEM),均具有较精确的天线设计方案,但是处理速度一般都不是很理想。随着天线设计的复杂程度提高,而设计周期却在减小,提高微波EDA的处理速度成为迫切需要解决的问题。如果在不大幅度降低精确性的同时对处理速度进行改进,就要找到一种处理方法,它必须满足两点:第一,可以充分逼近任意复杂的非线性关系;第二,使得快速进行大量运算成为可能[1]。
而神经网络就满足这两个条件,基于神经网络的优化计算就是利用神经网络的联想存储及自学习功能,以某一系统的输入作为网络的输入,以这一系统的输出作为网络的目标,反复训练网络,最终使网络具有与原系统相似的输出。这样,在相同的输入下,就可以用网络的输出来模拟原系统的输出。这里以天线设计中某些要变化的参数作为网络的输入,以天线的某些性能指标为网络的训练目标,用少量的原始数据(由微波EDA得出)训练网络,直到误差符合要求,并且用一定量的数据来测试网络,以确保网络的输出接近真实值。训练完毕后,就可以用所训练的网络来代替原EDA进行计算,而神经网络的处理速度要快得多,从而达到了加速的目的。
1 神经网络简介
人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)早期的研究工作应追溯至20世纪40年代,W.Mcculloch和W.Pitts首先提出神经元的数学模型。1982年和1984年美国物理学家Hopfield在美国科学院院刊上发表了两篇关于人工神经网络研究的论文,引起了巨大的反响。随即,一大批学者和研究人员围绕着 Hopfield提出的方法展开了进一步的工作,形成了上世纪80年代中期以来人工神经网络的研究热潮[2]。
表征神经网络需要3个方面:网络拓扑结构、神经元特性、以及学习(或训练)方法。人工神经网络是由简单的处理单元所组成的大量并行分布的处理机,这种处理机具有存储和应用经验知识的自然特性,它与人脑的相似之处概括为两方面:一是通过学习过程利用神经网络从外部环境中获取知识;二是内部神经元用来存储获取的知识信息[3]。
2 天线馈电匹配设计
微带贴片天线以其体积小、重量轻、易与载体共形、电气性能多样化等特点,在无线通信领域得到越来越广泛的应用,因此,本文以贴片天线的贴片尺寸对S11参数影响为例说明神经网络在天线馈电匹配设计中的应用。
利用Ansoft公司HFSS建立天线模型,如图1所示。基底:中心坐标(-30,-30,0) mm,x轴90 mm,y轴80 mm,z轴1.6 mm,介电常数4.4。贴片:中心坐标(0,0,1.6) mm,x轴37.5 mm,y轴25 mm。馈电探针:中心坐标(2.76,10,0) mm,方向z轴,直径0.63 mm,高16 mm。接地探针:中心坐标(1,10,0) mm,方向z轴,直径0.32 mm,高1.6 mm。以贴片长宽为变量,设为fx,fy,在本例中fx范围[3.5,4.0] cm,步长01 cm;fy范围[2.2,2.7] cm,步长01 cm;频率范围[22,24] GHz, 步长0002 GHz。以fx,fy,f为变量进行扫描,共扫描点数:3 636个。
图1 贴片天线HFSS模型
目前,神经网络结构的选择尚无一种统一而完整的理论指导,一般只能由经验选定。而网络的结构直接影响网络的逼近能力及推广性质。因此,应用中如何选择合适的网络结构是一个重要的问题。本文中采取三层的BP网络,BP网络实质上是实现了一个从输入到输出的映射功能,而数学理论已证明它具有实现任何复杂非线性映射的功能。这使得它特别适合于求解内部机制复杂的问题,而且网络能通过学习带正确答案的实例集自动提取合理的求解规则,即具有自学习能力,并具有一定的推广、概括能力[4]。
为了使网络收敛速度加快对训练样本(输入和输出),一般采取先归一化再训练的方法[5],即样本的取值范围都是[0,1]。中间层训练函数tansig,输出层训练函数tansig的定义域都是[-1,+1],都包括了样本的取值范围。在这里学习函数设为trainlm收敛速度较其他学习函数要快。误差设为0000 1,是因为训练样本采取了先归一化再训练的方法,其结果的误差会随着反归一化变换时被放大,所以目标误差设定要小一点,但是不能太小,否则会产生过拟和现象。
