GNSS测量原理及应用课程教学大纲 课程编号 317800 课程名称 中文名: GNSS测量原理及应用 GNSS Principles and Application 课程类别 专业课 修读类别 必修 ...

GNSS测量原理及应用课程教学大纲 课程编号 317800 课程名称 中文名: GNSS测量原理及应用 GNSS Principles and Application 课程类别 专业课 修读类别 必修 学 分 3 学 时 48(含14学时课内实验） 开课学期 第6学期 开课单位 测绘地理信息学院 适用专业 测绘工程 先修课程 大地测量学基础，大学物理 1 结构 本课程大纲规定了GNSS测量原理及应用课程的课程目标、总体要求、课程内容、课时分配与教学要求、课程考核要求及教材选用与参考资料。 2 课程简介 《GNSS测量原理及应用》属于测绘工程、地理信息科学专业的一门专业必修课程。本课程主要讲述GNSS发展的历史、现状与未来，GNSS定位的原理、GPS测量的主要误差源及其消除，GNSS测量数据处理的方法以及GNSS在测绘等领域的应用。通过学习，使学生掌握GNSS定位的原理与方法，掌握其在测绘、导航等领域使用方法与过程，能够运用GNSS测量数据的处理原理处理GNSS数据，掌握分析测量误差的减弱消除方法，具备测量误差的分析能力等。通过学习，使学生具备利用GNSS技术解决实践问题的能力，同时初步具备进行科学研究的能力。 3 课程目标 通过本课程的教学应实现以下目标： ——了解GNSS发展的历史、分类与应用情况，掌握GNSS系统发展的最新状况，掌握GNSS定位的原理，熟悉不同定位方法的区别与特点；（毕业要求6.1） ——能综合运用物理知识、数学知识和专业知识分析GNSS卫星轨道计算和误差的影响，由此分析卫星定位在测量工作中的优劣之处; (毕业要求3.3) ——掌握GNSS数据处理的原理与方法，能对比分析静态定位、动态定位和RTK定位优缺点，学会使用常用GPS数据处理软件。具备进行GNSS测量数据处理与分析能力；（毕业要求6.1） 4 总体要求 知识 ——GNSS的发展、特点、系统组成及其应用现状；GNSS的空间与时间基准； ——卫星运动基础与GNSS卫星星历的概念、分类与传播方式； ——GNSS卫星的信号构成，GNSS接收机的工作原理，GNSS卫星坐标的计算； ——伪距测量、载波相位测量的原理及其异同，整周模糊度的概念及周跳的探测方法，GNSS定位的分类、差分定位的原理； ——GNSS测量工作的技术设计，外业实施方法与过程，GNSS多领域的应用情况； ——GNSS测量的误差分类及其主要内容，误差的影响及其消除办法。 ——GNSS测量数据处理的方法与过程，基线解算、网平差的方法与注意事项。 能力 ——培养学生对GNSS卫星定位基本方法的理解、掌握和分析运用能力； ——培养独立分析测绘实践问题，应用GNSS技术解决问题的能力； ——培养学生具备进行测绘数据分析及初步开展科学研究的能力。 素质 ——提高学生的认知能力，拓展学生的专业技能，使之具备运用所学知识服务于社会的素质； ——构建完善的测绘工程知识结构，具备从事测绘工程生产、研究的基本素质。 5教学要求 5.1课程内容与学时分配 根据课程特点，课程内容与学识分配如下表1所示。 表1 课程内容与学时分配 章 教学内容 学时分配 理论 实验 上机 实践 小计 1 绪论 2 2 2 坐标系统和时间系统 2 2 3 卫星运动基础及GPS卫星星历 2 2 4 GPS卫星的导航电文和卫星信号 4 4 5 GPS卫星定位的基本原理 6 6 12 6 GPS卫星导航 2 2 7 GPS测量的误差来源及其影响 4 4 8 GPS测量的设计与实施 4 4 9 GPS测量的数据处理 4 8 12 10 GPS应用 4 4 合计 34 6 8 48 5.2 理论部分 表2 理论教学基本要求与设计 章、节 教学目标 重点或难点 第一章 绪论 第一节卫星导航定位系统的发展 第二节 GPS系统组成 第三节 BDS系统组成 第四节 GPS在国民经济建设中的应用 1.了解GNSS系统的分类，发展与现状 2.