《卫星导航定位技术》课程教学大纲
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《卫星导航定位技术》课程教学大纲
一、基本信息
二、教学目的与任务
通过本课程的理论学习及实践教学，达到如下教学目标：使学生了解卫星导航定位技术的科技前沿及发展趋势，掌握相关专业基础知识和基本理论,具有一定的GPS工程实践经验；能够设计及实施GPS相关的工程实验，并能分析其结果；了解卫星导航定位相关的国家及行业工程规范，并具备运用规范解决工程施工中遇到问题的能力；具备一定的组织管理能力，能够综合运用相关理论与技术，组织实施卫星导航定位相关的工程。
主要教学任务包括：了解卫星导航定位技术的产生和发展的过程；掌握GPS系统的组成和卫星信号结构；掌握GPS定位中的主要误差源以及消除削弱各种误差影响的方法和措施；掌握测定卫星到接收机间的距离的方法，掌握GPS定位的原理和各种定位模式及其工作原理等内容。
重点掌握GPS静态定位的基本理论和方法，能够正确运用GPS仪器完成相关数据采集，能够使用GPS处理软件完成相关的数据处理；重点掌握RTK相关的理论及方法，能够应用GPS仪器完成相关的数据采集与处理。
三、教学内容与要求
(一) 绪论学时：4
主要内容：GPS的历史及其发展，GPS的特点和用GPS的限制与相应措施，GPS的组成，GPS测量的应用范围及GPS在我国的应用现状。
1、GPS定位技术的历史与发展、特点
2、GPS的组成及限制
3、GPS定位技术的应用
基本要求：掌握GPS的发展历史、GPS组成、特点、应用范围等，了解我国的GPS应用现状。
教学方式：课堂教学。
(二) GPS的坐标系统与时间系统学时：4
主要内容：坐标系统的类型，协议天球坐标，协议地球坐标系，地球坐标系的其他表达形式，大地测量基准及其转换，时间系统。
1、坐标系统
2、坐标系统及转换
3、时间系统
基本要求：掌握GPS坐标参考框架及时间参考框架等基本概念。
教学方式：课堂教学。
(三) 卫星运动的基础知识学时：4
主要内容：基础知识概述，卫星的无摄运动，GPS卫星的导航电文，GPS卫星的星历，GPS卫星的信号及其构成。
1、卫星的无摄运动
2、卫星的受摄运动及坐标计算
基本要求：掌握卫星无摄运动、受摄运动等基本概念，以及GPS位置坐标计算方法。
教学方式：课堂教学。
（四）GPS卫星的信号与导航电文学时：4 主要内容：GPS定位的基本观测量，是观测站（用户接收天线）至GPS卫星（信号发射天线）的距离（或称信号传播路径），它是通过测定卫星在该路径上的传播时间（时间延迟），或测定卫星载波相位在该路径上变化的周数（相位延迟）来导出的。
这跟通常的电磁波测距原理相似，只要已知卫星信号的传播时间和传播速度，就可得到卫星至观测站的距离。
为了便于理解GPS定位的原理，这里将首先简要地介绍一下有关电磁波传播的基本知识及大气层折射的影响，然后，进一步说明有关GPS卫星的信号问题。
1、电磁波的传播
2、 GPS卫星的测距码信号
3、 GPS卫星的导航电文
4、 GPS卫星信号的构成
基本要求：了解GPS卫星导航电文的基本构成，信号编码、解码原理等内容。
教学方式：课堂教学。
(五) GPS定位基本原理学时：8
主要内容：GPS的观测量，是用户利用GPS进行定位的重要依据之一。
主要介绍，利用GPS进行定位的基本方法和观测量的类型，并着重阐述与测码伪距和载波相位观测量相应的，观测方程及其线性化形式；GPS定位方法与观测量，伪距法定位，载波相位测量，整周跳变的探测及修复，整周未知数No的确定，载波相位测量的线形组合，静态相对定位测量。
1、 GPS定位的观测量
2、 GPS定位的观测方程
3、伪距法定位
4、载波相位法测量
5、整周跳变的探测与修复
基本要求：掌握GPS测量的基本方法、观测量、观测方程及其线性化表达等内容，了解整周模糊度概念及探测修复方法。
教学方式：课堂教学。
(六) GPS卫星导航学时：4
1、GPS卫星导航的概况；
2、GPS卫星导航原理
3、GPS的载体速度测量、姿态测量及时间测量
4、GPS卫星导航方法
基本要求：掌握GPS导航测量的基本原理、方法等内容。