Matlab程序(BP网络的训练部分):
net=newff(Pr,[75,1],{′tansig′,′tansig′},′trainlm′); net.trainParam.epochs=1 500; net.trainParam.goal=0000 1;
net.trainParam.show=1; net.trainParam.lr=0.08; net =train(net,p,T);
网络的逼近、推广能力同学习样本的典型性密切相关,而从问题中选取典型样本实例组成训练集是一个很困难的问题。一般来说,要保证BP网络模拟曲线逼近原参数曲线,在选取训练点时注意两个条件:第一,尽量使训练点分布平均,即在各个S参数曲线上的训练点尽量相等[6];第二,尽量在S参数曲线上保持平均分布。本文为了说明BP网络性质是随机选取的训练点,可能不满足这两个条件,但是在应用HFSS时,就可以在平均在各个S参数曲线上取训练点,而且在各个S参数曲线上按一定步长选取训练点,这样就可以保证上述两个条件,使BP网络模拟曲线尽量逼近原参数曲线,获得一定数量的预测值[7]。
2.1 改变样本点数量
图2为样本点为2 500时的模拟S11曲线。图3为样本点为1 500时的模拟S11曲线。训练误为差0000 1,学习效率为008,中间层数为75,中间层训练函数tansig,输出层训练函数tansig,学习函数trainlm。
图2 样本点为2 500时的模拟S11曲线
由图2,图3可知,在训练目标误差为0000 10的情况下,用1 500个点频值模拟3 600个值的S11参数曲线,减小了多一半的工作量,可以看出,随着样本数量的减少,网络逼近能力变差。
一般来说,随着样本数量的减少,网络的泛化能力将变差。泛化能力差,预测能力(也称逼近能力)也差,并且一定程度上,随训练能力地提高,预测能力也提高。但这种趋势有一个极限,当达到此极限时,随训练能力的提高,预测能力反而下降,即出现所谓“过拟合”现象[8]。此时,网络学习了过多的样本细节,而不能反映样本内含的规律。
图3 样本点为1 500时的模拟S11曲线
2.2 改变中间层数量
图4(a)是中间层为200的情况,训练目标误差为0000 10,训练达到目标误差所用步数为98步。图4(b)是中间层为75 的情况,训练目标误差为0000 10,训练达到目标误差所用步数为153步。图4(c)是中间层为50的情况,训练目标误差为0000 10,训练达到目标误差所用步数为512步。
由图4可知,中间层数量对训练函数所用迭代次数有影响,这实质上是网络容量的可能性与可行性的关系问题,即学习复杂性问题。同时中间层数量对训练函数的收敛性也有重要的影响,中间层数过少,可能会导致训练函数过程的不收敛[9]。从数学角度看,BP算法为┮恢知局部搜索的优化方法,但它要解决的问题为求解复杂非线性函数的全局极值,因此,中间层数量过少时,算法很有可能陷入局部极值,使训练失败[10]。
2.3 改变学习效率
图5(a)是学习效率为0.08的情况,训练达到目标误差所用步数为153步。图5(b)是学习效率为0.04的情况,训练达到目标误差所用步数209步。图5(c)是学习效率为0.02的情况,训练达到目标误差所用步数为296步。
由图5可知,学习效率对BP网络预测效果,即泛化能力影响不大,对训练达到目标误差所用迭代次数有影响。由于BP算法本质上为梯度下降法,而它所要优化的目标函数又非常复杂,因此,随着学习效率降低,必然会出现锯齿形现象,这使得BP算法低效,而且由于优化的目标函数很复杂,它必然会在神经元输出接近0或1的情况下,出现一些平坦区,在这些区域内,权值误差改变很小,使训练过程几乎停顿,即存在麻痹现象[7]。
图4 不同中间层数的模拟S11曲线
图5 不同学习效率下的模拟S11曲线
3 结 语
