《GPS技术》课程教学大纲
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— 1 — 《GPS技术》课程教学大纲
GPS Technique
一、课程基本信息
课程名称 GPS技术 课程代码 CX157255
课程性质 通识课程/学科(专业)基础课程/专业课/√专业拓展课程/文化素质教育课程
学 分 2.0 总学时 32 理论学时 24 实验学时 8
先修课程 测量学、地图学、地理信息系统、基础遥感
开课单位 资环学院 适用专业 土地资源管理
主要教学
资料 选用的教材:
李天文等,GPS原理及应用,科学出版社,2012年01月,第2版。
主要参考书:
[1] 袁建平等编,卫星导航原理与应用,中国宇航出版社,2004年09月,第1版。
[2] 党亚民等编,全球导航卫星系统原理与应用,测绘出版社,2007年09月,第1版。
[3] 徐爱功等编,全球导航卫星定位系统原理与应用,中国矿业大学出版社,2009年08月,第1版。
[4] 赵琳等编,卫星导航原理及应用,西北工业大学出版社,2001年06月,第1版。
其他参考资料:
测绘学报等期刊
二、教学目标
(一)知识目标 :主要目的是使学生了解全球卫星定位系统(GPS)的发展概况,掌握GPS定位的原理、熟悉GPS定位系统所采用的通信技术和现代通信电子设备的研制特征。 — 2 — (二)能力目标 :理解GPS定位的方式方法及GPS测量资料的处理与分析等重点内容,能够利用GPS进行基本的测量等应用。
(三)素质目标:清楚理解GPS在工程测量、地籍测量、交通管理、导航、地理信息系统等不同领域的应用,为今后在工作中应用这一先进的定位技术奠定基础。
三、基本要求
(一)了解 :全球定位系统的发展史;常用坐标系统的分类;GPS卫星的无摄运动和受摄运动,GPS卫星坐标计算方法;SA政策;消除误差的方法;GPS基线向量的解算,控制网和向量网络中平差的计算;接收机的工作原理;GPS测量技术在控制测量、精密工程测量及变形监测中的应用;GPS测量技术在各领域的应用。
(二)理解 :卫星星历的概念和传播方式;导航电文的内容,伪距测量原理,载波信号测量原理,整周未知数的确定方法;GPS测量的误差类型;整个外业施测步骤;常见的卫星信号接收机;GPS测量技术在航空遥感中的辅助应用;土地资源调查的目的、任务、内容、方法。
(三)掌握 :导航的概念和特点,GPS系统的组成;天球坐标系统和地球坐标系统的定义,协议天球坐标系统和协议地球坐标系统的构成及相互转换的过程;GPS定位原理;整个技术设计中的内容和设计书的编写; GPS接收机的分类;GPS测量技术在土地资源调查中的应用。
四、教学内容与学时分配
第一章 定位导航系统简介 2学时
第一节 卫星定位技术发展概况
知识点:初期的卫星定位技术,卫星多普勒测量,其他卫星定位系统简介
第二节 GPS的特点
知识点:GPS相对于其他导航定位系统的特点,GPS定位技术相对于常规测量技术的特点
第三节 GPS系统的组成
知识点:空间星座部分地面监控部分、用户设备部分 — 3 — 第四节 GPS的应用
本章小结
重点:GPS组成、特点。
难点:多普勒测量原理
思考题:
1. GPS卫星的作用是什么?
2.GPS定位技术的优点是什么?
作业:查询还有那些定位系统。
建议教学方法:启发式、讨论式和形象化教学相结合,采用多媒体教学。
第二章 GPS定位的坐标系统与时间系统 2学时
第一节 协议天球坐标系
知识点:天球的概念,天球坐标系,岁差与章动,协议天球坐标系
第二节 协议地球坐标系
知识点:地球坐标系,地极移动与协议地球坐标系,
第三节 协议地球坐标系与协议天球坐标系的转换
知识点:转换规则
第四节 国家坐标系与地方坐标系
知识点:地球参心坐标系,站心坐标系,独立坐标系,国家大地坐标系
第五节 WGS-84坐标系
知识点:概念
第六节 时间系统
知识点:有关时间的基本概念、世界时系统、原子时(Atomic Time——AT)、力学时、协调世界时(Coordinate universal Time——UTC)、GPS时间系统(GPST)
本章小结
重点:天球有关概念、时间有关概念、时间体系、各种坐标系统
难点:时间体系、各种坐标系统
思考题: — 4 — 1. WGS-84大地坐标系是如何定义的?WGS-84椭球的长半轴和扁率为多少?
