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卫星导航定位原理与应用
主讲教师 余学祥/安徽理工大学
学习人数 425
开课周期 2021年08月30日 ~ 2022年01月31日
教学进度
预报名
进行中
已结课
课程期次 共 22 周
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  • 常见问题

《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程简介

1978222日第一颗GPS试验卫星发射成功,开创了以导航卫星为动态已知点的无线电导航定位新时代,为经济建设、国防建设和人们的日常生活等提供了一种高精度、全天时和全天候的导航定位技术,使导航定位技术产生了一场深刻的变革, 促进了相关行业的整体技术进步,为促进世界文明进步提供了一种新的高科技方法。

作为测绘科学技术三大高新技术之一的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System——GNSS)是泛指所有的卫星导航系统,包括全球的、区域的和增强的,如美国的GPS卫星全球定位系统(GPS)、俄罗斯的GLONASS全球导航卫星系统(GLONASS)、中国的北斗卫星导航系统(BDS)、欧洲的伽利略卫星导航系统(GALILEO),以及相关的增强系统,如美国的WAAS(广域增强系统)、欧洲的EGNOS(欧洲静地导航重叠系统)、日本的QZSS系统、印度的IRNSS系统等,还涵盖在建和将建的其他卫星导航系统。GPSGLONASSBDSGALILEO这四个系统虽然在坐标系统、时间系统等方面存在差异,但其主体功能和定位原理是基本相同的,因此,在本课程学习中以GPS系统为主、北斗系统为辅、其它系统为补充的方式进行讲解。

《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程是《卫星导航定位原理与应用》(各高校采用的名称可能不一致)理论课程的补充,不能代替《卫星导航定位原理与应用》理论课程课堂教学,更不能代替其实验教学。各高校授课教师,在讲授《卫星导航定位原理与应用》理论课程时,应结合学校的特点安排学生进行《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程学习。《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程是学习《卫星导航定位原理与应用》理论课程的预习、巩固、提高的教学资源,是实施《卫星导航定位原理与应用》理论课程教学改革的网络教学资源。

随着测绘科学技术及相关学科技术的发展,我们在《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程中及时更新课程内容、融入相关纵横向科研项目的成果;同时,尽量采用教学团队主编或参编的最新规划教材与专著(如《GNSS导航定位原理与应用》、《GPS测量与数据处理》、《GPS测量原理及其应用(第四版)》、《煤矿开采沉陷自动化监测系统》、《基于GNSS/GIS的土地集约利用信息管理系统研究与实践)》等),以提高学生更好地掌握卫星导航定位技术的基本原理、基本操作、工程实践、数据处理相关理论等方面的能力。

《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程由843讲组成,主要内容包括卫星导航定位系统基础知识(13讲)、卫星导航定位基本原理(10讲)、误差来源及其克服措施(7讲)、卫星导航定位控制网的设计与实施(5讲)、数据处理及质量评价(5讲)、数据处理软件简介(1讲)和应用案例(2讲)等7个部分,视频总时长为7h39m22s,其结构参见“《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程结构”文档。

《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程中提供了906道测试练习题,融入了课程思政内容,包括215道选择题(其中,单选题48题,多选题167题)、412道判断题、122道填空题和157道材料题(其中名词解释 72 题,简答题80题,计算题5题),供大家在学习《卫星导航定位原理与应用》课程中进行练习、测试、考试之用,并及时进行更新完善。

《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程由安徽理工大学余学祥、吕伟才和赵兴旺,安徽大学刘辉和胡洪,安徽农业大学董斌和高祥,安徽建筑大学高旭光,广州中海达卫星导航技术股份有限公司邾凯,甘肃农业大学甘肃农大鄢继选等共同完成,由余学祥负责协调与统稿。合肥亚慕信息科技有限公司为该MOOC课程的视频录制、编辑制作、网络管理做了大量的工作,在此表示衷心的感谢!

为便于对学生学习状态的管理,各开课学期的教学团队,根据参与MOOC学习的学生班级情况,适当进行增加。

《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程得到安徽省省级质量工程项目“大规模在线开放课程(MOOC)示范项目(卫星导航定位原理与应用)(编号:2016mooc141)”、“测绘工程专业卓越工程师教育培养计划(编号:2016zjjh020)”、“人工智能时代下导航工程专业人才培养模式研究(编号:2017jyxm1243)”、“测绘工程专业综合改革试点(编号:2014zy029)”、“人工智能时代下测绘工程专业人才培养模式研究(编号:2018jyxm0192)”、“《数字地形测量学》大规模在线开放课程(MOOC)示范项目(编号:2018mooc074)”和2019 年工程类硕士专业学位研究生教育在线课程、在线讲座和教辅资源立项建设项目《GNSS 定位原理与数据处理》等项目的资助,在此表示感谢!

