《卫星定位原理及应用》课程教学大纲.docx

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Principle and Application of Satellite Positioning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。Principle and Application of Satellite Positioning is one of the required and core courses for the majors of surveying and mapping engineering, which plays a very important role in the professional teaching. The main leaching contents include GNSS technology which is represented by GPS, GLONASS, BDS and Galileo, and its development status and trend at home and abroad; coordinate system and time system involved in satellite positioning; composition of GNSS system; satellite signal and the calculation of satellite position, code phase observation and carrier phase observation; error sources of GNSS positioning; linear combination of GNSS observations, detection and repair of cycle slips, and the determination of integer ambiguity; absolute positioning and relative positioning of GNSS; technical design of GNSS measurement and fieldwork implementation, data processing methods and practical mathematical model. The goal of the course is to make the students master the basic principle and measurement method of the satellite positioning, train the students' ability of using the satellite positioning technology to implement the spatial location and navigation, the ability to use GPS technology independently for scientific research and production practice, as well as the ability to analyze and solve problems.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1Ml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Ml1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Ml5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Ml1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Ml1/72.32.3坐标系统之间 的转换利用基线向量求坐标转换参数Ml1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Ml1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Ml1讲授/113.23.2卫星的受摄运 动瞬时轨道，瞬时轨道参数Ml0.5/123.33.3卫星星历预报星历，后处理星历，两种星历的比较Ml().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Ml2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Ml2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Ml2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Ml0.5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Ml1讲授/205.35.3观测方程的线测码伪距观测方程的线性化，载波相位观测方程的线性化Ml().5讲授/性化215.45.4 GNSS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Ml4讲授/225.55.5 GNSS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Ml2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Ml1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一一搜索法，双频组合观 测值法Ml1讲授/25A-A- 、 第八早第六早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Ml1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Ml1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Ml1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Ml1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Ml2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Ml2讲授/统，多基准站RTK技术（网络RTK）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/348.18.1 GNSS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M3().5讲授/358.28.2 GNSS网的基 准设计方位基准，尺度基准，位置基准M3().5讲授/368.38.3 GNSS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/409.393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M4().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第十一第H-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1 GNSS测量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撰写实验技术设计和数据采 集报告47实验2实验2 GNSS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1Ml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狭得有效结论。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。6Ml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）评分等级说明：A,B,C,D,E=90-100,80-89,70-79,60-69,0-59 ;A,B,C,D=90-100,75-89,60-74,0-59 ;A,B,C=90-100,75-89,60-74,0-59; A,B=80-100,0-79六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书IGPS测量与数据处理（第三版），李征航、黄劲松，武汉大学出版社,2（）16,68297873071768（）5.（*主教材）2图书IGPS测量原理及应用（第四版），徐绍栓等，武汉大学出版社,2017,ISBN:9787307191921.3图书1全球卫星导航系统一GPS, GLONASS, Galileo及其他系统，霍夫曼-韦伦霍夫，利希特内格尔，瓦斯勒著，程鹏飞等译，测绘出版社， 2009, ISBN:9787503019357.4图书|GNSS-Global Navigation Satellite Systems: GPS, GLONASS, Galileo, and more, Bernhard Hofmann-Wellenhof, Herbert Lichtenegger, Elmar Wasle , Springer Wien New York, 2008.七、实验项目信息序号项目名称实验室名称门牌号组人数学时实验类别要求实验类型上机1实验1 GNSS测量技术设计和数据采 集卫星定位实验室工科楼C2614-53专业必做综合性否2实验2GNSS测量数据处理地理信息实验室工科楼C2674-53专业必做综合性是