本文以计算贴片天线的S11参数为例,具体说明了神经网络(这里用的是BP网络)在天线设计中的应用, 基于神经网络的优化计算是用某系统的输入输出来训练网络,利用神经网络的联想存储及自学习功能,在相同的输入下,使网络具有与原系统相似的输出。这样,就可以用网络的输出来模拟原系统的输出,而神经网络的处理速度一般来说是很快的,从而达到加快计算的目的。随着天线设计的复杂程度提高,设计周期在减小,本方法具有广泛的应用前景。
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卫星通信导论范文4
关键词：教师教育；日本；特征；借鉴
教师教育质量直接关系到教师素质的培养，影响着教师上岗后的育人质量。近年来，随着我国教师教育培养机构的开放化和高师院校发展的综合化，教师教育质量已经成为人们关注和研究的主要内容。明治时期，日本就提出了教师持证上岗的规定。第二次世界大战后，日本《教师资格鉴定合格证书》的实施，使教师教育走向更为规范化的道路，积累了丰富的经验，这对我国教师教育的改革与发展提供了借鉴。
一、日本教师教育的主要特征
(一)完善的教师教育课程体系
课程是教师教育活动赖以开展的主要依托和重要载体，完善的课程体系是确保教师教育的基本前提，日本不断加强教师教育课程种类和课程结构的改革，突显出以下特征：
一是课程类型多样化。20世纪70年代，日本就已经形成了由基础教育科目(普通教育和学科专业课的混合)、共同教育科目(相当于教育专业课)和专修专业科目(类似专业课程)组成的教师教育课程体系，为教师教育提供了依据。目前为止，日本大学教师教育课程主要由九类构成：(1)有关教育的本质及目标的课程，如教育原理、教育理论、教育基础论、教育哲学等；(2)有关青少年身心发展及学习过程的课程，如教育心理学、发展与学习心理学、教育一青年心理学等；(3)有关学生指导、教育商谈指导的课程，如生活指导论、教育指导论、学生指导一心理辅导等；(4)有关教育方法及技术(包括灵活运用情报机器及教材)的课程，如教育工学、教育媒介论、视听觉教育、学习指导论、教育实践论等；(5)有关学科教育法的课程，此类科目没有特别规定，由各学校根据各自学科自行设定；(6)有关教育与社会、制度、经济有关的课程，如教育史、教育法学、社会教育、教育经济学等；(7)有关特别活动的课程，此类科目没有特别规定，由各学校自行设定，但要进行课外活动的研究；(8)有关教育实习课程，如教育实践研究、教育设计等；(9)其他课程，主要用于学生选修。如终身学习论、人权教育研究、教师表现法、环境教育、社会教育、教职演习、视听觉教育等。
二是教育类课程比重不断加大。1997年7月，日本教育职员养成审议会通过了《关于面向新时代的教员养成改革策略》咨询报告，加强教师教育课程改革，加大教育类课程的比例，增设了“与执教学科或教职相关的科目”，进一步完善教师教育课程体系。1998年以来，随着日本《部分修改教职员许可法》《关于在与教育有关职员研修中推进活用卫星通信》《积极活用硕士课程的师资培养，推进现职教师的再教育》等政策、条例的颁布，教师教育的课程结构得到调整，减少了学科专业课程，加大了教育专业课程的比重。以初中教师教育专业课程增加幅度最大，由原来的1分增加到31学分，高中教师教育专业课程学分也增加了4学分。教育专业课程的增加，使学生有充足的时间进行教育类课程的学习，教师教育的职业特点进一步加强。
三是针对教师未来就业取向的不同，调整课程结构。培养小学和幼儿园的教师比较注重教育技能、技巧等教学艺术类课程的比例，培养初中和高中的教师比较关注专业课程以及教育理论课程的设置。为培养具有全球行动能力的教师，日本教师教育还开设了属于“综合演习”课程。这类课程是基于全球化时代所面J临的地球环境、多元文化、地域纠纷、人类生存等人类共同关注的课题所设置的课程，通过相关内容的学习和虚拟情景的设置，使学生对国际环境及不同国家的教育现象有所认识，为今后开展相应教育莫定基础。
