卫星导航定位
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课程评价
spContent=卫星导航定位是提供时空基准和位置信息的现代化技术。它是国家经济建设、国防安全的战略性基础设施,已成为IT产业继移动通信和互联网之后发展得最快第三个经济增长点。 本课程告诉大家:卫星如何导航定位?怎样实现高精度导航定位?要想了解卫星导航定位高技术应用,就请来参加我们的课程吧!
—— 课程团队
课程概述

   本课程是教育部测绘类学科教学指导委员会规定的测绘工程  本科专业的8门核心课程之一,地理信息类、海洋信息类专业本科生的主干课程或专业核心课。主要讲授卫星导航定位系统的组成与应用现状及发展、卫星导航定位的时空基准、卫星位置计算、卫星的信号、卫星定位导航原理、卫星定位误差与对策、卫星定位测量技术设计、卫星定位导航的实施、卫星定位数据处理等。

        

           

   

授课目标
本课程使学生掌握现代化大地定位测量的理论和方法,适应现代地理信息数据采集的需要。通过本课程的学习,培养学生应用GNSS卫星定位与导航技术,完成各种GNSS控制网的设计、布置、施测、数据处理; GNSS采集地理信息数据与GNSS导航的能力,熟悉GNSS测量标准与工程环境。
课程大纲

《卫星定位导航》课程教学大纲

课程名称:卫星定位导航 Satellite Positioning and Navigation 

学  分:4  

时:64(其中:理论学时:52  实验学时:12)

一、课程地位、作用与任务 

本课程是测绘工程专业的核心专业主干课程之一,同时也是地理信息系统专业和海洋技术专业的专业主干课程。使学生掌握现代化大地定位测量的理论和方法,适应现代地理信息数据采集的需要。通过本课程的学习,培养学生应用GPS卫星定位与导航技术,完成各种GPS控制网的设计、布置、施测、数据处理; GPS采集地理信息数据与GPS导航的能力,熟悉GPS测量标准与工程环境。

二、教学内容及组织

   1  绪论

   使学生了解全球卫星定位系统的应用现状及发展,掌握GPS定位与导航技术主要应用,熟练掌握GPS系统的组成。

重点GPS系统的组成、GPS定位技的特点。

难点GPS系统的组成。

教学内容:

1.1 全球卫星定位与导航技术发展概况

1.2 GPS定位技术的发展及特点

1.3 GPS系统的组成

1.4 GPS定位与导航技术应用

1.5 美国政府的GPS政策及影响

   2  GNSS定位的坐标系统与时间系统

   了解坐标系统的类型,掌握GPS时间系统,熟练掌握大地测量基准及其转换。

重点:坐标系统的类型、大地测量基准及其转换、GPS时间系统。

难点:大地测量基准及其转换。

教学内容:

2.1坐标系统的类型

2.2协议天球坐标系

2.3协议地球坐标系

2.4大地测量基准及其转换

2.5 GPS时间系统

   3 卫星运动基础知识及GNSS卫星的坐标计算

   了解卫星的受摄运动;掌握GPS卫星的星历;熟练掌握GPS卫星坐标计算。

重点:空间数据的地理控制基础和采集方法;空间数据的质量和标准。

难点:空间数据的地理控制基础和采集方法。

教学内容:

3.1卫星的无摄运动

3.2卫星的受摄运动

3.3 GPS卫星的星历

3.4 GPS卫星的坐标计算

   4 GPS卫星的信号

  了解大气层对电磁波传播的影响,掌握测距码信号、熟练导航电文及卫星信号构成。

重点:大气层对电磁波传播的影响;GPS卫星信号的构成;GPS卫星的导航电文。

难点GPS卫星的导航电文;大气层对电磁波传播的影响。

教学内容:

4.1电磁波的传播规律

4.2大气层对电磁波传播的影响

4.3 GPS卫星的测距码信号

4.4 GPS卫星的导航电文

4.5 GPS卫星信号的构成。

   5 GNSS定位原理

  熟练掌握GPS绝对定位原理和相对定位原理;掌握整周未知数确定与周跳分析;熟悉差分GPS测量原理与导航;了解广域差分GPS测量原理。

重点GPS绝对定位原理;GPS相对定位原理;GPS卫星导航原理。

难点:差分GPS测量原理;整周未知数的确定方法与周跳分析。

教学内容:

5.1 GPS绝对定位原理:测码伪距观测方程及其线性化;测相伪距观测方程及其线性化;静态绝对定位原理;动态绝对定位原理

5.2 GPS相对定位原理:相对定位的概念;静态相对定位的观测方程及其解算

5.3 差分GPS测量原理:伪距差分原理;位置差分原理;载波相位差分原理

5.4 广域差分GPS测量原理:单基准站差分GPS(SRDGPS);局部区域差分GPS系统(LADGPS);广域差分GPS系统(WADGPS)

