《衛(wèi)星導航系統(tǒng)》課程教學大綱

1、衛(wèi)星導航系統(tǒng)課程教學大綱課程編號：04020130 學時：32 學分：2 開課學期：6英文名稱：Satellite Navigation Systems 課程性質：專業(yè)基礎開課專業(yè)：測控技術與儀器、探測制導與控制、自動化一、課程目的和任務現(xiàn)代衛(wèi)星導航系統(tǒng)可以全天時、全天候和全球性地為陸地、海洋和空間運動載體提供高精度、連續(xù)、實時的位置、速度、時間、姿態(tài)等導航狀態(tài)參數(shù)，是二十世紀發(fā)展起來的新興學科，是繼慣性導航系統(tǒng)成功應用于導航領域后的又一次重大技術突破，被譽為二十世紀導航技術史上的一次革命。本課程以培養(yǎng)船舶工業(yè)和國防工業(yè)專業(yè)人才為目標，通過富有啟發(fā)性的講解，結合基礎理論教學和實踐教學，旨在讓學

2、生了解有關衛(wèi)星導航的最新進展，培養(yǎng)衛(wèi)星導航研究領域理論聯(lián)系實際的高層次人才，向學生介紹系統(tǒng)全面的衛(wèi)星導航原理、技術、系統(tǒng)應用和發(fā)展趨勢。本課程敘述衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及現(xiàn)代化歷程，闡述衛(wèi)星導航、定位、授時的基本原理及其相關基礎知識，包括導航坐標系、時間系統(tǒng)、衛(wèi)星通訊技術和偽隨機編碼技術，介紹GPS、GLONASS、GALILEO以及我國的“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基本原理、系統(tǒng)組成和信號體制，闡述衛(wèi)星導航接收機技術、導航定位算法、誤差分析、差分增強系統(tǒng)技術以及在船舶導航領域中的應用。通過課程學習，使學生全面了解衛(wèi)星導航的基本原理、導航算法、誤差分析和在船舶導航領域的應用，掌握與衛(wèi)星導航有關

3、的英文資料的閱讀理解，熟悉接收機工作原理及衛(wèi)星導航數(shù)據(jù)處理方法。二、教學基本要求1、讓學生全面了解衛(wèi)星導航的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢；2、讓學生熟悉衛(wèi)星導航接收機工作原理及其發(fā)展應用情況；3、熟悉各種衛(wèi)星導航定位算法，重點掌握單點、實時、偽距定位算法；4、掌握衛(wèi)星定位有關的專業(yè)英語詞匯，能夠閱讀本專業(yè)的外文文獻；5、采用多媒體手段，讓學生從多個層面了解衛(wèi)星導航的基本知識；6、要求學生通過查閱文獻資料，獨立完成原始數(shù)據(jù)的理解、分析和導航解算。三、教學內容與學時分配理論授課32學時，實踐課程為課堂外學時。課程主要教學內容學時分配合計衛(wèi)星導航發(fā)展歷史和現(xiàn)狀介紹衛(wèi)星導航發(fā)展歷史和現(xiàn)狀。包括NNSS、CIC

4、ADA、GPS、GLONASS、GALILEO、COMPASS；介紹衛(wèi)星導航系統(tǒng)的作用和特點，及其在軍事和民用領域中的應用。2學時2學時衛(wèi)星導航基礎知識衛(wèi)星導航定位常用坐標系，包括歲差、章動、地心坐標系、參心坐標系、坐標系相互轉換。2學時6學時衛(wèi)星運行軌道及其在軌運動規(guī)律。包括衛(wèi)星軌道分類、軌道六要素、衛(wèi)星的無攝運動、受攝運動；衛(wèi)星導航時間系統(tǒng)，包括時間的定義、世界時、歷書時、原子時、協(xié)調世界時、力學時、衛(wèi)星導航時間系統(tǒng)；衛(wèi)星通信調制技術、多址技術。2學時擴頻通信的基本原理、香農(nóng)信道編碼理論、序列波形和碼元、模2運算、最長線性移位寄存器、m序列的統(tǒng)計特性和相關特性、截短碼、復合碼、Gold碼以

5、及差錯控制編碼技術。2學時系統(tǒng)與信號GPS系統(tǒng)與信號，包括GPS系統(tǒng)組成結構（空間段、地面段、用戶段）、GPS衛(wèi)星信號體制、C/A碼及其特性、P碼、SA技術。2學時4學時GPS導航電文及其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)，包括GPS導航電文的作用、結構、內容涵義、GPS衛(wèi)星在軌位置計算；GLONASS、GALILEO、COMPASS衛(wèi)星導航系統(tǒng)系統(tǒng)與信號，衛(wèi)星導航系統(tǒng)的兼容性與互操作性。2學時GPS接收機技術接收機體系結構的發(fā)展、射頻前端工作原理，信號捕獲技術。2學時4學時GPS信號跟蹤技術，高級信號處理技術。2學時衛(wèi)星導航基本定位方法定位方法的分類、衛(wèi)星定位觀測量、偽距單點定位原理及定位精度。2學時4學時載波

6、相位法定位、多普勒法定位、射電干涉法定位、衛(wèi)星導航精密單點定位技術。2學時定位誤差與信號傳播有關的誤差（電離層折射、對流層折射、多路徑效應）、與衛(wèi)星有關的誤差（衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差和相對論效應）、與接收機有關的誤差（接收機時鐘誤差、位置誤差、天線相位中心位置誤差）和其他誤差（地球自轉與地球潮汐改正）。2學時2學時差分定位方法差分定位的必要性、差分定位方法的分類、差分定位數(shù)據(jù)通信類型、位置差分原理、偽距差分原理、載波相位平滑偽距原理。2學時6學時載波相位差分定位技術、區(qū)域差分定位系統(tǒng)（差分定位精度、局域差分、廣域差分、多基準站RTK、信標差分、差分電文格式）。2學時周跳探測與修復、整周模糊度

7、實時解算方法。2學時衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)航空導航需求、星基增強系統(tǒng)、陸基增強系統(tǒng)、機載增強系統(tǒng)、完好性監(jiān)測技術。2學時2學時船用慣性導航系統(tǒng)與衛(wèi)星導航系統(tǒng)的組合船用慣性導航系統(tǒng)、推算航位系統(tǒng)、卡爾曼濾波技術、GPS/慣導組合技術、GPS/推算航位組合技術。2學時2學時實踐教學實驗一：衛(wèi)星定位基礎實驗1學時8學時實驗二：GPS衛(wèi)星信號分析實驗1學時實驗三：任意時刻衛(wèi)星位置、速度計算實驗1學時實驗四：GPS接收機單點定位及定位精度分析實驗1學時實驗五：衛(wèi)星定位大氣延時誤差分析實驗1學時實驗六：差分定位及定位性能分析實驗2學時實驗七：GPS/慣導組合導航性能分析實驗1學時四、教學方法及手段采用“傳統(tǒng)板書電子教案+雙語教學”的教學模式；課堂理論講授教學與實踐教學相結合，有針對性地開展專業(yè)實踐教學研究環(huán)節(jié)；教學和科研互動，不斷完善和豐富教學內容。五、學習本課程的基礎慣性導航系統(tǒng)。六、教材及主要參考資料1、 趙琳, 丁繼成, 馬雪飛. 衛(wèi)星導航原理及應用. 西安：西北工業(yè)大學出版社，2011.2、 劉基余. GPS衛(wèi)星導航定位原理與方法（第2版），科學出版社，2008.3、 GPS: Theory and Applications W. Parkinson, J. Spilker Jr., The AIAA Inc., 1996.4、 S. Grewal, R. Weil