教学方式：课堂教学。
(七) GPS测量的误差来源及其影响学时：4
1、GPS测量主要误差分类及与信号传播有关的误差
2、与卫星有关的误差
3、与接收机有关的误差及其他误差
基本要求：掌握GPS误差的基本成因、传播方式及改正方法等内容。
教学方式：课堂教学。
(八) GPS测量的设计与实施学时：6
主要内容：实施概述，GPS网的技术设计，选点与建立标志，GPS测量的观测工作，GPS 相对的作业模式，观测成果的外业检核。
1、 GPS网的优化设计
2、 GPS的外业观测
3、 GPS测量的作业模式
基本要求：掌握GPS网技术设计方法、外业观测及其数据处理等内容。
教学方式：课堂教学。
(九) GPS测量数据处理学时：4
主要内容：粗加工，预处理，平差计算，WGS-84大地坐标系及其坐标变换GPS基线向量网的平差。
1、 GPS数据处理
2、 GPS基线向量网的平差
基本要求：掌握GPS观测数据的处理流程及方法等内容。
教学方式：课堂教学。
(十) GPS高程测量学时：2
主要内容：高程系统及其关系、正常高的GPS确定方法、计算GPS高程异常的方法等。
1、高程系统及其相互关系
2、研究大地水准面高程的传统方法
3、确定正常高的GPS高程法
4、计算GPS高程异常的方法
5、GPS接收机及检定规程
基本要求：掌握正常高的GPS确定方法、计算GPS高程异常的方法等内容。
教学方式：课堂教学。
(十一)GPS操作及平差软件的认识学时：4
主要内容：GPS仪器的实际操作（含GPS仪器认识、静态测量和RTK 3项内容），GPS 数据处理软件的应用。
基本要求：掌握GPS的基本使用及操作方法、GPS数据处理的基本流程等内容。
教学方式：实验教学。
四、学时分配表
五、主要教学方法
GPS技术与应用课程对理论与实践的要求都相当高，并且内容多、难度大。
因此在教学方法上，需要将课堂教学、实验教学、课外答疑等方式有机地结合起来。
在教学过程中，要注重基本理论、基本概念和基本算法。
同时把本课程的知识与先期学习的课程加以对比、深化、巩固和提高。
培养学生以自学和动手相结合的方法解决实际问题的能力。
(1) 课堂教学
在课堂教学中，重点讲解GPS的定位原理以及GPS的组成，坐标系统和时间系统，GPS信号的组成和内容，采用GPS静态相对定位的方法及实施，GPS卫星定位误差来源、影响以及消除或减弱的措施，GPS数据处理以及坐标转换参数的确定。
这是讲授中的重点和难点，也是学习和掌握GPS技术和应用的主要手段。
(2) 实验教学
本门课程的目的之一就是要培养、训练学生应用GPS实施定位的能力。
因此实验教学环节非常重要。
在本课程授课结束后，安排4学时的GPS实际操作及平差软件的实习认识。
通过实验帮助学生掌握GPS的外业观测和记录，内业利用相应平差软件进行平差计算，最终得到定位结果。
实验环节有助于学生对理论知识的理解。
(3) 课外答疑
课外答疑是和学生进行交流的好机会。
课外答疑采用课间答疑和实验现场答疑两种方式。
学生可以在某个指定时间内，与教师面对面的探讨；也可以随时与教师进行交流。
这种交流将有助于因材施教，发现问题，及时解决。
六、实践教学内容与要求
主要内容：在本课程授课结束后，安排4学时的GPS实际操作及平差软件的实习认识。
通过实验帮助学生掌握GPS的外业观测和记录，内业利用相应平差软件进行平差计算，最终得到定位结果。
1、GPS认识与GPS静态测量，2学时；
2、RTK，2学时。
七、考核与成绩评定
本门课程采用多种考核方法相结合，多方面考核学生的掌握情况。
具体方法：
总评成绩=平时成绩×20%+实验成绩×20%+期末考试成绩×60%。
(1)期末考试(占 60%)
采用闭卷的方式。
试卷将考查本课程中的主要知识点，重点考查学生基本概念、基本知识以及应用的能力。
(2)平时成绩(占20%)
平时成绩主要从平时的出勤、作业、课堂回答问题等多方面进行考核。
平时无故缺勤、作业没有按时交、课堂回答问题不正确而且课下不参加答疑活动的都要记入考核项目。
(3)实验成绩(占20%)
实验成绩主要从平时的出勤、完成实验项目的优劣等多方面进行考核。
最终要上交实验报告。
