《GPS原理》课程教学大纲

1、GPS原理教学大纲一、说 明适用专业地理信息科学先修课程地理信息科学导论、地图学、遥感概论总学时32总学分2（一）本课程的目的、要求GPS原理是高等院校地理信息科学专业的一门专业必修课。现代空间科学发展速度极其迅猛，20世纪70年代发展起来的全球定位系统（GPS），目前已渗入工程测量、地籍测量、交通管理、导航、地理信息系统、海洋、气象和地球空间研究等许多领域。它不仅可以向人类提供全球、全天候、高精度实时导航与定位服务，而且大有取代常规大地测量和工程控制测量之势。通过学习，达到以下目的要求：1了解全球定位系统（GPS）的发展概况，了解GPS系统的特点、基本组成和作用，了解GLONASS等其他卫星

2、导航定位系统的发展动态。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测量数据的后期处理与分析，能够进行基本的GPS仪器操作和室内数据处理。3了解GPS在各种工程测量、地籍测量、交通管理、导航、地理信息系统等方面的应用，为今后在工作中应用这一先进的定位技术奠定基础。（二）内容选取和实施中注意的问题1本课程的主要内容包括GPS定位坐标系统与时间系统、卫星运动与GPS卫星信号、GPS定位原理、GPS测量的误差来源、GPS卫星信号接收机以及GPS定位技术的应用。2本课程的重点在GPS定位原理部分，难点在对GPS定位坐标系统与时间系统以及卫星运动定位的理解与掌握。 3本课程侧重于

3、理论知识体系的建立，紧密结合地理信息系统专业学生的知识结构选定的教学内容。（三）教学方法本课程涉及大量的数学运算和推理，从学生专业发展和接受能力角度考虑，在教学过程中力避数学公式的推导和证明，更侧重于知识理解和应用分析。（四）考核方式采用期末考查与平时作业练习相结合的方式进行综合考核。（五）教学内容与学时分配教学章节教学内容学时安排备注1绪论2学时2坐标系统及时间系统2学时3卫星运动及GPS卫星信号4学时4GPS定位原理8学时5GPS测量的误差来源2学时6GPS测量技术设计与外业施测4学时7GPS测量数据处理4学时8GPS卫星信号接收机 2学时9GPS技术的应用6学时二、大 纲 内 容第一章

4、绪 论1卫星定位技术发展概况2GPS的特点3GPS系统的组成4GPS的应用说明和要求：(1) 本章主要是让学生了解GPS卫星定位技术的发展，目前国际上卫星导航系统的状况，掌握GPS系统的组成，了解GPS的应用。(2) 本章重点是让学生了解GPS系统的基本组成，为后面的学习奠定基础。第二章 坐标系统及时间系统1协议天球坐标系2协议地球坐标系3协议地球坐标系与协议天球坐标系的转换4国家坐标系与地方坐标系5WGS84坐标系6时间系统说明和要求：(1) GPS坐标系统是GPS系统定位和导航的基础，这一章对于非师范专业学生而言具有相当的难度，尤其是坐标系的转换部分。(2) GPS时间系统是GPS系统非常

5、关键的一个部分，需要重点讲清GPS时间系统中各种时间体系的相互关系和应用。(3) 本章重点是卫星测量中常用坐标系，难点是GPS时间系统。第三章 卫星运动及GPS卫星信号1概述2卫星的无摄运动3卫星的瞬时位置与瞬时速度计算4地球人造卫星的受摄运动5GPS卫星星历6GPS卫星的伪随机测距码7GPS导航电文8伪距测量原理9卫星的载波信号及相位测量原理10美国政府关于GPS卫星信号的SA政策说明和要求：(1) 这一章是本课程的教学重点之一。GPS卫星受摄运动、卫星星历、伪随机码、导航电文、载波信号等全部是GPS系统的基础概念，是其他部分学习的基础。(2) GPS载波相位测量原理部分难度较大，尤其是卫星

6、信号的调制和解调部分。本部分教学要使学生能理解基本原理，掌握卫星信号调制和解调的基本机理。(3) 本章教学中重点和难点是GPS卫星星历和载波相位测距原理。第四章 GPS定位原理1GPS绝对定位原理2观测卫星的几何分布与GPS授时3GPS相对定位原理4差分GPS测量原理5广域差分GPS6整周未知数的确定方法与周跳分析说明和要求：(1) 本章基本涵盖了GPS测量定位的常用工作方式，从绝对定位和相对定位两种类型讲解了GPS测量定位的基本原理，并重点讲解了差分GPS原理，是本课程的重点内容之一。(2) 在本章教学过程中，要让学生掌握GPS绝对定位与相对定位、差分GPS定位原理，掌握测码伪距观测方程和测

7、相伪距观测方程，了解整周未知数确定和周跳分析的基本方法。(3) 在本章教学中重点是伪距测量观测方程、载波相位测量原理，难点是载波相位测量的观测方程、差分GPS定位原理。第五章 GPS测量的误差来源1GPS测量误差的分类2与GPS卫星有关的误差3与卫星信号传播有关的误差4与接收机有关的误差5其他误差来源说明和要求：(1) 本章对GPS测量的误差进行系统分析，找出产生的原因及误差量级，并在此基础上提出消除和减弱各项误差影响的方法和措施。(2) 要求学生能掌握误差的基本来源，消除或减弱误差的基本方法。(3) 本章教学中的重点是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。第六章 GPS

8、测量技术设计与外业施测1GPS测量的技术设计2GPS控制网的图形设计及设计原则3GPS控制网的优化设计4GPS测前准备及技术设计书的编写5GPS测量外业实施6技术总结与上交资料说明和要求：(1) GPS测量中可分为技术设计、外业施测和内业数据处理三阶段，本章按照一般GPS测量的工作流程，详细介绍了技术设计的具体内容。(2) 本章结合实际操作，让学生掌握GPS测量技术设计的基本内容，GPS测量的外业准备、技术设计书编写，GPS测量的外业实施，GPS测量的作业模式，数据预处理及观测成果的质量检核等内容。第七章 GPS测量数据处理1概述2GPS基线向量的解算3GPS控制网的三维平差4GPS基线向量网

9、的二维平差5GPS高程说明和要求：(1) 本章主要讲解GPS数据处理的基本过程，按照基线向量解算、基线向量网平差以及GPS网平差或与地面网联合平差等几个阶段详细讲解了如何从GPS原始观测值出发得到最终的测量定位成果的。(2) 本章的重点是让学生掌握基线向量解算的方法，难点是让学生理解控制网的联合平差。第八章 GPS卫星信号接收机1GPS卫星信号接收机的分类2GPS接收机的组成及工作原理3几种常见GPS卫星信号接收机4GPS卫星信号接收机的选用与检验说明和要求：(1) 本章主要介绍几种不同型号的GPS信号接收机及其工作原理。由于GPS卫星信号的应用领域较多，其信号的接受和测量又有多种方式，因此GPS接收机的类型较多，这里只是选择较常用的几家公司的产品介绍。(2) 本章重点是让学生了解GPS接收机的分类和基本工作原理。第九章 GPS技术的应用1GPS在控制测量、机密工程测量及变形监测中的应用2GPS在航空遥感中的应用3GPS在土地资源调查中的应用4GPS在地质调查、地形测量、地籍测量及深水测量中的应用5GPS在其他领域中的应用说明和要求：(1) 本章综合介绍了GPS测量技术在各个领域的应用，内容较多，涉及的领域较广，教学过程中主要结合具体工程或者例证来讲解。(2) 本章重点是让学生理解GPS技术应用于各个领域的基本原理。三