5.5 整周未知数的确定方法与周跳分析:整周末知数的静态求解方法;整周未知数的动态求解方法

5.6 GPS卫星导航原理

   6 GNSS定位的误差分析及其对策

  了解GPS定位误差的来源,掌握质量分析评价方法、熟练掌握GPS定位的对策。

重点GPS定位误差的来源及分类;与卫星信号传播有关的误差。

难点:与GPS卫星有关的误差;与卫星信号传播有关的误差。

教学内容:

6.1 GPS定位误差的来源及分类

6.2与GPS卫星有关的误差

6.3与卫星信号传播有关的误差

6.4与接收机有关的误差

6.5其他误差来源

   7 GNSS测量技术设计

  熟练掌握GPS控制网测量技术设计方法;掌握GPS 测前准备及技术设计书的编写。

重点:GPS控制网的图形设计及设计原则,GPS碎部测量技术设计。

难点GPS控制网的图形设计,GPS碎部测量技术设计。

教学内容:

7.1 GPS控制网测量技术设计:GPS控制网技术设计的依据;GPS控制网的精度、密度设计;CPS控制网的基准设计;GPS控制网图形构成的基本概念和网的特征条件。

7.2 GPS控制网的图形设计及设计原则

7.3 GPS碎部测量技术设计

7.4 GPS 测前准备及技术设计书的编写:测区踏勘及收集资料;器材准备及人员组织;外业观测计划的拟定;拟定外业观测计划的依据;可视卫星预测;最佳观测时段选择;最佳观测窗口选择;接收机调度计划拟定;技术设计书编写。

   8 GNSS定位与导航的实施

  了解GPS卫星接收机;掌握GPS测量作业模式;熟练掌握GPS数据采集与导航。

重点:GPS接收机的组成及工作原理;GPS定位作业模式;GPS控制点的选择。

难点GPS接收机的组成及工作原理;GPS定位作业模式。

教学内容:

8.1 GPS卫星接收机:GPS卫星信号接收机的分类;GPS接收机的组成及工作原理;常见GPS卫星接收机;GPS卫星接收机的选用与检验。

8.2 GPS定位作业模式:静态定位模式态;快速静态定位模式;准动态定位模式;实时动态(RTK)定位模式。

8.3 GPS控制点的选择

8.4 GPS数据采集

8.5 GPS导航方法

8.6 外业技术总结与上交资料

   9  GNSS定位数据处理

   了解数据预处理;掌握GPS基线向量解算;掌握GPS高程系统;熟练掌握GPS控制网的二维、三维平差。

重点:GPS基线向量的解算;GPS控制网的三维平差;GPS高程。

难点:GPS基线向量的解算;GPS控制网的三维平差;GPS水准高程。

教学内容:

9.1 数据预处理

9.2 GPS基线向量的解算:双差基线模型;基线解算;精度评定;基线向量解算结果分析。

9.3 GPS控制网的三维平差:三维无约束平差;三维约束平差;GFS网与地面网的三维联合平差。

9.4 GPS基线向量网的二维平差:基线向量网的二维投影变换;基线向量网的二维平差。

9.5 GPS高程:高程系统;GPS水准高程;GPS重力高程;GPS高程精度。

9.6观测成果内业检核

9.7内业技术总结与上交资料

三、建议学时分配 

序号

课程内容

学 时 分 配

讲 授

实验

小计

1

绪论

2

 

2

2

GPS定位的坐标系统与时间系统

6

 

6

3

卫星运动基础知识及GPS卫星坐标计算

6

 

6

4

GPS卫星的信号

6

 

6

5

GPS定位原理

8

 

8

6

GPS定位的误差分析及其对策

6

 

6

7

GPS定位技术设计

6

 

6

8

GPS定位与导航的实施

6

6

12

9

GPS定位数据处理

6

6

12

合  计

52

12

64

预备知识

当您已经准备学习《卫星导航定位技术》这门课程时,我们认为您已经基本具备了大地测量或测量学的基本知识,同时也具备了计算机基础和计算机编程语言的基本能力。

由于本课程涉及的基础知识面广,且学时有限,在基础知识讲解时,我们并没有面面俱到,仅仅是对后续课程需要事先了解的相关基本知识进行了讲解。对于相关学科的知识,不是本课程的重点,但有些内容又不得不了解,可能有些专业术语比较晦涩,对于这些基础知识您需要自主学习,根据自己背景知识及时补充。

如果您使用本课程仅仅是为了完成数据的采集,您可以重点地看卫星导航定位的最基本原理,精力集中在卫星导航定位技术的实施上;如果您还关注数据处理,您可能要花更多的时间,补充误差理论知识,如果您学过最好,注重数学模型的建立,软件的使用;如果您是研究性、探索性地学习,您还要花时间深入学习大地测量知识,甚至有必要了解天文测量和地球物理知识;如果您更关心卫星导航的硬件部分知识,建议您看看适合通信、控制和制导等专业的课程资源,因为这不是本课程的重点。


