《卫星定位原理及应用》课程教学大纲

《卫星定位原理及应用》教学大纲一、课程基本信息课程名称卫星定位原理及应用PrincipleandApplicationofSatellitePositioning课程编码OSI111311030开课院部海洋与空间信息学院课程团队（未设置）学分3.0课内学时50讲授44实验6上机0实践0课外学时24适用专业测绘工程授课语言中文先修课程数字地形测量学（2-1）、数字地形测量学（2-2）、误差理论与测量平差、大地测量学基础课程简介（必修）《卫星定位原理及应用》是我校测绘工程专业的必修课和专业核心课程之一，在专业教学中占有非常重要的地位。主要教学内容包括：以GPS、GLONASS、BDS、GALILEO等为代表的GNSS技术及其国内外发展现状和趋势；卫星定位涉及的坐标系统和时间系统；GNSS系统的组成；卫星信号及卫星位置的计算；码相位观测和载波相位观测；GNSS定位的误差源；GNSS观测量的线性组合；周跳的探测与修复、整周模糊度的确定；GNSS绝对定位和相对定位；差分GNSS技术；GNSS测量技术设计与外业实施、内业数据处理方法与实用数学模型。课程教学目标是使学生掌握卫星定位的基本原理和测量方法，培养学生利用卫星定位技术实施空间定位和导航的能力，独立运用GPS技术进行科研和生产实践的能力，以及分析问题和解决问题的能力。PrincipleandApplicationofSatellitePositioningisoneoftherequiredandcorecoursesforthemajorsofsurveyingandmappingengineering,whichplaysaveryimportantroleintheprofessionalteaching.ThemainteachingcontentsincludeGNSStechnologywhichisrepresentedbyGPS,GLONASS,BDSandGalileo,anditsdevelopmentstatusandtrendathomeandabroad;coordinatesystemandtimesysteminvolvedinsatellitepositioning;compositionofGNSSsystem;satellitesignalandthecalculationofsatelliteposition,codephaseobservationandcarrierphaseobservation;errorsourcesofGNSSpositioning;linearcombinationofGNSSobservations,detectionandrepairofcycleslips,andthedeterminationofintegerambiguity;absolutepositioningandrelativepositioningofGNSS;technicaldesignofGNSSmeasurementandfieldworkimplementation,dataprocessingmethodsandpracticalmathematicalmodel.Thegoalofthecourseistomakethestudentsmasterthebasicprincipleandmeasurementmethodofthesatellitepositioning,trainthestudents'abilityofusingthesatellitepositioningtechnologytoimplementthespatiallocationandnavigation,theabilitytouseGPStechnologyindependentlyforscientificresearchandproductionpractice,aswellastheabilitytoanalyzeandsolveproblems.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：掌握卫星定位的基本概念、观测量、定位方法和数学模型，能够应用GNSS测量知识解决城市与工程控制测量等复杂测绘工程问题。是1.42M2目标2：熟悉GNSS测量技术的应用领域，通过文献研究寻求具体工程问题的解决方案，并进行可行性论证和分析。是2.33M3目标3：掌握GNSS网的精度设计、密度设计、基准设计和图形设计方法，能够设计城市与工程GNSS控制测量的技术方案。是4.24M4目标4：掌握GNSS测量的数据采集和数据处理方法，能够使用GNSS接收机进行外业数据采集，以及利用GNSS数据处理软件进行GNSS基线解算、网平差等复杂测绘工程问题的计算和分析。是5.