卫星导航定位

《卫星导航定位》教学大纲

课程英文名称：Satellite Navigation and Positioning Technology

课程代码：b206131110

课程类别：专业基础课

开课时间：第4学期

总学时：48

总学分：2.5

考核方式：考试

先修课程：高等数学、计算机基础、现代测量学、大学物理

适用专业：测绘工程专业

开课单位：地理信息与旅游学院

一、课程概述

卫星导航定位技术应用是测绘工程专业的专业基础课程，该课程主要培养测绘工程专业人才的专业基础技能，让学生了解和掌握使用定位卫星技术获取空间数据的基本方法和流程，为后续的工程测量、控制测量、地形图测绘实习等课程提供支持。学习该课程之前，必须掌握高等数学的计算技能和测量学的理论知识，掌握计算机软件和测量仪器的基本操作和使用技能。本课程主要讲述GNSS的基本原理、测量方法、应用范围、测量技术设计与实施、数据处理与实用数学模型等，并讲解GNSS接收机的操作和使用方法。本课程总学时48学时，其中理论32学时，实践16学时，考核方式为考试。

二、课程目标

课程的教学目标是通过教学，使学生对GNSS系统的原理及GNSS技术在各种测量与变形监测中的应用有全面系统的了解，并能在实际的工作中熟练地运用GNSS的仪器设备进行测量工作，并完成内业数据处理。