安徽理工大学、安徽大学、安徽农业大学、安徽建筑大学、甘肃农业大学联合申报的“《卫星导航定位原理与应用》慕课建设与实践”教研成果,2020中国卫星导航定位协会卫星导航定位教学成果二等奖。

由于时间仓促,《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程教学团队虽做了很大努力,但课程中难免有疏漏和不妥之处,真诚希望大家批评指正。

 

《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程

                                     教学团队

                                                                                                          2021年9月4日


课程概述

《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程概述

一、课程性质、任务与教学目标

《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程所对应的线下理论课程名称,各高校各异,如《GNSS原理及应用》,《卫星导航定位原理与应用》、《GNSS原理及数据处理》等,以下以《GNSS原理及应用》为例。

GNSS原理及应用》是测绘类专业的专业教育必修课之一。本课程主要讲授GNSS全球导航卫星定位系统的组成及作用、卫星运动基础知识、定位的基本原理与方法、误差来源、GNSS控制网的设计、组织实施及其数据处理方法,主要对GNSS工程控制网的设计、数据采集、预处理、基线解算、网平差过程等测绘项目的外业和内业处理原理和方法,进行基本理论阐述、数据处理模型推导、技术设计书编写、仪器设备操作、规程规范介绍等。通过教学讲授、实验指导和教学实习,使学生掌握GNSS的基本理论及其工程应用实践方法,具有工程实践学习经历;了解本专业的前沿发展现状和趋势;在毕业后能独立承担设计和组织GNSS网的外业测量和内业数据处理等工作。

通过本课程的各教学环节,培养学生具备GNSS工程设计和工程实施的实践能力,并能够对实验结果进行分析;具有综合运用理论和技术手段进行过程设计的能力,设计中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素;具有良好的组织管理能力、独立分析问题和解决问题的能力、表达能力和人际交往能力以及在团队中发挥作用的能力;提高学生的专业素养和职业规范意识,为专业综合素质的拓展打下良好的基础。

二、课程特色和亮点

1、创新教学团队

《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程(以下简称“GNSS MOOC”)教学团队由安徽理工大学、安徽大学、安徽农业大学、安徽建筑大学等四所高校的教师和广州中海达卫星导航技术股份有限公司合肥分公司的技术管理人员等9人构成,其中教授2人、副教授3人,拥有博士学位人员占77.8%,教学力量较为雄厚。校校联合能够取长补短、凸显GNSS技术应用特色;校企联合将直接面对生产实际,能够有效实现知识向能力的转变。

根据卫星导航定位技术具有理论深、实践性强、应用广泛的特点,教学团队提出了“基础型、发展型、创新型”三个层次分阶段、逐层次实施人才培养,促进了学生创新意识和实践能力的形成与提高。设置“课堂教学、线上教学、课后练习、设计与实习、社会实践、创新训练、毕业设计”七个教学环节,将显性教育与隐性教育紧密结合,夯实专业基础、激发创新意识,促进知识向能力的转变。

2、优化课程知识体系

从社会需求分析出发,制定GNSS课程教学目标。以教学质量国家标准和专业认证为依据,注重专业知识的基础性;以社会需求为依据,注重专业知识的行业需求;以科研成果为依据,注重专业知识的前沿性。按基础知识、专业知识、素质能力、创新意识构建开放的模块化课程体系;立足学校与专业定位,加强GNSS教学的系列化教材建设。

3、构建评价机制

从课程体系出发,制订课程教学大纲,优化课程教学内容,实现课程体系对毕业要求的全覆盖,构建课程目标和培养目标、毕业要求达成度评价体系,形成人才培养质量的有效评价机制,实现对培养目标、毕业要求和课程体系的持续改进。

采取多方法对GNSS MOOC的学习效果进行评价,以进一步变革教学方式和考核方式。如运用直方图法、Pearson偏态量法和Ryan-Joiner检验方法进行GNSS MOOC成绩分布特征检验分析;采用Gini指标确定了GNSS MOOC课程综合成绩的及格分为67分;采用统计分析和线性回归方法对比分析了GNSS线下考试卷面成绩与线上MOOC成绩的正相关性。

4、变革教学方式

互联网+高等教育背景下,以大规模在线开放课程等现代信息化技术为手段,以GNSS MOOC课程建设为重点,加强省级(如GNSS MOOC)、校级(“GNSS定位原理与数据处理研究生核心课程)、院级(“GPS定位原理与应用)、班级(GNSS课程QQ群)的在线教学资源建设,对现有教学资源进行优化,运用线上+线下混合式创新教学理念,改变传统观念,打造智能高效的课堂教学,实现以教为中心以学为中心的转变。

5、获教学成果二等奖

安徽理工大学、安徽大学、安徽农业大学、安徽建筑大学、甘肃农业大学联合申报的“《卫星导航定位原理与应用》慕课建设与实践”教研成果,获2020中国卫星导航定位协会卫星导航定位教学成果二等奖