证书要求

    以国家级特色专业创新应用能力本位教育模式ICBE(Innovation Competence Based Education )为特色,强调卫星导航定位创新应用能力综合教育,注重贯穿于整个人才培养过程的创新设计和实践训练。通过在线式4A级实践拓展教学平台和ICBE资源库。培养既有过硬专业知识技能,又有良好职业道德的国际化工程师。

    ICBE模式将实践性教学环节贯穿于整个人才培养过程,教学过程工程化管理。课程评价标准化,评价釆用国家《大地测量员》等特种职业技能鉴定标准;课程评价社会化:对教与学进行全面的理论与实践市场准入评估,要求学生通过《大地测量员》国家特种行业职业技能鉴定。让学生在人才市场上除有证明自己学历和知识结构的专业毕业证书,而且还有证明实践能力的职业技能等级证书。

本课程期末考试设计为国家《大地测量员》特种职业技能鉴定理论科目考试,由国家特种职业技能鉴定中心组织实施。考试采用百分制计分,60分及以上为合格。与技能鉴定操作考试科目成绩同时合格者,可以申请颁发四级国家《大地测量员》特种职业技能鉴定证书。


               

参考资料

       

常见问题

卫星导航定位技术是一门交叉学科,涉及到卫星通信、数字信号处理和大地测量等知识,因此要系统地掌握《卫星导航定位技术》,需要多学科的知识,考虑到学时的有限性,本资料的起点是要求学生具有一定的(大地)测量知识,目标是运用卫星导航定位技术解决本专业问题。因此,重点是如何使用卫星导航定位接收机和如何处理卫星导航定位数据,对于其他的学科知识要求不高,当然如果有其他学科的知识,会使学习过程变得更为轻松。在课程讲授过程中, 虽然对有关的知识和技能已经安排了较多学时,但从了解到熟练掌握尚需需勤学苦练。在课程学习指南中解决如下几个问题

   1学习方法问题

不同的人,有不同的学习方法,这里主要谈谈我们认为比较合适的学习方法。简单说来就是从理论到实践在回到理论,最后达到解决专业问题。

1) 学习要主动。主动学习这是对您的最基本要求,以教材为最基本资料,钻研教材,将不能理解或理解不准的东西标注出来,看主讲教师的视频,看看ppt,主动寻找问题的答案。如果您还存在困难可以寻求我们的帮助。

 2)知识要在平时消化,查缺补漏。学习本课程切记勿搞突击,要每一章节任务扫清,遇到相关不懂的学科知识,要及时补充,我们的学习资源中包含了作业,以帮助大家消化理解所学内容。同时还附有试卷,可以作为您自我检测的需要。

 3)要倍加珍惜实验机会。根据教学计划安排12个学时的实践教学时远远不够的,在实验课上,我们只能给您最基本操作的训练,要达到熟练程度,您要多看视频,多到相关网站下载资料,利用业余时间下实验室勤学苦练。对于软件应用,可以先从随机软件附带的算例开始学起,然后从简单的数据处理入手再到相对复杂的算例,逐步提高。

2实践问题

毫无疑问,本课程要培养您的实际处理问题的能力。尽管我们在电子资源中已经推导了相关公式,给出了一些典型的实例,但是这些远远不够,距离很好的掌握这门课程还有些距离。因此这里强力推荐您自己动手推导重要公式,例如基本导航定位的基本原理,如果您有测量数据处理基础知识,要求您推导全部公式,如果您的背景知识不够,也要适当地推导部分相对简单的公式。另外,强烈推荐您自己动手编写程序,用自己熟悉的计算语言如MATLAB ,或VC,或 C语言等工具来编写程序实现, 重要的程序有星历计算,数据的预处理、基线解算和网平差,不在于程序要求多高质量,从实现基本功能开始,逐步提高,在这个过程中,您大可不必担心自己的能力,只要动手就会有不小的收获。本课程强烈要求您下实验室,必须动手操作仪器、动手写技术设计、动手解算各种类型的数据,做到眼勤、手勤和脑勤。送您一句话,真本领靠的是实践的打磨

5 学习建议

1)建议您在学习的各个阶段积极地与教师沟通,积极地参加到小组讨论中。每一章的知识相对独立性又前后有序相辅相成。每一章学习目标达到后,再学习下一章。如果您的相关知识背景不够的,强烈建议您额外补课,比如对数据处理部分,如果您没有测量数据处理知识,这就需要您补充这方面的知识。

2)建议您充分利用公共图书馆资源,学会利用各种方式进行学习,正如开篇所说,卫星导航定位是交叉学科,相关的学科知识,往往要靠您自学,图书馆在这里将是您最好的老师。

3)建议您一定抓住开放实验室的机会,您学到的知识要用到实践中来,科技进步迅猛,卫星导航定位接收机和数据处理软件不断更新,您只有熟练掌握接收机的基本功能,掌握几种典型接收机的使用,在以后的学习工作中才能很快地学会使用自己从来没有接触过的接收机。解典型数据,使用各种类型的数据处理软件,对于典型工程的数据多解、多分析、找规律,不断提高数据处理能力,您才有可能胜任未来工作。

衷心祝您学习愉快,天天进步!