《GPS技术》课程教学大纲

《GPS技术》课程教学大纲
GPS Technique
一、课程基本信息
二、教学目标
（一）知识目标：主要目的是使学生了解全球卫星定位系统（GPS）的发展概况，掌握GPS定位的原理、熟悉GPS定位系统所采用的通信技术和现代通信电子设备的研制特征。

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（二）能力目标：理解GPS定位的方式方法及GPS测量资料的处理与分析等重点内容，能够利用GPS进行基本的测量等应用。

（三）素质目标：清楚理解GPS在工程测量、地籍测量、交通管理、导航、地理信息系统等不同领域的应用，为今后在工作中应用这一先进的定位技术奠定基础。

三、基本要求
（一）了解：全球定位系统的发展史；常用坐标系统的分类；GPS卫星的无摄运动和受摄运动，GPS卫星坐标计算方法；SA政策；消除误差的方法；GPS基线向量的解算，控制网和向量网络中平差的计算；接收机的工作原理；GPS测量技术在控制测量、精密工程测量及变形监测中的应用；GPS测量技术在各领域的应用。

（二）理解：卫星星历的概念和传播方式；导航电文的内容，伪距测量原理，载波信号测量原理，整周未知数的确定方法；GPS测量的误差类型；整个外业施测步骤；常见的卫星信号接收机；GPS测量技术在航空遥感中的辅助应用；土地资源调查的目的、任务、内容、方法。

（三）掌握：导航的概念和特点，GPS系统的组成；天球坐标系统和地球坐标系统的定义，协议天球坐标系统和协议地球坐标系统的构成及相互转换的过程；GPS 定位原理；整个技术设计中的内容和设计书的编写；GPS接收机的分类；GPS测量技术在土地资源调查中的应用。

四、教学内容与学时分配
第一章定位导航系统简介2学时
第一节卫星定位技术发展概况
知识点：初期的卫星定位技术，卫星多普勒测量，其他卫星定位系统简介
第二节GPS的特点
知识点：GPS相对于其他导航定位系统的特点，GPS定位技术相对于常规测量技术的特点
第三节GPS系统的组成
知识点：空间星座部分地面监控部分、用户设备部分
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第四节GPS的应用
本章小结
重点：GPS组成、特点。

难点：多普勒测量原理
思考题：
1. GPS卫星的作用是什么？
2．GPS定位技术的优点是什么？
作业：查询还有那些定位系统。

建议教学方法：启发式、讨论式和形象化教学相结合，采用多媒体教学。

第二章GPS定位的坐标系统与时间系统2学时
第一节协议天球坐标系
知识点：天球的概念，天球坐标系，岁差与章动，协议天球坐标系
第二节协议地球坐标系
知识点：地球坐标系，地极移动与协议地球坐标系，
第三节协议地球坐标系与协议天球坐标系的转换
知识点：转换规则
第四节国家坐标系与地方坐标系
知识点：地球参心坐标系，站心坐标系，独立坐标系，国家大地坐标系
第五节WGS-84坐标系
知识点：概念
第六节时间系统
知识点：有关时间的基本概念、世界时系统、原子时（Atomic Time——AT）、力学时、协调世界时（Coordinate universal Time——UTC）、GPS时间系统（GPST）本章小结
重点：天球有关概念、时间有关概念、时间体系、各种坐标系统
难点：时间体系、各种坐标系统
思考题：
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1. WGS-84大地坐标系是如何定义的？WGS-84椭球的长半轴和扁率为多少？
2. 1980国家大地坐标系（C80坐标系）。

3. GPS时（GPST）。

4.极移的概念。

作业：区分岁差、章动、极移等概念
教学方法：启发式、讨论式和形象化教学相结合，采用多媒体教学。

第三章卫星运动及GPS卫星信号3学时
第一节概述2学时
知识点：如何考虑卫星运动过程。

第二节卫星的无摄运动
知识点：二体意义下卫星的运动方程、开普勒方程、无摄卫星运动的轨道参数第三节卫星的瞬时位置与瞬时速度计算
知识点：卫星的瞬时位置计算、卫星的瞬时速度计算
第四节地球人造卫星的受摄运动
知识点：卫星运动的摄动力及受摄运动方程
第五节GPS卫星星历
知识点：预报星历、后处理星历
第六节GPS卫星的伪随机测距码
知识点：码的概念、伪随机噪声码的产生、GPS的测距码信号
第七节GPS导航电文1学时
知识点：导航电文格式、导航电文内容
第八节伪距测量原理
知识点：测量原理
第九节卫星的载波信号机相位测量原理
知识点：GPS卫星的载波信号、GPS卫星信号的调制、GPS卫星信号的解调、载波相位测量原理
第十节美国政府关于GPS卫星信号的SA政策
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知识点：SA技术、对定位的影响、反限制
本章小结
重点：GPS卫星的无摄运动。

