《GPS原理》課程教學大綱

1、GPS原理教學大綱一、說 明適用專業(yè)地理信息科學先修課程地理信息科學導論、地圖學、遙感概論總學時32總學分2（一）本課程的目的、要求GPS原理是高等院校地理信息科學專業(yè)的一門專業(yè)必修課。現(xiàn)代空間科學發(fā)展速度極其迅猛，20世紀70年代發(fā)展起來的全球定位系統(tǒng)（GPS），目前已滲入工程測量、地籍測量、交通管理、導航、地理信息系統(tǒng)、海洋、氣象和地球空間研究等許多領域。它不僅可以向人類提供全球、全天候、高精度實時導航與定位服務，而且大有取代常規(guī)大地測量和工程控制測量之勢。通過學習，達到以下目的要求：1了解全球定位系統(tǒng)（GPS）的發(fā)展概況，了解GPS系統(tǒng)的特點、基本組成和作用，了解GLONASS等其他衛(wèi)星

2、導航定位系統(tǒng)的發(fā)展動態(tài)。2掌握GPS定位的基本原理，掌握GPS定位的基本方式方法，掌握GPS測量數(shù)據(jù)的后期處理與分析，能夠進行基本的GPS儀器操作和室內數(shù)據(jù)處理。3了解GPS在各種工程測量、地籍測量、交通管理、導航、地理信息系統(tǒng)等方面的應用，為今后在工作中應用這一先進的定位技術奠定基礎。（二）內容選取和實施中注意的問題1本課程的主要內容包括GPS定位坐標系統(tǒng)與時間系統(tǒng)、衛(wèi)星運動與GPS衛(wèi)星信號、GPS定位原理、GPS測量的誤差來源、GPS衛(wèi)星信號接收機以及GPS定位技術的應用。2本課程的重點在GPS定位原理部分，難點在對GPS定位坐標系統(tǒng)與時間系統(tǒng)以及衛(wèi)星運動定位的理解與掌握。 3本課程側重于

3、理論知識體系的建立，緊密結合地理信息系統(tǒng)專業(yè)學生的知識結構選定的教學內容。（三）教學方法本課程涉及大量的數(shù)學運算和推理，從學生專業(yè)發(fā)展和接受能力角度考慮，在教學過程中力避數(shù)學公式的推導和證明，更側重于知識理解和應用分析。（四）考核方式采用期末考查與平時作業(yè)練習相結合的方式進行綜合考核。（五）教學內容與學時分配教學章節(jié)教學內容學時安排備注1緒論2學時2坐標系統(tǒng)及時間系統(tǒng)2學時3衛(wèi)星運動及GPS衛(wèi)星信號4學時4GPS定位原理8學時5GPS測量的誤差來源2學時6GPS測量技術設計與外業(yè)施測4學時7GPS測量數(shù)據(jù)處理4學時8GPS衛(wèi)星信號接收機 2學時9GPS技術的應用6學時二、大 綱 內 容第一章

4、緒 論1衛(wèi)星定位技術發(fā)展概況2GPS的特點3GPS系統(tǒng)的組成4GPS的應用說明和要求：(1) 本章主要是讓學生了解GPS衛(wèi)星定位技術的發(fā)展，目前國際上衛(wèi)星導航系統(tǒng)的狀況，掌握GPS系統(tǒng)的組成，了解GPS的應用。(2) 本章重點是讓學生了解GPS系統(tǒng)的基本組成，為后面的學習奠定基礎。第二章 坐標系統(tǒng)及時間系統(tǒng)1協(xié)議天球坐標系2協(xié)議地球坐標系3協(xié)議地球坐標系與協(xié)議天球坐標系的轉換4國家坐標系與地方坐標系5WGS84坐標系6時間系統(tǒng)說明和要求：(1) GPS坐標系統(tǒng)是GPS系統(tǒng)定位和導航的基礎，這一章對于非師范專業(yè)學生而言具有相當?shù)碾y度，尤其是坐標系的轉換部分。(2) GPS時間系統(tǒng)是GPS系統(tǒng)非常

5、關鍵的一個部分，需要重點講清GPS時間系統(tǒng)中各種時間體系的相互關系和應用。(3) 本章重點是衛(wèi)星測量中常用坐標系，難點是GPS時間系統(tǒng)。第三章 衛(wèi)星運動及GPS衛(wèi)星信號1概述2衛(wèi)星的無攝運動3衛(wèi)星的瞬時位置與瞬時速度計算4地球人造衛(wèi)星的受攝運動5GPS衛(wèi)星星歷6GPS衛(wèi)星的偽隨機測距碼7GPS導航電文8偽距測量原理9衛(wèi)星的載波信號及相位測量原理10美國政府關于GPS衛(wèi)星信號的SA政策說明和要求：(1) 這一章是本課程的教學重點之一。GPS衛(wèi)星受攝運動、衛(wèi)星星歷、偽隨機碼、導航電文、載波信號等全部是GPS系統(tǒng)的基礎概念，是其他部分學習的基礎。(2) GPS載波相位測量原理部分難度較大，尤其是衛(wèi)星