课程大纲
  • 第一章 绪论
    • 第1讲 GNSS卫星定位系统简介
    • 第2讲 GNSS系统的组成与特点
    • 第3讲 GNSS技术的应用前景
    • 第1讲 GNSS卫星定位系统简介-余学祥
    • 第2讲 GNSS系统的组成与特点-董斌
    • 第3讲 GNSS技术的应用前景-董斌
  • 第二章 坐标系统和时间系统
    • 第4讲 天球坐标系与地球坐标系
    • 第5讲 GNSS测量中常用坐标系
    • 第6讲 时间系统概述
    • 第7讲 GNSS时间系统
    • 第4讲 天球坐标系与地球坐标系-余学祥
    • 第5讲 GNSS测量中常用坐标系-余学祥
    • 第6讲 时间系统概述-赵兴旺
    • 第7讲 GNSS时间系统-赵兴旺
  • 第三章 卫星信号和导航电文
    • 第8讲 卫星运动基础
    • 第9讲 GNSS卫星导航电文
    • 第10讲 GNSS卫星信号
    • 第11讲 GNSS卫星星历
    • 第12讲 GNSS卫星位置计算
    • 第13讲 GNSS接收机及其操作
    • 第8讲 卫星运动基础-胡洪
    • 第9讲 GNSS卫星导航电文-胡洪
    • 第10讲 GNSS卫星信号-胡洪
    • 第11讲 GNSS卫星星历-赵兴旺
    • 第12讲 GNSS卫星位置计算-赵兴旺
    • 第13讲 GNSS接收机及其操作-邾凯
  • 第四章 卫星定位基本原理
    • 第14讲 GNSS观测量与观测方程
    • 第15讲 观测值线性组合
    • 第16讲 伪距绝对定位原理与精度评价
    • 第17讲 整周跳变的检测方法
    • 第18讲 整周未知数的确定方法
    • 第19讲 GNSS相对定位基本原理
    • 第20讲 GNSS差分定位技术
    • 第21讲 GNSS卫星导航
    • 第22讲 GNSS测速、测时、测姿态
    • 第23讲 精密单点定位技术
    • 第14讲 GNSS观测量与观测方程-高祥
    • 第15讲 观测值线性组合-高祥
    • 第16讲 伪距绝对定位原理与精度评价-高旭光
    • 第17讲 整周跳变的检测方法-胡洪
    • 第18讲 整周未知数的确定方法-胡洪
    • 第19讲 GNSS相对定位基本原理-余学祥
    • 第20讲 GNSS差分定位技术-余学祥
    • 第21讲 GNSS卫星导航原理-赵兴旺
    • 第22讲 GNSS测速、测时、测姿态-赵兴旺
    • 第23讲 精密单点定位技术-高旭光
  • 第五章 GNSS测量误差来源及其改正
    • 第24讲 GNSS误差分类
    • 第25讲 与卫星有关的误差
    • 第26讲 对流层及其影响
    • 第27讲 电离层及其影响
    • 第28讲 多路径误差
    • 第29讲 接收机钟的钟误差
    • 第30讲 卫星、接收机天线相位中心偏差
    • 第24讲 GNSS误差分类-吕伟才
    • 第25讲 与卫星有关的误差-吕伟才
    • 第26讲 对流层及其影响-吕伟才
    • 第27讲 电离层及其影响-吕伟才
    • 第28讲 多路径误差-吕伟才
    • 第29讲 接收机钟误差-吕伟才
    • 第30讲 卫星、接收机天线相位中心误差-吕伟才
  • 第六章 GNSS测量技术设计与实施
    • 第31讲 GNSS测量的技术设计(上)
    • 第32讲 GNSS测量的技术设计(下)
    • 第33讲 GNSS测量的外业施测
    • 第34讲 技术设计书的编写
    • 第35讲 GNSS的作业模式
    • 第31讲 GNSS测量的技术设计(上)-刘辉
    • 第32讲 GNSS测量的技术设计(下)-刘辉
    • 第33讲 GNSS测量的外业施测-刘辉
    • 第34讲 技术设计书的编写-刘辉
    • 第35讲 GNSS的作业模式-刘辉
  • 第七章 GNSS测量数据处理
    • 第36讲 数据预处理与质量检核
    • 第37讲 GNSS基线向量解算
    • 第38讲 基线向量网平差
    • 第39讲 GNSS网坐标系统转换
    • 第40讲 GNSS网高程系统转换
    • 第36讲 数据预处理与质量检核-高旭光
    • 第37讲 GNSS基线向量解算-余学祥
    • 第38讲 基线向量网平差-赵兴旺
    • 第39讲 GNSS网坐标系统转换-余学祥
    • 第40讲 GNSS网高程系统转换-余学祥
  • 第八章 GNSS技术应用
    • 第41讲 GNSS技术在开采沉陷自动化监测中的应用
    • 第42讲 GNSS在无人船水下地形测量中的应用
    • 第43讲 基线解算软件介绍
    • 第41讲 GNSS技术在开采沉陷自动化监测中的应用-余学祥
    • 第42讲 GNSS技术在无人船水下地形测量中的应用-邾凯
    • 第43讲 基线解算软件介绍-高祥
  • 课程期中线上测试
  • 课程结束线上测试
授课目标

