GNSS测量及数据处理课程改革教学大纲

《GNSS测量与数据处理》课程改革教学大纲

一、课程的性质和目的

《GNSS测量与数据处理》是测量工程专业的主要专业必修课之一。通过这门课的学习，要使学生了解GPS全球定位系统的构成、时空基准、卫星定轨基础理论，掌握GNSS定位数学模型、定位方法和误差源分类等原理，掌握GNSS控制网的技术设计、施测方法及其数据处理、软件操作过程等，了解GNSS技术的最新发展与应用。

通过讲座教师的课程模块的讲座、助教安排研讨、指导撰写论文、主持小组论文报告和讲座教师组织课程论文报告、实验及生产实践，使学生在毕业后能独立承担GNSS控制网的技术设计和组织外业测量、内业数据处理等工作。通过本课程的各教学环节，培养学生的专业文献检索、独立思考、合作交流、测绘案例分析与解决能力。为专业的研究深造、社会就业奠定专业基础。

二、课程的基本要求

1．理解GNSS的系统组成及各部分功能；

2．了解GNSS的应用领域；

3．理解GNSS测量的坐标系统和时间系统；

4．理解卫星运动的基础知识及GPS信号；

5．掌握GNSS定位方法、数学模型及其线性化

6. 掌握GNSS的误差来源及其削弱方法；

7．掌握GNSS控制网的技术设计、网点布设、观测方法，并运用相关知识达到能够撰写技术设计书和技术总结报告的能力；

8．掌握GPS数据处理的一般步骤和RINEX格式；

9．理解GPS基线解算、周跳探测等预处理工作；

10．掌握GPS坐标系统之间的关系与转换；

11. 掌握GPS控制网的二维、三维平差计算，并综合运用GNSS数据处理方法和程序设计能力，达到熟练操作GNSS数据处理软件的能力，能够对观测数据进行数据处理与精度评定；

12. 掌握GPS高程方法；

13. 了解GNSS技术最新发展与常用GNSS数据处理软件分类、特点。

三、课程内容与要求

表1. 课程内容模块划分与课时安排表

第1部分：4学时讲座

第1章绪论

1、学习目的和要求

通过学习本章，了解GNSS发展历史及应用状况，掌握GPS的组成。了解GPS现代化、GLONASS、GALILEO和北斗二代的发展。

2、课程内容

（1）Transit、GPS等卫星空间定位技术的兴起及其特点

（2）GPS的组成及其功能

（3）美国政府对GPS用户的限制性政策与用户的措施

（4）其他GNSS的发展，俄罗斯的GLONASS, 欧盟建设中的Galileo，中国的Compass

3、考核知识点和考核要求

（1）识记：常规测量方法的局限性，GNSS定位技术的发展史；GPS现代化技术及其数据处理方法（2）领会：GPS的组成、功能，对用户的限制性政策及用户的措施；GLONASS、GALILEO和北斗二代的目前状况和发展

第2部分：8学时讲座+2学时报告

第2章 GNSS导航定位时空基准

1、学习目的和要求

在已学《卫星大地测量学》的基础上，以卫星定位系统所涉及的几种坐标系和时间系统进行分类，掌握各种坐标系统的表达及转换，掌握时间系统的概念。

2、课程内容

（1）坐标系统的类型

（2）协议天球坐标系ECSF或CIS

（3）协议地球坐标系ECEF或CTS

（4）地球坐标系的其它表达形式：天文坐标系，参心大地坐标系，站心坐标系等

（5）大地测量基准

（6）时间系统：世界时，力学时和原子时；其他时间概念：年积日，GPS周，MJD；

3、考核知识点和考核要求

（1）识记：岁差、章动、极移的概念；坐标系统的分类: CIS, CTS,WGS-84,CGCS2000；时间系统-UTC、TAI和GPST的含义及相互关系；年积日，GPS周，MJD的含义，及与公历之间的转换；

（2）领会：CIS与CTS的关系及不同坐标系统的转换；编程实现不同时间的转化

第3章 GNSS卫星运动和卫星信号

1、学习目的和要求

通过学习，了解卫星的受摄和无摄运动，掌握GNSS卫星的星历和卫星空间位置坐标计算；掌握GPS卫星的测距码信号、导航电文(数据码)、卫星信号的构成。

2、课程内容

（1）概述

（2）卫星的无摄运动

（3）卫星的受摄运动

（4）GNSS卫星的星历、GPS卫星的导航电文(数据码)

（5）GNSS测距码信号

（6）GLONASS和GALILEO卫星信号的构成

（7）GPS卫星的坐标计算

3、考核知识点和考核要求

（1）识记：卫星的无摄和受摄运动，其他卫星的测距码信号构成

（2）领会：GPS卫星的星历、GNSS信号分类，GPS卫星的坐标计算

第3部分：12学时讲座+2学时报告+2学时实验

第4章 GPS定位中的误差源

1、学习目的和要求

通过学习，了解GPS定位的误差源分类，掌握卫星钟差、卫星星历误差、电离层折射误差、对流层折射误差、多路径延迟等改正方法，理解其他误差及其改正方法。

2、课程内容

（1）GPS误差源分类、削弱方法与措施：GNSS观测量的误差来源分类：与卫星有关的误差来源及其影响，与信号传播有关的误差来源及其影响，与用户接收机有关的误差来源及其影响

（2）卫星钟差

（3）卫星星历误差

（4）电离层折射误差

（5）对流层折射误差

（6）多路径延迟

（7）其他误差改正

3、考核知识点和考核要求

（1）识记：卫星钟差、卫星星历误差、电离层折射误差、对流层折射误差、多路径延迟改正方法（2）领会：误差源的分类；其他误差及其改正方法。

第5章距离测量与定位方法

1、学习目的和要求

通过学习，掌握GNSS定位方法，包括单点定位、相对定位，测码伪距、测相伪距的静态定位、动态定位；掌握相位观测量线性组合的模型和特点；了解整周模糊度的解算和周跳的探测修复，理解差分GPS、NETWORK RTK、CORS。

2、课程内容

（1）测码伪距观测方程

（2）测相伪距观测方程

（3）同一频率观测量线性组合：单差、双差、三差

（4）其他常用的线性组合观测值

（4）整周模糊度的确定与周跳分析

（5）网络RTK及CORS

（6）差分GPS

3、考核知识点和考核要求

（1）识记：整周模糊度的解算和周跳的探测修复；宽巷、窄巷、去电离层组合观测值; 差分GPS、NETWORK RTK、CORS;

（2）领会：测码伪距、测相伪距观测方程的列立；不同定位方式的特点；同一频率相位观测量线性组合的模型和特点；了解差分GNSS的发展及其应用。

第4部分：6学时讲座+2学时报告+2学时实验

第7-9章 GNSS定位的技术设计、外业观测方法

1、学习目的和要求

通过学习，了解GNSS网设计的依据、步骤，掌握GNSS网设计的基准设计、图形设计、特征条件方法。了解GPS测量的外业观测过程。运用技术设计方法、结合实验2、4进行技术设计报告与技术总结报告的撰写。

2、课程内容

（1）技术设计的依据

（2）GNSS网的精度和密度设计

（3）GNSS网的基准设计

（4）GNSS测量中的图形设计

（5）GNSS网的特征条件