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章第一章绪论本章重点难点：GNSS系统的组成、北斗卫星导航系统（BDS）的特点////21.11.1早期的卫星定位技术卫星三角网、卫星测距网M11讲授//31.21.2全球导航卫星系统（GNSS）GPS、GLONASS、GALILEO和BDS的系统组成和特点，GNSS的概念M15讲授//4第二章第二章GNSS测量所涉及的坐标系统和时间系统本章重点难点：站心地平坐标系；坐标转换；原子时、协调世界时、GPS时间系统之间的关系////52.12.1天球坐标系天球的基本概念，天球坐标系的定义，瞬时极天球坐标系和协议天球坐标系M11讲授//62.22.2地球坐标系地球坐标系的定义，瞬时极地球坐标系和协议地球坐标系，站心坐标系，WGS-84世界大地坐标系，国家大地坐标系，ITRF参考框架M11///72.32.3坐标系统之间的转换利用基线向量求坐标转换参数M11讲授//82.42.4时间系统时间系统的定义，常用时间系统，时间标示法M11讲授2平时作业19第三章第三章卫星运动基础及卫星星历本章重点难点：开普勒轨道根数、广播星历及其参数////103.13.1卫星的无摄运动卫星运动的开普勒三定律，卫星运动的轨道参数及轨道坐标系统，卫星运动的轨道方程M11讲授//113.23.2卫星的受摄运动瞬时轨道，瞬时轨道参数M10.5///123.33.3卫星星历预报星历，后处理星历，两种星历的比较M10.5讲授//13第四章第四章卫星信号及卫星位置的计算本章重点难点：伪随机噪声码的产生；卫星位置的计算////144.14.1卫星信号卫星信号的构成，伪随机噪声码，导航电文，卫星信号的调制和解调M12讲授//154.24.2卫星位置的计算利用广播星历参数计算卫星的坐标M12讲授//164.34.3卫星信号接收机GNSS接收机的概念、信号通道、分类和工作原理M12讲授2平时作业217第五章第五章卫星定位基础本章重点难点：伪距测量和载波相位测量的观测方程；对流层折射、电离层折射、接收机钟差、卫星钟差、相对论效应、地球自转影响等误差改正；差分组合观测值及其观测方程；周跳的探测与修复；整周模糊度的确定////185.15.1利用测距码测定卫地距码相位测量，测码伪距观测值的观测方程M10.5讲授//195.25.2载波相位测量载波重建，载波相位测量的观测量和观测方程M11讲授//205.35.3观测方程的线性化测码伪距观测方程的线性化，载波相位观测方程的线性化M10.5讲授//215.45.4GNSS定位中的误差源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，其他误差M14讲授//225.55.5GNSS观测量的线性组合两个频率的同一类型观测进行组合，两个频率或同一频率的不同类型观测（伪距和相位）进行组合，同一频率的同一类型观测进行组合，即差分组合M12讲授//235.65.6周跳的探测与修复周跳及其探测与修复的概念，周跳探测与修复的常用方法M11讲授//245.75.7整周模糊度的确定伪距法，待定参数估计法——经典方法，多普勒法（三差法）——消去法，快速确定整周未知数法――搜索法，双频组合观测值法M11讲授//25第六章第六章GNSS绝对定位（单点定位）本章重点难点：绝对定位的平差模型；精度因子////266.16.1静态绝对定位测码伪距静态绝对（单点）定位，测相伪距静态绝对（单点）定位M11讲授//276.26.2动态绝对定位测码伪距动态绝对（单点）定位，测相伪距动态绝对（单点）定位M11讲授//286.36.3绝对定位精度的评价绝对定位平差参数的协因数阵，精度因子，卫星分布的几何图形对精度因子的影响M11讲授//296.46.4精密单点定位精密单点定位的概念、基本算法和应用M11讲授2平时作业330第七章第七章GNSS相对定位本章重点难点：差分观测值的观测方程及相对定位的平差模型////317.17.1静态相对定位单差观测值的观测方程及其平差模型，双差观测值的观测方程及其平差模型，三差观测值的观测方程及其平差模型M12讲授//327.27.2动态相对定位单基准站差分，局部区域GNSS差分系统，广域差分GNSS系统，多基准站RTK技术（网络RTK）M12讲授//33第八章第八章GNSS测量的技术设计本章重点难点：GPS测量的精度设计、基准设计和图形设计////348.18.1GNSS网的精度和密度设计GNSS相邻点间的弦长精度，GNSS网的精度分级，GNSS网中相邻点间的距离M30.5讲授//358.28.2GNSS网的基准设计方位基准，尺度基准，位置基准M30.5讲授//368.38.3GNSS网的图形设计GNSS网特征条件的计算，GNSS网同步图形构成及独立边的选择，同步环闭合差和异步图形的构成，GNSS网的布设M31讲授//37第九章第九章GNSS测量的外业实施本章重点难点：观测方案设计、观测作业////389.19.1接收机的检验