难点：GPS卫星的坐标计算方法，导航电文的理解。

思考题：
1.广播星历的优缺点是什么？
2.卫星摄动力有哪些？
作业：讨论码的类型。

建议教学方法：启发式、讨论式和形象化教学相结合，采用多媒体教学。

第四章GPS定位原理3学时
第一节GPS定位方法分类1学时
知识点：分类方法
第二节GPS绝对定位原理
知识点：动态绝对定位、静态绝对定位2学时
第三节观测卫星的几何分布与授时
知识点：精度因子和授时方法
第四节相对定位原理
知识点：静态相对定位概念、静态相对定位观测方程
第五节差分GPS测量原理
知识点：伪距差分原理、位置差分原理、载波相位差分原理
第六节广域差分GPS
知识点：单基站差分、区域差分、广域差分
第七节整周未知数的确定方法与周跳分析
知识点：静态求解方法、动态求解方法
本章小结
重点：伪距测量原理和载波相位测量原理，GPS各类定位原理。

难点：各类定位原理如何区分。

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思考题：
1. 在GPS测量中，对点位有何要求？
2. 在利用载波相位进行相对定位时，何谓准动态相对定位模式？该模式有哪些特点，适用于哪种条件？
3.简述主动测距和被动测距的优缺点。

作业：GPS定位分类方法
建议教学方法：启发式、讨论式和形象化教学相结合，采用多媒体教学。

第五章GPS测量的误差来源2学时
第一节GPS测量误差的分类
知识点：GPS测量误差的分类
第二节与卫星有关的误差
知识点：GPS卫星星历误差、卫星钟误差、相对论效应
第三节与卫星信号传播有关的误差
知识点：电离层折射误差、对流层折射误差、多路径效应
第四节与接收机有关的误差
知识点：观测误差、接收机钟误差、整周未知数、天线相位中心位置偏差
第五节其他误差来源
知识点：地球自传影响、地球潮汐改正
本章小结
重点：卫星误差类型和来源。

难点：不同来源的误差区别和消除方法。

思考题：
1. GPS测量定位中，主要误差来源是什么？系统误差主要包括哪些？
2. GPS卫星星历误差的实质是什么？
3.相对论效应是怎样产生的？如何解决？
4.多路径效应是什么？怎样防止？
作业：讨论不同来源的误差有没有共性？
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建议教学方法：启发式、讨论式和形象化教学相结合，采用多媒体教学。

第六章GPS测量技术设计与外业施测2学时
第一节测量的技术设计
知识点：控制网技术设计的依据、控制网的精度密度设计、控制网的基准设计第二节控制网的图形设计及设计原则
知识点：控制网的图形设计、控制网的设计原则
第三节控制网的优化设计
知识点：控制网基准的优化设计、控制网精度设计
第四节测前准备及技术设计书的编写
知识点：测前准备、技术设计书的编写
第五节测量外业实施
知识点：控制点的选择、外业施测、数据预处理、观测成果外业核检、GPS网平差处理
第六节技术总结与上交资料
知识点：技术总结、上交资料
本章小结
重点：外业测量整个步骤。

难点：控制网的设计。

思考题：
1.GPS测量定位的技术设计包括哪些内容？
2.试述GPS控制网图形设计原则，并说明优化设计的目的和作用。

3.GPS测量定位技术设计及技术总结包括哪些内容？
作业：复习外业测量中的过程和步骤。

建议教学方法：启发式、讨论式和形象化教学相结合，采用多媒体教学。

第七章GPS测量数据处理2学时
第一节概述
知识点：数据预处理、基线向量的结算
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第二节GPS基线向量的解算
知识点：基线解算、精度评定、结算结果分析
第三节GPS控制网的三维平差
知识点：约束和无约束平差方法
7.4 GPS 基线向量网的二维平差
知识点：投影变换、二维平差
7.5 GPS 高程
知识点：高程系统、水准高程、GPS重力高程、GPS高程精度
本章小结
重点：GPS基线向量的解算、高程系统。