理解各个GNSS系统的组成及其特点 3.了解GNSS在经济建设中的应用情况 GNSS定位特点， GNSS定位系统组成 教学方法与技巧 采用分类讲述与对比的方法，结合动画、图表举例介绍各个GNSS系统的发展、特点与组成，通过对比加上印象与理解；结合应用实例，介绍GNSS在各个领域中的应用。 第二章 坐标系统和时间系统 第一节 天球坐标系与地球坐标系 第二节 WGS-84坐标系和我国大地坐标系 第三节 坐标系统之间的转换 第四节 时间系统 教学目标 重点或难点 1.了解常用坐标系统的分类 2.掌握天球坐标系统和地球坐标系统的定义 3.掌握协议天球坐标系统和协议地球坐4.标系统的构成及相互转换的过程 5.掌握WGS-84坐标系统及我国大地坐标系统的建立过程 6.了解世界是系统和原子时系统的定义，掌握GPST时间系统的定义。 天球坐标系统和地球坐标系统间的转换过程 教学方法与技巧 采用分类讲述的方法，结合动画、图表举例介绍各个坐标系统和时间系统定义，通过模拟动画分析讲解坐标系统转换的方法与过程以及时间对系统工作的影响；结合图表，对比介绍各个基准的概念与区别，加深学生对知识的理解与掌握。 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历 第一节 概述 第二节 卫星的无摄运动 第三节 卫星的受摄运动 第四节 GPS卫星的星历 教学目标 重点或难点 1.了解卫星的无摄运动和受摄运动及其综合影响 2.掌握卫星预报星历与后处理星历的概念、分类，以及它们的传播方式。 卫星星历的概念、分类及传播方式 教学方法与技巧 采用问题引导与罗列对比的方法，结合图表、动画，讲解卫星的受力情况及其运动；结合图表介绍卫星星历的参数、意义及两种星历区别，加深理解与掌握。 第四章 GPS卫星信号和导航电文 第一节 GPS卫星信号 第二节 GPS卫星的导航电文 第三节 GPS卫星位置的计算 第四节　GPS接收机基本工作原理 教学目标 重点或难点 1.了解GPS卫星信号的产生与构成 2. 掌握GPS卫星导航电文的内容与作用 3.了解GPS接收机的工作原理与分类 4.掌握GPS卫星坐标计算方法，具备卫星位置计算的初步能力。 卫星导航电文的内容与作用 卫星坐标计算方法 教学方法与技巧 采用讲解与动画演示的方法，讲解GPS导航信号的产生过程，结合实例介绍导航电文的内容与作用，同时进一步介绍卫星坐标计算的方法与过程；结合图片、动画介绍GNSS接收机的组成及其工作原理。 第五章 GPS卫星定位的基本原理 第一节 概述 第二节伪距测量 第三节载波相位测量 第四节整周跳变的修复 第五节GPS绝对定位与相对定位 第六节 美国的GPS政策 第七节 差分GPS定位原理 教学目标 重点或难点 1.掌握伪距测量、载波相位测量的原理及其异同 2.掌握整周模糊度的概念及周跳的探测方法 3.掌握GPS定位的方法、分类与特点 4.掌握差分定位的原理 5.了解美国的GPS政策。 1.伪距测量、载波相位测量的原理 2.整周模糊度及周跳的影响 3.绝对定位与相对定位 教学方法与技巧 采用对比法介绍伪距测量、载波相位测量的特点与方法，通过动画展示和解释 整周模糊度及周跳，绝对定位与相对定位，利用动画，结合实例介绍差分定位的原理与方法。 在理论教学的基础上，结合实验操作加深对GNSS定位原理的理解与掌握，使学生进一步提高GNSS应用的能力。 第六章 GPS卫星导航 第一节 概述 第二节 GPS卫星导航原理 第三节GPS用于测速、测时、测姿态 第四节 GPS卫星导航方法 第五节 精密单点定位技术 教学目标 重点或难点 1.掌握GPS卫星导航定位的原理 2.掌握GPS卫星用于测速、测时、测姿态的基本方法 3.理解GPS卫星导航的操作方法与过程 4.理解精密单点定位的原理与方法， GPS卫星导航原理与方法 教学方法与技巧 采用讲解与实例相结合的方法，介绍GPS卫星导航原理并结合实例介绍其应用方法；通过动画与实例讲解精密单点定位的技术。 第七章 GPS测量的误差来源及其影响 第一节GPS测量主要误差分类 第二节 与信号传播有关的误差 第三节 与卫星有关的误差 第四节 与接收机有关的误差 第五节 其他误差 教学目标 重点或难点 1. 