用零基线检验接收机内部噪声水平，天线相位中心稳定性检验M40.5讲授//399.29.2观测方案设计各级GNSS测量的基本技术要求M40.5讲授//409.39.3作业调度观测区域的设计与划分，编排作业调度表，GNSS测量外业观测通知单M40.5讲授//419.49.4观测作业天线安置，开机观测，观测记录M40.5讲授//42第十章第十章GNSS测量数据处理本章重点难点：GPS基线向量解算和网平差计算////4310.110.1基线解算基线解算的模式，基线解算的结果分析和质量检核M41讲授//4410.210.2基线向量网平差GNSS基线向量网和网平差的概念，自由网平差（无约束平差），约束平差，联合平差M41讲授2平时作业445第十一章第十一章GNSS技术的应用本章重点难点：GNSS技术在精密定位以及交叉学科中的应用。GNSS在大地控制测量中的应用，GNSS在精密工程测量和变形监测中的应用，GNSS在航空摄影测量中的应用，GNSS在地形、地籍和房产测量中的应用，GNSS在海洋测绘中的应用，GNSS在气象学中的应用。M22讨论4大作业46实验1实验1GNSS测量技术设计和数据采集GNSS网技术方案设计，利用GNSS接收机进行数据采集M3,M43实验2撰写实验报告47实验2实验2GNSS测量数据处理GNSS测量数据处理软件，GNSS测量数据处理与结果分析M43实验2撰写实验报告四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业布置4次平时作业，包括编程实现、章节测试30%2实验课程实验6学时，分两次完成10%3大作业结合GNSS技术应用，通过文献查阅和研究，寻求一些具体工程问题的解决方案，并进行分析和讨论；撰写一篇课程论文10%4期末考试闭卷考试50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时作业40%A-独立思考、按时完成；作业规范、思路清晰、步骤完整、答案准确。B-独立思考、按时完成；作业比较规范、思路比较清晰、步骤比较完整、答案准确。C-独立思考、按时完成；作业比较规范、思路比较清晰、步骤比较完整、答案基本准确。D-作业未能按时完成；作业不规范，思路混乱。2M4平时作业50%A-独立思考、按时完成；作业规范、思路清晰、步骤完整、答案准确。B-独立思考、按时完成；作业比较规范、思路比较清晰、步骤比较完整、答案准确。C-独立思考、按时完成；作业比较规范、思路比较清晰、步骤比较完整、答案基本准确。D-作业未能按时完成；作业不规范，思路混乱。3M3实验50%A-实验过程中认真完成实验要求，得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤叙述清楚，正确分析实验数据，从技术角度优选解决方案获得有效结论。B-实验过程中认真完成实验要求，得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤叙述比较清楚，正确分析实验数据，从技术角度优选解决方案获得比较有效的结论。C-实验过程中认真完成实验要求，不能得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤叙述清楚，没有正确分析实验数据，但是结合理论分析可以从技术角度优选解决方案获得有效的结论。D-实验过程中不能完成实验要求，不能得到正确的实验结果，不能从技术角度优选解决方案获得有效的结论。4M4实验50%A-实验过程中认真完成实验要求，得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤叙述清楚，正确分析实验数据，从技术角度优选解决方案获得有效结论。B-实验过程中认真完成实验要求，得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤叙述比较清楚，正确分析实验数据，从技术角度优选解决方案获得比较有效的结论。C-实验过程中认真完成实验要求，不能得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤叙述清楚，没有正确分析实验数据，但是结合理论分析可以从技术角度优选解决方案获得有效的结论。D-实验过程中不能完成实验要求，不能得到正确的实验结果，不能从技术角度优选解决方案获得有效的结论。5M2大作业100%A-文献查阅充分，能够给出工程问题的完整解决方案，对实验方案的论证和分析合理。B-文献查阅满足要求，能够给出工程问题的完整解决方案，对实验方案的论证和分析较为合理。C-文献查阅满足要求，基本能够给出工程问题的完整解决方案，但实验方案的可行性和合理性存在问题。D-文献查阅不满足要求，不能给出工程问题的完整解决方案，实验方案的可行性差。6M1期末考试60%（见试卷评分标准）7M3期末考试50%（见试卷评分标准）评