(二)规范的实践教学环节日本十分重视教师教育的实践环节，在教育职员养成审议会的咨询报告中，曾多次增加教育实习的比重和各类教师资格培训课程的教育实践学分，并明确规定，要取得小学和初中教师的资格证书，必须取得5个教育实习学分，占课程学分总数的20％；要获得高中教师资格，则必须取得3个教育实习学分，占课程学分总数的13％。在内容上，已不局限于专业知识的运用，而更重视教师能力的测试、人品的考察、个性的评价，音、体、美、外语、计算机等技能水平的测验，以及处理教材、板书、编写教案、课堂教学等实际教学能力的考核。日本教师教育实践时间一般为15周以上，其中见习时间一般在7周左右，实习时间一般在8周以上；主要采取分散式和连续式两种方式进行。分散式通常安排在学年末，主要进行集中的强化式职业技能训练。连续式一般安排在学期末，依据课程内容进度进行阶段性的职业能力训练；日本爱知教育大学提出了“四年实习制度”，即由原来的在第三年为期五周的教育实习，改为由第一年为“体验实习”、第二年为“基础实习”、第三年为“教育实习”、第四年为“研究实习”构成的实践教学体系，并相应增加了教学实践时间。
为确保实践教学质量，日本教师教育机构十分重视与中小学实践基地的交流与沟通，共同成立教师教育实训研究组织。高校研究者可以随时深入中小学，及时了解中小学的需要；中小学也能及时得到高校信息或指导，共同提高实践教学质量。在实践教学评价上，注重评价的全面性，内容上不仅评价学生的学科专业知识，还对学生的教学组织、教学管理、教学创新等方面的能力进行评价；方法上不仅采用考试的办法，还采取观察、座谈、测评等灵活的评价方法；结果是既有数量上的严格评判，又有文字上的定性描述。
(三)严格的教师资格认证制度
教师资格认证是教师专业化的重要体现，是教师教育质量的重要保障。严格、科学的教师资格认证是日本教师教育的又一特征。其主要表现在两个方面：一是具有较高的教师任职标准。日本《教师许可法》对教师任职学历作了明确的规定：中小学教师必须是大学毕业者，且要经过国家规定标准的考试，合格者才能取得教师资格。1983年，日本《关于改善教员的培养和许可制度》对教师任职资格提出了新的要求：与高中教师许可证一样，给幼儿园、小学、初中和聋哑校、盲校、养护学校的教师增设以“硕士学位”为基本资格的教师许可证，促进了日本教师学历层次的提高。二是建立了明晰的资格等级制度。20世纪40年代至80年代初，日本的教师许可证分为“普通许可证”和“临时许可证”两种。“普通许可证”又分小学教育、初中教育和高中教育三种，每一种又分为一级和二级。1983年日本首相中曾根在国会总选举中提出“教育改革七条设想”，把教员许可证分为三种，即“标准许可证”、“初级许可证”和“特修许可证”。1989年4月，日本颁布的《教育职员许可证法》中将教师资格证书等级划分为三种类型：“专修许可证”、“一种许可证”、“二种许可证”；其中获得“专修许可证”的基础是达到研究生院硕士课程结业程度，目的在于促使研究生院
结业者任教，并鼓励在职教师进修。“一种许可证”的获得要求是大学本科毕业者；“二种许可证”的获得者要求必须是短期大学毕业者。同时，为实现适应学校教育多样化，新设“特别许可证”，目的在于招聘有社会经验者任教，主要集中于小学音乐、图画、体育和高中电子计算机等课程。一种资格证书则是一种标准资格，二种资格证书的获得者则必须不断提高，方能获得标准资格。这种清晰的资格层级制度，可以遴选出适合某一层级的优秀教师，同时也激励教师向高一层级努力。
二、日本教师教育对我国教师教育的启示
他山之石，可以攻玉，日本教师教育的成功经验，给我们以下启示。
(一)重构教师教育课程体系
重构课程体系，就是对目前教师教育课程体系进行革命性调整，从根本上改变以“老三门”为标签认识教师教育的滞后理念，重新建构教师教育的课程模块及其运行机制。要以系统的观点，加强教师教育的独立性思考，建议加快确立“教师教育”二级学科的地位，实施重点建设。借鉴日本教师教育的成功经验，实施“宽、精、新、强”的改革应成为目前教师教育课程改革的主要着力点。