（一）知识目标

1．掌握GNSS系统的定位原理

2．掌握GNSS系统的测量方法和工作流程

3．了解GNSS的应用领域

（二）能力目标

1．具备GNSS测量设计与实施的能力

2．具备独立的GNSS接收机的操作和内业处理的能力

（三）素质目标

1．培养学生吃苦耐劳的工作态度

2．培养学生严谨细致的工作作风

3．培养学生团结协作的团队意识

三、课程内容与要求

1. 学时分配表

2. 教学内容和要求

第一章绪论

教学内容：

第一讲绪论

1．卫星多普勒导航定位系统简介

2．GPS卫星导航定位系统简介

3．GLONASS卫星导航定位系统简介

4．GALILEO卫星导航定位系统简介

5．北斗卫星导航定位系统简介

6．各种卫星导航定位系统的相互比较

教学要求：

1．掌握GPS、GLONASS、GALILEO和BeiDou系统的基本概念、系统组成和特点

2．了解系统发展历程以及各系统的区别和联系

3．了解GNSS系统的应用前景

教学重点与难点：

重点：GNSS系统组成、系统特点， GPS、GLONASS、GALILEO和BeiDou系统的发展历史，应用前景等

难点：无

第二章卫星大地测量基本知识

教学内容：

第一讲坐标系统与时间系统

1．坐标系统的基本概念

2．时间系统的基本概念

第二讲卫星运动基础

1．卫星的无摄运动

2．卫星的受摄运动

3．GPS卫星星历

教学要求：

1．掌握坐标系统的定义、WGS84坐标系统及我国的坐标系统

2．掌握GPS时间系统的原点及尺度

3．了解其他时间系统的应用

4．掌握影响卫星运动的摄动力及其特性

5．掌握GPS卫星星历的基本概念

教学重点与难点：

重点：卫星的受摄运动、GPS卫星星历

难点：坐标系统

第三章 GPS信号结构与GPS接收机

教学内容：

第一讲导航电文与GPS信号结构

1．导航电文

2．GPS信号结构

第二讲 GPS接收机组成及工作原理

1．GPS接收机组成

2．GPS接收机的工作原理

教学要求：

1．掌握GPS卫星信号的基本结构、GPS卫星导航电文以及GPS接收机的工作原理

2．了解GPS信号的产生及处理过程

3．了解GPS接收机的产品分类等

教学重点与难点：

重点：GPS卫星信号的基本结构、GPS卫星导航电文、GPS接收机的基本工作原理

难点：GPS卫星导航电文、GPS卫星位置和速度的计算

第四章 GPS定位的基本原理

教学内容：

第一讲伪距测量和载波相位测量

1．GPS定位原理

2．伪距测量的原理

3．载波相位测量的原理

第二讲整周跳变和GPS相对定位

1．整周跳变的探测与修复

2．GPS相对定位

3．整周模糊度的确定

4．GPS精密单点定位原理

教学要求：

1．理解GPS定位的实质、伪距定位法的基本原理、载波相位测量的工作原理

2．掌握整周跳变的基本概念、周跳的探测及修复方法、GPS相对定位的方法

3．了解整周模糊度的确定和精密单点定位的工作原理

教学重点与难点：

重点：伪距测量、载波相位测量、GPS相对定位、周跳探测与修复

难点：伪距测量、载波相位测量、GPS精密单点定位原理

第五章差分GPS定位原理

教学内容：

第一讲差分GPS定位原理

1．位置差分原理

2．伪距差分原理

3．相位平滑伪距差分原理

4．广域差分GPS原理

5．载波相位差分原理

教学要求：

1．了解美国的GPS政策

2．掌握差分GPS定位原理

3．掌握单站差分系统、局域差分系统和广域差分系统的构成及特点

教学重点与难点：

重点：位置差分原理、伪距差分原理、广域差分GPS原理、载波相位差分原理

难点：差分GPS定位原理、载波相位差分原理

第六章 GPS测量的误差来源及其影响

教学内容：

第一讲与卫星有关的误差和与信号传播有关的误差

1．与卫星有关的误差

2．与信号传播有关的误差

第二讲与接收机有关的误差

1．与接收机有关的误差

2．精密单点定位中需要考虑的误差

教学要求：

1．掌握GPS测量误差的分类

2．掌握各类误差的产生原因及消除措施

3．了解精密定位中需要考虑的误差项

教学重点与难点：

重点：与信号传播有关的误差，与卫星有关的误差，与接收机有关的误差

难点：无

第七章 GPS测量控制网的设计与实施

教学内容：

第一讲 GPS测量控制网的设计

1．GPS控制测量的概念及模式

2．GPS测量控制网的技术设计

第二讲 GPS测量控制网的实施

1．GPS外业选点与埋石

2．GPS控制网施测前准备

3．GPS控制网的外业观测

4．观测成果的检核与重测

教学要求：

1．掌握GPS控制测量的概念及模式、技术设计书的编写

2．掌握GPS控制测量的工作流程

3．了解实施过程中的各个环节及注意事项

教学重点与难点：

重点：GPS控制测量的概念及模式，GPS测量控制网的技术设计，GPS外业选点与埋石，GPS控制网的外业观测

难点：GPS测量控制网的技术设计

第八章 GPS测量的数据处理

教学内容：

第一讲 GPS测量的数据处理

1．数据处理的基本程序

2．GPS基线向量的解算

3．GPS定位结果的坐标转换

4．基线向量网平差

5．GPS测量技术总结

教学要求：

1．掌握GPS数据处理的基本流程、测量技术总结的编写

2．理解GPS基线解算的原理、坐标转换的工作原理

3．会用GPS平差软件

教学重点与难点：

重点：GPS基线向量的解算、GPS定位结果的坐标转换、基线向量网平差、GPS测量技术总结

难点：GPS基线向量的解算、GPS定位结果的坐标转换、基线向量网平差

第九章 CORS系统与网络RTK

教学内容：

第一讲 CORS系统与网络RTK

1．CORS系统概述

2．CORS系统建设

3．网络RTK概述

4．VRS原理

5．CORS系统与网络RTK技术的应用

教学要求：

1．掌握CORS系统的基本概念、工作原理及系统结构

2．理解网络RTK的工作原理

3．了解CORS系统和网络RTK的应用领域

教学重点与难点：

重点：CORS系统概述、CORS系统建设、网络RTK概述、CORS系统与网络RTK技术的应用

难点：VRS原理

第十章 GPS精密高程测量

教学内容：

第一讲 GPS精密高程测量

1．高程系统

2．大气对流层折射影响及其处理方法

3．GPS高程转换方法

4．转换GPS高程的二次曲面拟合法

5．转换GPS高程的神经网络方法

6．GPS精密高程测量的应用

教学要求：

1．掌握高程系统的基本概念

2．理解GPS高程拟合的转换方法

3．了解GPS精密高程测量的应用领域

教学重点与难点：

重点：高程系统简介、GPS高程转换方法概述用

难点：转换GPS高程的二次曲面拟合法、转换GPS高程的神经网络方法

第十一章 GPS工程应用

教学内容：

第一讲 GPS工程应用

1．GPS在大地控制测量中的应用

2．GPS在变形监测中的应用

3．GPS在路线勘测中的应用

4．GPS在桥梁、隧道施工控制网中的应用

5．GPS在港口与航道建设中的应用

6．GPS在交通运输领域中的应用

7．GPS在摄影测量与遥感技术中的应用

8．GPS在农林业领域中的应用

教学要求：

1．了解GPS技术在控制测量、工程测量、摄影测量以及农业等领域的应用及发展前景。

教学重点与难点：

重点：GPS在大地控制测量中的应用、 GPS在变形监测中的应用、 GPS在路线勘测中的应用、 GPS在桥梁、隧道施工控制网中的应用、GPS在摄影测量与遥感技术中的应用

难点：无

四、实验(实践)内容

1．实验项目与学时分配表

2．实验内容及教学要求

实验项目一：初识GPS系统

实验内容：

1、GNSS接收机组成

2、GPS接收设备的使用、组装及各部件的作用

实验教学要求：

1、了解GNSS接收机的组成

2、掌握GPS接收机的安装及调试

主要仪器设备：

GNSS接收机

注意事项:

无

实验项目二：GPS静态外业数据采集

实验内容：

1、GPS接收机的构造及各部件的作用

2、GPS接收机静态相对定位测量的操作流程

3、静态测量的系统配置

实验教学要求：

1、了解GPS接收机的组成

2、掌握GPS静态相对定位测量的操作

3、熟悉静态测量的设置

主要仪器设备：

GNSS接收机

注意事项:

无

实验项目三：GPS静态内业数据处理

实验内容：

1、数据预处理、基线解算、网平差

2、GNSS数据处理软件基本操作

实验教学要求：

1、了解数据处理的基本流程

2、掌握GNSS数据处理软件的操作

主要仪器设备：

GNSS接收机、电脑

注意事项:

无

实验项目四：校区GPS控制网的设计与实施

实验内容：

1、编写GNSS控制测量的技术设计方案

2、GNSS控制测量

3、内业数据处理

实验教学要求：

1、了解GNSS控制测量技术设计的方案编制

2、熟悉GNSS控制测量

3、会用软件处理数据

主要仪器设备：

GNSS接收机、电脑

注意事项:

无

实验项目五：GPS RTK的认识与使用

实验内容：

1、GPS RTK系统的构造及各部件的作用

2、RTK动态测量

3、构建GPS RTK测量系统

4、GPS RTK测量的系统配置

实验教学要求：

1、了解GPS RTK系统的构造

2、了解RTK测量的过程

3、掌握GPS RTK构建

4、学会正确配置GPS RTK系统

主要仪器设备：

GNSS接收机

注意事项:

无

实验项目六：GPS RTK地形图测绘

实验内容：

1、GPS RTK数据采集

2、绘制地形图

实验教学要求：

1、掌握GPS RTK数据采集的基本流程

2、会用Cass等软件绘制地形图

主要仪器设备：

GNSS接收机、电脑

注意事项:

无

实验项目七：GPS RTK工程放样

实验内容：

1、GPS RTK点放样

2、GPS RTK直线放样

实验教学要求：

1、掌握GPS RTK点放样的基本操作

2、掌握GPS RTK直线放样的基本操作

主要仪器设备：

GNSS接收机、电脑

注意事项:

无

五、教学建议

（一）方法手段

教学方法主要采用多媒体教学、网络教学和演示教学相结合的方式。其中GNSS的定位原理、测量方法、应用范围、测量技术设计与实施、数据处理与实用数学模型等内容采用多媒体教学方法，辅以板书和网络教学的方式进行，GNSS接收机的操作和使用采用演示教学，辅以网络教学的方式进行。

1、多媒体教学：理论教学采用多媒体教学方式进行，以教师演讲ppt为主，辅以板书。

2、网络教学：学生登录课程网络平台，观看课程视频、完成课后练习和参与讨论等，以学生自主学习为主，安排在课堂教学以外的时间段进行。

3、演示教学：实践教学采用教师演示教学方式进行，以教师现场操作为主，辅以学生分组练习。

（二）考核评价

本课程的考核方式为考试。课程考核结果由平时成绩（40%）和期末考核成绩（60%）两部分构成，其中平时成绩由作业、学生考勤、课堂提问和课内实践组成，具体占比见下表。

平时成绩=作业成绩（10%）+考勤成绩（10%）+课内实践成绩（80%）±课堂表现成绩

其中，各项成绩计算依据如下：

1、出勤成绩(10%)

出勤成绩=基准分-扣分项（最高扣分为20分）

基准分为90分，各项扣分依据如下：

学生旷课1次(2学时)，出勤成绩扣5分。事假（因个人、家庭、班级、班主任谈话等）每次（2学时）扣1分。病假（经校医务室批准休息或外出就医）不扣分。

全学期迟到不满两次不扣分，迟到三次及以上者，每次扣0.5分。早退每次扣1分。

2、作业成绩(10%)

作业批改按百分制计算，以7次随堂作业的评阅成绩加权平均获得。

3、课内实践（80%）

课内实践成绩按百分制计算，由实验数据（50%）、实验报告（50%）加权平均后，再减去实验考勤扣分获得,实验考勤扣分依据与课堂考勤一致。

课内实践=实验数据（50%）+实验报告（50%）-实验出勤扣分

4、课堂表现成绩(最高扣分为30分)

（1）积极主动回答教师提问，每答对1次，加1~2分。

（2）教师点名后回答提问，每答对1次，加1分。

（3）教师点名后拒不回答或不站立者，扣1分。

（4）上课不认真听讲、频繁小话或长时间聊天、每次扣1分。出现其它态度恶劣或影响正常上课每次扣2~5分。

（5）有其它表现突出事项可适当加1~5分。

期末考核采用闭卷考试的形式进行，以卷面成绩为准。

（三）教材选用

1.高成发,胡伍生主编.卫星导航定位原理及应用.北京：人民交通出版社,2011年.

2.徐绍铨,张华海,杨志强等主编.GPS测量原理及应用（第三版）.武汉：武汉大学出版社,2007年.

（四）课程资源

信息化教学资源：本课程多媒体课件、网络课程（http://ehuixue.cn/view.aspx?cid=2819）。

制定人(签字)：邓岳川审核人：制定时间：2017.4