2. 1980国家大地坐标系(C80坐标系)。
3. GPS时(GPST)。
4.极移的概念。
作业:区分岁差、章动、极移等概念
教学方法:启发式、讨论式和形象化教学相结合,采用多媒体教学。
第三章 卫星运动及GPS卫星信号 3学时
第一节 概述 2学时
知识点:如何考虑卫星运动过程。
第二节 卫星的无摄运动
知识点:二体意义下卫星的运动方程、开普勒方程、无摄卫星运动的轨道参数
第三节 卫星的瞬时位置与瞬时速度计算
知识点:卫星的瞬时位置计算、卫星的瞬时速度计算
第四节 地球人造卫星的受摄运动
知识点:卫星运动的摄动力及受摄运动方程
第五节 GPS卫星星历
知识点:预报星历、后处理星历
第六节 GPS卫星的伪随机测距码
知识点:码的概念、伪随机噪声码的产生、GPS的测距码信号
第七节 GPS导航电文 1学时
知识点:导航电文格式、导航电文内容
第八节 伪距测量原理
知识点:测量原理
第九节卫星的载波信号机相位测量原理
知识点:GPS卫星的载波信号、GPS卫星信号的调制、GPS卫星信号的解调、载波相位测量原理
第十节 美国政府关于GPS卫星信号的SA政策 — 5 — 知识点:SA技术、对定位的影响、反限制
本章小结
重点:GPS卫星的无摄运动。
难点:GPS卫星的坐标计算方法,导航电文的理解。
思考题:
1.广播星历的优缺点是什么?
2.卫星摄动力有哪些?
作业:讨论码的类型。
建议教学方法:启发式、讨论式和形象化教学相结合,采用多媒体教学。
第四章 GPS定位原理 3学时
第一节 GPS定位方法分类 1学时
知识点:分类方法
第二节 GPS绝对定位原理
知识点:动态绝对定位、静态绝对定位 2学时
第三节 观测卫星的几何分布与授时
知识点:精度因子和授时方法
第四节 相对定位原理
知识点:静态相对定位概念、静态相对定位观测方程
第五节 差分GPS测量原理
知识点:伪距差分原理、位置差分原理、载波相位差分原理
第六节 广域差分GPS
知识点:单基站差分、区域差分、广域差分
第七节 整周未知数的确定方法与周跳分析
知识点:静态求解方法、动态求解方法
本章小结
重点:伪距测量原理和载波相位测量原理,GPS各类定位原理。
难点:各类定位原理如何区分。 — 6 — 思考题:
1. 在GPS测量中,对点位有何要求?
2. 在利用载波相位进行相对定位时,何谓准动态相对定位模式?该模式有哪些特点,适用于哪种条件?
3.简述主动测距和被动测距的优缺点。
作业:GPS定位分类方法
建议教学方法:启发式、讨论式和形象化教学相结合,采用多媒体教学。
第五章 GPS测量的误差来源 2学时
第一节 GPS测量误差的分类
知识点:GPS测量误差的分类
第二节 与卫星有关的误差
知识点:GPS卫星星历误差、卫星钟误差、相对论效应
第三节 与卫星信号传播有关的误差
知识点:电离层折射误差、对流层折射误差、多路径效应
第四节 与接收机有关的误差
知识点:观测误差、接收机钟误差、整周未知数、天线相位中心位置偏差
第五节 其他误差来源
知识点:地球自传影响、地球潮汐改正
本章小结
重点:卫星误差类型和来源。
难点:不同来源的误差区别和消除方法。
思考题:
1. GPS测量定位中,主要误差来源是什么?系统误差主要包括哪些?
2. GPS卫星星历误差的实质是什么?
3.相对论效应是怎样产生的?如何解决?
4.多路径效应是什么?怎样防止?
作业:讨论不同来源的误差有没有共性? — 7 — 建议教学方法:启发式、讨论式和形象化教学相结合,采用多媒体教学。
第六章 GPS测量技术设计与外业施测 2学时
第一节 测量的技术设计
知识点:控制网技术设计的依据、控制网的精度密度设计、控制网的基准设计
第二节 控制网的图形设计及设计原则
知识点:控制网的图形设计、控制网的设计原则
第三节 控制网的优化设计
知识点:控制网基准的优化设计、控制网精度设计
第四节 测前准备及技术设计书的编写
知识点:测前准备、技术设计书的编写
第五节 测量外业实施
知识点:控制点的选择、外业施测、数据预处理、观测成果外业核检、GPS网平差处理
第六节 技术总结与上交资料
知识点:技术总结、上交资料
本章小结
重点:外业测量整个步骤。
难点:控制网的设计。
思考题:
1.GPS测量定位的技术设计包括哪些内容?
2.试述GPS控制网图形设计原则,并说明优化设计的目的和作用。
3.GPS测量定位技术设计及技术总结包括哪些内容?
作业:复习外业测量中的过程和步骤。
建议教学方法:启发式、讨论式和形象化教学相结合,采用多媒体教学。
第七章 GPS测量数据处理 2学时
第一节 概述
知识点:数据预处理、基线向量的结算