难点：GPS基线向量的解算。

思考题：
1.数据预处理包括哪些内容？
2.对基线处理结果进行验核的目的是什么？内容有哪些？
3.GPS基线向量网平差有哪些类型？
4.GPS基线向量网三维无约束平差与二维无约束平差的区别是什么？
作业：找出常用高程系统。

建议教学方法：启发式、讨论式和形象化教学相结合，采用多媒体教学。

第八章GPS卫星信号接收机2学时
第一节GPS卫星信号接收机的分类
知识点：按接收机工作原理分类、按接收机用途分类、按接收机载波频率分类、按接收机通道数分类
第二节GPS接收机的组成及工作原理
知识点：接收机组成、GPS接收机工作原理
第三节几种常见GPS卫星信号接收机
第四节GPS卫星信号接收机的选用与检验
知识点：GPS接收机的选用、GPS接收机检验、GPS接收机维护
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本章小结
重点：GPS接收机的分类
难点：不同类型接收机特点
思考题：
1. GPS接收机的分类。

2. GPS信号接收设备的结构和作用是什么？
作业：不同接收机有什么特点来区分？
建议教学方法：启发式、讨论式和形象化教学相结合，采用多媒体教学。

第九章GPS测量技术在控制测量、精密工程测量及变形监测中的应用1学时第一节概述
第二节GPS在控制测量中的应用
知识点：全球或全国性的GPS网、区域性GPS大地控制网
第三节GPS在精密工程测量中的应用
知识点：可行性、实例
第四节GPS在变形监测中的应用
知识点：可行性、实例
本章小结
重点：如何应用以及应用的效果。

难点：如何应用到相关领域。

思考题：
1.说明GPS在控制测量中的应用前景。

2.论述GPS测量技术应用于精密工程测量的优缺点。

3.你认为GPS测量技术应用于变形监测中应注意哪些问题？
作业：查找在控制测量、精密工程测量、变形监测等方面应用实例。

建议教学方法：启发式、讨论式和形象化教学相结合，采用多媒体教学。

第十章GPS测量技术在航空遥感中的应用1学时
第一节概述
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第二节常规空中三角测量
第三节GPS辅助空中三角测量
知识点：精度分析、天线相位中心位置的去顶
第四节机载GPS天线与摄影机偏心测量
知识点：注意问题
第五节GPS辅助空中三角测量平差及结果分析
本章小结
重点：如何应用以及应用的效果。

难点：如何应用到相关领域。

思考题：
1.说明GPS应用于航空摄影测量的可行性分析，并说明其前景。

2.如何保证机载GPS天线相位中心的位置精度。

作业：查找在航空摄影测量等方面应用实例。

建议教学方法：启发式、讨论式和形象化教学相结合，采用多媒体教学。

第十一章GPS测量技术在土地资源调查中的应用2学时第一节土地资源调查的目的和任务
知识点：土地资源调查的目的、土地资源调查的任务
第二节土地资源调查的内容与方法
知识点：土地资源调查的内容、土地资源调查的方法
第三节实时动态测量系统
知识点：系统的设备、系统的模式
第四节CORS系统原理
知识点：不同类型的CORS系统原理
第五节GPS测量技术在土地资源调查中的应用
本章小结
重点：GPS在土地资源中如何应用
难点：CORS系统工作原理
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思考题：结合土地资源调查目的和任务，说明CORS系统及RTKGPS的作用。

作业：比较CORS系统和RTKGPS系统区别和联系。

建议教学方法：启发式、讨论式和形象化教学相结合，采用多媒体教学。

第十二章GPS测量技术在其他领域中的应用2学时
第一节GPS测量技术在地球动力学及地震监测中的应用
知识点：首都圈变形监测、青藏高原监测、龙门山监测
第二节GPS测量技术在城市规划中的应用
知识点：城市规划任务、应用
第三节GPS在气象信息测量中的应用
知识点：气象学分类、原理、前景
第四节GPS在公安、交通系统中的应用
知识点：车辆定位、管理、前景应用
第五节GPS测量技术在航海导航中的应用
知识点：船舶进出港口、船舶性能
第六节GPS测量技术在航空导航中的应用
知识点：航测、起飞、着陆等
第七节GPS在海洋测绘中的应用
知识点：精密海洋定位、大地控制网、地形测绘
第八节GPS在水土保持生态建设中的应用
知识点：水土保持及生态工程规划设计、施工放样、竣工验收、水土流失监测、地理信息系统建立和数据更新
本章小结
重点：在各方面的应用原理。

