衛星導航系統(哈爾濱工程大學智慧型科學與工程學院開設的在校課)

衛星導航系統是哈爾濱工程大學智慧型科學與工程學院開設的在校課、理論課（含實驗/實踐）、專業基礎課、技術基礎課、國家級精品資源共享課。該課程的課程負責人為趙琳。據2021年10月愛課程官網教學大綱顯示，該課程總學時32學時，學分為2學分。

該課程共16章，包括衛星導航的發展歷史與套用、衛星導航基礎知識、系統與信號、GPS接收機技術、衛星定位基本方法、衛星導航定位誤差、差分定位方法、衛星導航增強系統、船用慣性導航系統與衛星導航系統的組合9個板塊。

基本介紹

• 中文名：衛星導航系統
• 外文名：Satellite Navigation Systems
• 類別：高校在校課、理論課（含實驗/實踐）、專業基礎課、技術基礎課、國家級精品資源共享課
• 開設院校：哈爾濱工程大學智慧型科學與工程學院
• 總學時：32
• 學分：2
• 適用專業：測控技術與儀器、導航制導與控制

課程性質

課程背景

現代衛星導航系統可以全天時、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、實時的位置、速度、時間、姿態等導航狀態參數，是二十世紀發展起來的新興學科，是繼慣性導航系統成功套用於導航領域後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。

課程定位

該課程以培養船舶工業和國防工業專業人才為目標，通過具有啟發性的講解，結合基礎理論教學和實踐教學，旨在讓學生了解有關衛星導航的新進展，培養衛星導航研究領域理論聯繫實際的高層次人才，向學生介紹系統全面的衛星導航原理、技術、系統套用和發展趨勢。

適應專業

該課程的開課專業為測控技術與儀器、探測制導與控制、自動化專業。

課程簡介

該課程敘述衛星導航系統的發展歷史、現狀及現代化歷程，闡述衛星導航、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、衛星通訊技術和偽隨機編碼技術，介紹GPS、GLONASS、GALILEO以及中國的“北斗”衛星導航系統的基本原理、系統組成和信號體制，闡述衛星導航接收機技術、導航定位算法、誤差分析、差分增強系統技術以及在船舶導航領域中的套用。

課程大綱

第1章 衛星導航的發展歷史與套用 01-01 衛星導航的發展歷史與套用-1 01-02 衛星導航的發展歷史與套用-2 第2章 衛星導航基礎知識 02-01 衛星導航基礎知識-1 02-02 衛星導航基礎知識-2 第3章 衛星導航基礎知識 03-01 衛星導航基礎知識-1 03-02 衛星導航基礎知識-2 第4章 衛星導航基礎知識 04-01 衛星導航基礎知識-1 04-02 衛星導航基礎知識-2 第5章 系統與信號 05-01 系統與信號-1 05-02 系統與信號-2 第6章 系統與信號 06-01 系統與信號-1 06-02 系統與信號-2 第7章 GPS接收機技術 07-01 GPS接收機技術-1 07-02 GPS接收機技術-2 第8章 GPS接收機技術 08-01 GPS接收機技術-1 08-02 GPS接收機技術-2

第9章 衛星定位基本方法 09-01 衛星定位基本方法-1 09-02 衛星定位基本方法-2 第10章 衛星定位基本方法 10-02 衛星定位基本方法-2 10-01 衛星定位基本方法-1 第11章 衛星導航定位誤差 11-01 衛星導航定位誤差-1 11-02 衛星導航定位誤差-2 第12章 差分定位方法 12-01 差分定位方法-1 12-02 差分定位方法-2 第13章 差分定位方法 13-01 差分定位方法-1 13-02 差分定位方法-2 第14章 差分定位方法 14-01 差分定位方法-1 14-02 差分定位方法-2 第15章 衛星導航增強系統 15-01 衛星導航增強系統-1 15-02 衛星導航增強系統-2 第16章 船用慣性導航系統與衛星導航系統的組合 16-01 船用慣性導航系統與衛星導航系統的組合-1 16-02 船用慣性導航系統與衛星導航系統的組合-2