宽，一是专业基础知识宽，加快建立与学科内容密切相通的基础课程体系，培养学生宽厚的专业基础。每个专业的建设要首先明确专业知识的构成体系，厘清其间的内在逻辑、主次关系，依次确立相应的课程和内容。二是综合文化素质课程涉猎要宽，对于理工类的学生要加强社会学、文化学的课程设置，对人文类学生要加强数学、科学学科等相关课程建设，做到文理相通、相容。
精，一是专业主干课程要精选，以构成专业基础的核心内容为主线，重构课程内容，去除重复、交叉部分，精简课程门数，精选课程内容；二是对于核心课程、重点内容要做到教师精讲、学生精练，“讲”、“练”结合，把学科专业知识和教师必备的教学素养融会贯通。
新，即课程名称与课程内容要紧跟时展，要反应学术研究的最新成果，陈旧过时、“正确废话”的内容要予以删除。尤其是教师基本功的练习，在传承传统“三字一话”的基础上，应加强现代教育技术运用技能的培养，充分发挥现代教育技术的教学促进作用。
强，是指强化教师教育类课程设置，在优化传统教育类课程的基础上，突出教师职业养成、职场中的职业道德、教师职业及其使命等课程的开设，提高教师的专业综合素养。
(二)加大实践教学环节改革
一是调整实践时间。目前我国教师专业技能实践环节时间一般在12学分，占总学分比重不足lO％，且集中在第七或第八学期。由于第七学期学生面临考研、撰写毕业论文，第八学期学生要参加考研复试、就业等学生密切关注的事项，结果使应有的实践时间既得不到保障，也不能使学生安心实习，学生在实习中得不到真正的锻炼，专业技能不能切实提高。学习日本的经验，建议进一步增加教师教育实践环节比重，力争使实践环节学分达到总学分的15％左右，约20周。时间分布上采取分散与集中相结合的方式进行，把实践环节融入每个学期。
二是加强实践基地建设。做好高校与实践基地的协调与沟通，增强实践的计划性和目的性。把实践基地建设纳入教学基础建设，坚决消除“这是实习基地的事情”的偏颇认识，加强投入和沟通，多思考、多运作。不断加大实践基地硬件投入，尤其是微格教室、教学研究室以及相关教学设备、场所的建设，搭建师生交流实践教学体验的空间和平台。
三是完善并落实好实习考评制度。学生教学实践成效考核的主体理应包括教师教育机构的指导教师、实践基地指导教师、实践对象、实践学生自身四大主体，而目前只是关注了前两者的评价。实践效果如何，应该由实践对象(实习基地的学生)进行评价，而在实践考核制度上，该主体评价一直处于忽略状态；同样，实习学生的自我评价也没有重视起来，学生主体反思没有发挥应有的作用。完善多元化主体考核机制，加大考核的客观性、规范性，抵制随意性。
(三)修订教师资格证书制度
一是提高任职教师的学历要求。我国《教师法》规定，取得小学教师资格，应当具备中等师范学校毕业及其以上学历；取得初级中学教师、初级职业学校文化、专业课教师资格，应当具备高等师范专科学校或者其他大学专科毕业及其以上学历；取得高级中学教师资格和中等专业学校、技工学校、职业高中文化课、专业课教师资格，应当具备高等师范院校本科或者其他大学本科毕业及其以上学历。值得肯定的是，《教师法》的颁布规范了教师资格认证制度，对于提高教师学历层次起到了很大的推进作用。十多年来，随着高等教育大众化的推进和三级教师教育制度向两级教育制度的顺利转变，目前新任教师的学历层次已远远高于法律规定。在学历上要求上，《教师法》对教师任职资格的制约作用已经不大；相反，由于较低的门槛，使部分临学历界值的人员占据了较多岗位，造成多数高学历毕业生难以上岗。为此，加快修订教师法，提高教师学历的准入条件，势在必行。
二是明确教师实践教学技能任职标准。我国《教师资格条例》对非师范院校毕业生从事教师职业，提出了进行“面试和试讲，考察其教育教学能力；”以及“补修教育学、心理学等课程”的要求，然而对实践教学经历和应达到的学分和等级要求没有做出明确的规定。在教师遴选上，实践教学技能考核成为弹性最大的部分，公立学校比民办学校更加明显。学习日本的经验，教师上岗以前，有必要增加“临床”教学经历的考察内容，强化教师职业的实践生成性；对不具备教师任职条件的人员，不能进人教师行列。