掌握GPS测量主要误差分类及其影响 2.理解与信号传播有关的误差及其影响 3.理解与卫星有关的误差及其影响；理解与接收机有关的误差及其影响 4.掌握各类误差的特性及其消除减弱方法，具备进行测量误差分析的能力。 GPS测量的误差及其消除办法 教学方法与技巧 采用分类讲述的方法，结合动画、图表举例分析介绍各个误差的特性及其影响，结合实例介绍误差的消除、减弱方法与措施。 第八章 GPS测量的设计与实施 第一节 GPS测量的技术设计 第二节 GPS测量的外业准备及技术设计书编写 第三节 GPS测量的外业实施 第四节 GPS测量的作业模式 第五节 数据预处理及观测成果的质量检核 第六节 技术总结与上交资料 教学目标 重点或难点 1.掌握GPS控制网布设的一般方法与过程 2.掌握GPS网精度、密度、基准设计及网特征的计算方法，掌握网型设计的方法 3.掌握GPS测量技术设计书编写内容与方法 4.掌握GPS测量外业实施的方法与过程 5.理解GPS测量数据预处理与成果质量检验的方法 6.具备技术设计书编写能力，初步具备组织实施外业工作的能力。 技术设计书的编写 GPS外业的实施 教学方法与技巧 采用对比讲述的方法，结合图片与动画 介绍GPS网测量设计的内及其特征指标的计算；与传统方法对比介绍其外业技术设计的及外业实施的过程，结合实例介绍测量数据的预处理方法与成果质量检验方法。 第九章 GPS测量数据处理　 第一节 概述 第二节 GPS基线向量的解算 第三节GPS定位成果的坐标转换 第四节 基线向量网平差 第五节 GPS高程 第六节 精密解算软件的介绍 教学目标 重点或难点 1.掌握GPS测量数据处理的流程与步骤 2.掌握GPS基线处理方法，以及提高解算成功率的方法 3.掌握利用软件进行相应的坐标转换的方法 4.掌握网平差成果质量的分析方法 5.了解GPS高程与正高的转换关系 6.具备静态GNSS数据处理初步能力 GPS基线向量的解算 基线向量网平差 教学方法与技巧 采用逐步讲解的方法，结合图片、动画介绍GPS测量数据的处理流程，采用类比的方法介绍GPS基线向量的解算方法、网平差方法、坐标转换方法与GPS高程拟合方法，结合实例讲解上述各种方法的关键指标与应用注意事项。 在理论授课的基础行， 结合上机操作加深学生对GPS测量数据处理方法与过程的理解、掌握，提高数据处理与分析的能力。 第十章 GPS应用　 第一节 GPS在大地控制测量中的应用 第二节 GPS在精密工程测量及变形监测中的应用 第三节GPS在航空摄影测量中的应用 第四节 GPS在线路勘测及隧道贯通测量中的应用 第五节 GPS在地形、地籍及房地产测量中的应用 第六节 GPS在海洋测绘中的应用 第七节GPS在智能交通系统中的应用 第八节GPS在地球动力学及地震研究中的应用 第九节GPS在气象信息测量中的应用 第十节GPS在航海空导航中的应用 第十一节GPS在其他领域中的应用 教学目标 重点或难点 1.理解GPS在大地控制测量、精密工程、线路工程、航空摄影测量、地形地籍测量及海洋测绘中的应用方法 2.了解GPS在智能交通系统、地球动力学及地震研究、气象信息测量、航海空导航及其他领域中的应用情况； 3.了解GPS在不同领域内的应用及其方法的差异。 教学方法与技巧 采用实例讲解的方法，结合图片、动画等介绍GPS在各个领域中的应用，重点对GPS在工程测量中的应用进行介绍与讲解。 5.3 实验部分 5.3.1实验部分教学性质、目的和任务 性质：本实验部分是高等院校本科测绘工程专业技术课程——《GNSS测量原理与应用》的教学实验课程。 目的和任务：实验部分教学主要内容是有关GNSS系统组成、静态观测、RTK作业及基线处理与网平差等的基本原理和方法的实验。通过实验，要求学生掌握一般GNSS测量定位技术的原理、方法、作业模式及数据处理分析方法，加强动手实践能力。通过本课程实验的学习，使学生掌握GNSS静态观测、RTK作业方法及数据处理等的方法与流程，掌握利用GNSS系统进行控制测量、RTK作业数据采集与数据处理的基本方法，为后续专业课的学习奠定基础，同时积累实践应用经验。 