教学目标1了解全球定位系统的产生、发展动态及应用前景,掌握GNSS定位中所涉及的时间系统、坐标系统及卫星运动等基本知识,激发学生自主学习的热情。

教学目标2可以运用数学、物理等知识分析GNSS定位基本原理与方法、测量各项误差措施,并能提出解决GNSS定位误差的削弱和消除方法。

教学目标3运用大地测量理论与方法等知识、结合GNSS技术的特点,对GNSS测量控制网的布设、观测方法进行分析、设计、数据采集。

教学目标4运用大地控制测量理论、误差理论与测量平差、程序设计开发、专业软件操作等知识对GNSS测量的卫星瞬时位置、基线解算、网平差、坐标系统和时间系统转换等进行数据处理及成果精度分析。

教学目标5合理运用相关测绘法律法规和国家标准、行业标准、GNSS网的质量标准和特征条件,进行GNSS测量网的设计方案分析、设计与优化,能够综合考虑经济、法律、安全等制约因素、提高学生的专业素养和职业规范意识,锻炼对复杂测绘工程问题的独立分析问题和解决问题能力。


预备知识

本课程的先修课程为数字地形测量学、误差理论与测量平差基础、大地测量学基础、高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理、计算方法等

配套教材
  • 《GNSS导航定位原理与应用》
    1
    余学祥,董斌,吕伟...
    中国矿业大学出版社
  • 《卫星导航定位原理及应用》习题集与实验指导书
    1
    余学祥,董斌,高伟...
    中国矿业大学出版社
参考教材
  • GPS测量与数据处理
    1
    余学祥,王坚,刘绍...
    中国矿业大学出版社
  • GPS测量原理及其应用(第四版)
    4
    徐绍铨,张华海,杨...
    武汉大学出版社
  • 煤矿开采沉陷自动化监测系统
    1
    余学祥,吕伟才,柯...
    测绘出版社
  • GPS变形监测数据处理自动化——似单差法的理论与方法
    1
    余学祥,徐绍铨,吕...
    中国矿业大学出版社
  • 基于GNSS/GIS的土地集约利用信息管理系统研究与实践
    1
    吕伟才,余学祥,张...
    中国矿业大学出版社
  • 《GNSS定位原理与数据处理》教学资源网站
    2
    余学祥等
    安徽理工大学
  • 获奖证书
    余学祥等
    中位协
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1 这门课程是免费学习的吗?
本课程是开设在安徽省网络课程学习中心(e会学)平台上的课程,是免费学习的。
2 是否需要完成课程所有的作业?
如果你想要获得课程学分,你需要按照课程老师制定的课程大纲和考核标准完成相关作业;如果仅是为了扩充知识,可以根据自己的时间与需求自由安排学习计划。MOOC学习成绩大60分以上的,可以申请课程学习证书。
3 课程结束后,还能继续学习课程内容吗?
这将根据各高校的培养方案而定;对于研究生教育,后期可能会开始GNSS数据处理方面的课程。
4 学习这门课程时,需要注意什么问题?
1)《卫星导航定位原理与应用》MOOC视频录制时间在2018年8-10月份,有关GNSS系统的发展现状是针对当时而言的;大家还要关注当前的现状及发展趋势;
2)《卫星导航定位原理与应用》MOOC课程是《卫星导航定位原理与应用》(各高校采用的课程名称可能不一致)理论课程的补充,不能代替《卫星导航定位原理与应用》理论课程课堂教学,更不能代替其实验教学。大家要根据教师的安排进行学习。
3)加强课程互动,有问题及时从平台反馈;
4)按教师的安排,及时提交学习成果。
5 课程成绩是如何构成的?
对于GNSS MOOC课程学习(不含线下教学、练习、出勤等)成绩由视频学习(课程学习进度,权重30%),随堂练习(权重15%),在线作业(权重20%),线上测试(权重25%),课程讨论(10条讨论信息,权重5%),图文学习(权重5%)等6个部分构成。注意,在学习过程中,各位同学至少要发布10条课程讨论信息。
授课教师
安徽理工大学
安徽理工大学
安徽理工大学
安徽大学
安徽大学
安徽农业大学
安徽农业大学
安徽建筑大学
安徽理工大学
厦门理工学院
甘肃农业大学
安徽理工大学
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