6、信號的調制和解調部分。本部分教學要使學生能理解基本原理，掌握衛(wèi)星信號調制和解調的基本機理。(3) 本章教學中重點和難點是GPS衛(wèi)星星歷和載波相位測距原理。第四章 GPS定位原理1GPS絕對定位原理2觀測衛(wèi)星的幾何分布與GPS授時3GPS相對定位原理4差分GPS測量原理5廣域差分GPS6整周未知數(shù)的確定方法與周跳分析說明和要求：(1) 本章基本涵蓋了GPS測量定位的常用工作方式，從絕對定位和相對定位兩種類型講解了GPS測量定位的基本原理，并重點講解了差分GPS原理，是本課程的重點內容之一。(2) 在本章教學過程中，要讓學生掌握GPS絕對定位與相對定位、差分GPS定位原理，掌握測碼偽距觀測方程和測

7、相偽距觀測方程，了解整周未知數(shù)確定和周跳分析的基本方法。(3) 在本章教學中重點是偽距測量觀測方程、載波相位測量原理，難點是載波相位測量的觀測方程、差分GPS定位原理。第五章 GPS測量的誤差來源1GPS測量誤差的分類2與GPS衛(wèi)星有關的誤差3與衛(wèi)星信號傳播有關的誤差4與接收機有關的誤差5其他誤差來源說明和要求：(1) 本章對GPS測量的誤差進行系統(tǒng)分析，找出產生的原因及誤差量級，并在此基礎上提出消除和減弱各項誤差影響的方法和措施。(2) 要求學生能掌握誤差的基本來源，消除或減弱誤差的基本方法。(3) 本章教學中的重點是與信號傳播有關的誤差，與衛(wèi)星有關的誤差，與接收機有關的誤差。第六章 GPS

8、測量技術設計與外業(yè)施測1GPS測量的技術設計2GPS控制網(wǎng)的圖形設計及設計原則3GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設計4GPS測前準備及技術設計書的編寫5GPS測量外業(yè)實施6技術總結與上交資料說明和要求：(1) GPS測量中可分為技術設計、外業(yè)施測和內業(yè)數(shù)據(jù)處理三階段，本章按照一般GPS測量的工作流程，詳細介紹了技術設計的具體內容。(2) 本章結合實際操作，讓學生掌握GPS測量技術設計的基本內容，GPS測量的外業(yè)準備、技術設計書編寫，GPS測量的外業(yè)實施，GPS測量的作業(yè)模式，數(shù)據(jù)預處理及觀測成果的質量檢核等內容。第七章 GPS測量數(shù)據(jù)處理1概述2GPS基線向量的解算3GPS控制網(wǎng)的三維平差4GPS基線向量網(wǎng)

9、的二維平差5GPS高程說明和要求：(1) 本章主要講解GPS數(shù)據(jù)處理的基本過程，按照基線向量解算、基線向量網(wǎng)平差以及GPS網(wǎng)平差或與地面網(wǎng)聯(lián)合平差等幾個階段詳細講解了如何從GPS原始觀測值出發(fā)得到最終的測量定位成果的。(2) 本章的重點是讓學生掌握基線向量解算的方法，難點是讓學生理解控制網(wǎng)的聯(lián)合平差。第八章 GPS衛(wèi)星信號接收機1GPS衛(wèi)星信號接收機的分類2GPS接收機的組成及工作原理3幾種常見GPS衛(wèi)星信號接收機4GPS衛(wèi)星信號接收機的選用與檢驗說明和要求：(1) 本章主要介紹幾種不同型號的GPS信號接收機及其工作原理。由于GPS衛(wèi)星信號的應用領域較多，其信號的接受和測量又有多種方式，因此GPS接收機的類型較多，這里只是選擇較常用的幾家公司的產品介紹。(2) 本章重點是讓學生了解GPS接收機的分類和基本工作原理。第九章 GPS技術的應用1GPS在控制測量、機密工程測量及變形監(jiān)測中的應用2GPS在航空遙感中的應用3GPS在土地資源調查中的應用4GPS在地質調查、地形測量、地籍測量及深水測量中的應用5GPS在其他領域中的應用說明和要求：(1) 本章綜合介紹了GPS測量技術在各個領域的應用，內容較多，涉及的領域較廣，教學過程中主要結合具體工程或者例證來講解。(2) 本章重點是讓學生理解GPS技術應用于各個領域的基本原理。三