5.3.2实验部分教学必需的保障条件 实验一、二、三：GNSS接收机、接收天线、电台、发射天线、脚架等 实验四、五：要求机房计算机安装有GNSS数据处理软件、office等相关软件。 5.3.3实验部分教学基本要求 表3 《GNSS测量原理与应用》实验项目教学基本要求 序 号 实验项目名称 现状 学时 数 每组人数 实验内容及技能目标提要 实验类型 要求 已 开 待 开 必 做 选 做 01 GPS认识与使用 √ 2 4 GNSS接收设备的认识与使用方法，要求掌握大地型GPS接收设备的组成与操作方法 验证 √ 02 GNSS静态观测 √ 2 4 GNSS静态数据的采集与传输，要求掌握GNSS静态数据的采集与数据传输方法。 综合 √ 03 GNSS RTK数据采集 √ 2 4 GNSS RTK设备的组成与操作，要求掌握GNSS RTK基站和流动站的设置方法。 综合 √ 04 GNSS 数据传输与基线解算 √ 4 1 学习数据传输方法与基线解算方法，要求掌握数据下载方法与基线解算及其质量分析的方法与过程， 综合 √ 05 GNSS网平差与坐标转换 √ 4 1 学习控制网数据的平差与坐标转换方法，要求掌握网平差方法与质量分析方法，掌握坐标转换方法 综合 √ 备注 注：实验类型选“演示” 、“验证”、“综合”、“设计”、“创新”。 6课程考核要求 考核既是为了检验学生的课程学习情况，对学生的学习做出客观、公正、科学的评价，并引导学生明确学习方向，逐步积累专业技能，最终起到夯实基础、强化能力的作用；同时也是帮助教师不断总结教学经验，改进教学方法与技巧的重要环节。考核内容应做到知识与能力并重，微观与宏观结合。 考核方式 根据课程内容和特点，可采取不同的做法。考核主要分平时成绩与课程考试成绩两个部分。 平时成绩。平时成绩的考核可通过出勤、实验报告等综合评定。该部分成绩由理论课老师整理评定。各部分的比例见表4。课堂无故缺勤1/3者，不允许参加课程考试。 表4平时成绩考核方式及权重 过程考核类型 所占百分比 考核目的 实验报告 50 实验报告完成情况 出勤 20 课堂到课率 课堂口头问答交流 10 思维与语言表达能力 参与教学活动 20 对课程学习的主动性 注1：课程组可根据课程内容和特点采用更加灵活的多种过程考核方式，但应有评价标准及记录。 期末考试成绩。采用闭卷考试形式，最终得分作为该部分成绩。考试内容覆盖全部课程的授课内容。试卷中各个内容的比重如下：课程重点内容占80%~90%。 成绩评定方法 课程成绩主要由平时成绩与课程考试成绩两个部分构成，其计算如下： 课程成绩 = 平时成绩 * 30% + 课程考试成绩 * 70% 7教材选用及参考资料 7.1教材选用 徐绍铨、张华海、杨志强等编著《GPS测量原理与应用》，武汉大学出版社出版，2017.01 7.2参考资料 （1）周忠谟，易杰军，周琪等编著《GPS卫星测量原理与应用》（第二版），测绘出版社，2002.01 （2）PeterJ. G. Teimossen, Alfred Kleusbeg. 《GPS for Geodesy》，Springer-Verlag Berlin Heidelberg,1998,2eds. （3）魏二虎，黄劲松编著《GPS测量操作与数据处理》，武汉大学出版社，2004.06 （4）独知行，刘智敏编著《GPS测量实施与数据处理》，测绘出版社，2010-07 （5）李征航，黄劲松编著《GPS测量与数据处理》，武汉大学出版社，2016-05 （6）黄劲松，李英冰主编《GPS测量与数据处理实习教程》武汉大学出版社，2010-01 （7）7.全球卫星定位系统(GPS)测量规范（GB/T 18314-2009），国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2009.06.01 （8）测绘技术设计规定（CH/T 1004-2005）； （9）测绘技术总结编写规定（CH/T 1001-2005） 执笔人（签名）： 审核人（签名）： 批准人（签名）： 单位（签章）： 2017年 08月 20日