难点：航空中的应用
思考题：
1.我国的GPS应用已涉及哪些领域？
2.谈谈GPS应用前景。

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作业：查找其他应用方面和领域。

建议教学方法：启发式、讨论式和形象化教学相结合，采用多媒体教学。

五、课内实验项目设置
（一）实验目的与要求
（1）了解GPS的操作原理；
（2）掌握手持GPS界面设置；
（3）掌握手持GPS的初始化设置。

（二）实验材料和仪器设备
美国GARMIN手持机：GPS60/GPSmap60 、奇遇eTrex Venture。

（三）实验内容
（1）认识手持GPS的基本界面：按钮操作，导航界面。

（2）安装电池。

（3）手持GPS的参数设置。

（4）手持GPS的初始化设置。

（5）定位。

实验项目二：手持GPS导航2学时（一）实验目的与要求
（1）掌握如何创建编辑航线、航点；
（2）掌握如何利用手持GPS进行导航
（二）实验材料和仪器设备
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美国GARMIN手持机：GPS60/GPSmap60 、奇遇eTrex Venture。

（三）实验内容
（1）航点的编辑；
（2）建立航线；
（3）导航
实验项目三：差分GPS测量地物位置2学时（一）实验目的与要求
（1）了解差分GPS的基本组成；
（2）掌握差分GPS的基本操作。

（二）实验材料和仪器设备
差分GPS接收机
（三）实验内容
（1）了解差分GPS接收机的基本配置。

（2）测量基本操作：控制按钮，表面板按钮功能，安装电池，安置仪器，首次使用的初始化处理，数据下载。

（3）地物位置测量
实验项目四差分GPS面积测量2学时（一）实验目的与要求
（1）掌握如何利用手持GPS进行面积和线路周长的测量。

（二）实验材料和仪器设备
美国GARMIN手持机：GPS60/GPSmap60 、奇遇eTrex Venture。

（三）实验内容
（1）面积的测量。

（2）路线长的测量。

六、考核方式及成绩评定
（一）理论课程考核方式
平时成绩： √习题作业/ √课堂小测验/ √课堂提问/ √课堂讨论/ 课外作业/ 课程
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论文/ 其他；
结课后考试： 闭卷/ √开卷/ 其他；
成绩构成：考勤10%/平时20%/考试70%。

（二）课内实验考核方式
平时成绩： 课堂提问/ √学习态度/ √课外资料收集整理/ 预习报告/ √实验报告/ 其他；
结课后考试：操作；
成绩构成：考勤10%/平时20%/考试70%
（三）总成绩评定办法
理论课程100%/实践课程 %
七、育人案例
（一）育人案例一
刘经南少时求学经历过的挫折的故事，刘院士虽然受到很多困难，但是并不低头，
希望能起到教育同学们不畏艰难的作用。

刘经南是中国工程院院士、武汉大学原校长，著名大地测量专家。

20世纪50年代，刘经南在湖南省长沙市读中小学。

当时，师生“与生产劳动相结合”，甚至整个学校都下乡办学，半天学习，半天干农活。

因为数学成绩较差，他没有考入理想的中学。

第二年重考，才考入了有名的长沙市明德中学。

曾因为偏科而落榜，后被武汉测绘学
院录取。

（二）育人案例二
龚健雅认真学习、积极上进的故事，一位在大学时代刻苦努力、厚积薄发的院士故事。

教育同学们在学校中要好好珍惜机会，用积极的态度对待学习。

龚健雅出生于江西省清江县义成乡的普通农民家庭。

高中毕业后，经过刻苦复习，来到了抚州地质学院。

“龚健雅读书时如拼命三郎，其学习的努力与刻苦，现在的学生一般无法想象。

”龚健雅比一般同学年纪略大几岁，学习非常认真，成绩优异，每次课后预留的作业，工作量很大，但是龚健雅总是上课前就做好了。

大学四年他都是主动性学习，每遇到学术问题，他是钻研到底；平时上完实验课，也总是虚心向实验室的老师请教。

在测绘学院资料室，我们仍可看到保存完整的龚健雅档案：测量系四— 14 —
七八一班（学号为78183），大学四年20多门课程，他几乎每门都是优秀，四年的平均成绩为94.4分。

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