（註：課程大綱排版從左到右列）

教學計畫

該課程理論授課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
衛星導航發展歷史和現狀	介紹衛星導航發展歷史和現狀。包括NNSS、CICADA、GPS、GLONASS、GALILEO、COMPASS；介紹衛星導航系統的作用和特點，及其在軍事和民用領域中的套用。	2學時	2學時
衛星導航基礎知識	衛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
	衛星運行軌道及其在軌運動規律。包括衛星軌道分類、軌道六要素、衛星的無攝運動、受攝運動；衛星導航時間系統，包括時間的定義、世界時、曆書時、原子時、協調世界時、力學時、衛星導航時間系統；衛星通信調製技術、多址技術。	2學時
	擴頻通信的基本原理、香農信道編碼理論、序列波形和碼元、模2運算、最長線性移位暫存器、m序列的統計特性和相關特性、截短碼、複合碼、Gold碼以及差錯控制編碼技術。	2學時
系統與信號	GPS系統與信號，包括GPS系統組成結構（空間段、地面段、用戶段）、GPS衛星信號體制、C/A碼及其特性、P碼、SA技術。	2學時	4學時
	GPS導航電文及其他衛星導航系統，包括GPS導航電文的作用、結構、內容涵義、GPS衛星在軌位置計算；GLONASS、GALILEO、COMPASS衛星導航系統系統與信號，衛星導航系統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
衛星導航基本定位方法	定位方法的分類、衛星定位觀測量、偽距單點定位原理及定位精度。	2學時	4學時
	載波相位法定位、都卜勒法定位、射電干涉法定位、衛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）、與衛星有關的誤差（衛星星曆誤差、衛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、差分定位數據通信類型、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、區域差分定位系統（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、整周模糊度實時解算方法。	2學時
衛星導航增強系統	航空導航需求、星基增強系統、陸基增強系統、機載增強系統、完好性監測技術。	2學時	2學時
船用慣性導航系統與衛星導航系統的組合	船用慣性導航系統、推算航位系統、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：衛星定位基礎實驗	1學時	8學時
	實驗二：GPS衛星信號分析實驗	1學時
	實驗三：任意時刻衛星位置、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

（註：表格內容參考資料）

教學目標

通過該課程的學習，使學生全面了解衛星導航的基本原理、導航算法、誤差分析和在船舶導航領域的套用，掌握與衛星導航有關的英文資料的閱讀理解，熟悉接收機工作原理及衛星導航數據處理方法。

教學要點

教學方法

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實踐教學研究環節；

教學和科研互動，不斷完善和豐富教學內容。

教學模式

該課程採用“傳統板書+電子教案+雙語教學”的教學模式。

教學要求

1. 讓學生了解衛星導航的歷史、現狀和發展趨勢；
2. 讓學生熟悉衛星導航接收機工作原理及其發展套用情況；
3. 熟悉各種衛星導航定位算法，重點掌握單點、實時、偽距定位算法；
4. 掌握衛星定位有關的專業英語辭彙，能夠閱讀相關專業的外文文獻；
5. 採用多媒體手段，讓學生從多個層面了解衛星導航的基本知識；
6. 要求學生通過查閱文獻資料，獨立完成原始數據的理解、分析和導航解算。

學習預備

預備知識

學習該課程前，學習者應了解掌握慣性導航系統相關知識。

學習資料

書名	作者	出版社	出版時間	ISBN
《衛星導航原理及套用》	趙琳、丁繼成、馬雪飛	西北工業大學出版社	2011-06-01	978-7-5612-2952-1
《GPS衛星導航定位原理與方法（第二版）》	劉基余	科學出版社	2008-06-01	9787030219954
Global Positioning System: Theory and Applications, Volume I	James J. Spilker Jr., Penina Axelrad, Bradford W. Parkinson and Per Enge	The AIAA Inc.	January 1, 1996	978-1-56347-106-3
Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration, 2nd Edition	Mohinder S. Grewal, Lawrence R. Weill, Angus P. Andrews	A John Wiley & Sons, Inc.	March 2007	978-0-470-09971-1
《GPS原理與接收機設計》	謝鋼	電子工業出版社	2017-01	9787121305399

（註：表格內容參考資料）

考核標準

學期成績=平時成績（20%）+實踐設計（30%）+期末考試（閉卷，50%）

1. 20%的平時成績記錄方式：用於評估學習過程。分別採取考勤、作業、隨堂測驗、專題討論，其成績作為平時成績參考。
2. 30%的實踐設計：用於評估動手能力和分析問題解決問題的能力。以實踐課的完成情況作為參考。
3. 50%的期末考試成績：評估整個課程的學習掌握情況。期末考試以試卷形式出現，包括填空、選擇、簡答、計算題等，每學期可能略有調整。

所獲榮譽

2016年6月28日，該課程被中華人民共和國教育部認定為第一批“國家級精品資源共享課”。

教學團隊

姓名	教學職稱	職務
趙琳	教授	課程負責人
王偉		主講教師
徐定傑
Rene Jr.Landry
程建華	副教授
沈鋒
趙玉新
丁繼成	講師
李亮