“卫星导航定位原理与应用”课程实践教学模式改革研究

许宝成，张 冰，马开锋，李 奥

（华北水利水电大学测绘与地理信息学院，河南 郑州 450011）

1 前言

现阶段中，“卫星导航定位原理与应用”是专门面向测绘工程、遥感、地理信息科学专业学生的课程，其知识覆盖面较广且内容又十分复杂，所以在学习时必须保证学生能够有较强的专业背景知识和实践能力，否则在学习时就无法使学生进入思考状态，而且也会导致学生在学习时很难理解教学的内容。对此，针对这个现象则需要对现有教学模式进行更改，才能结合学生的实际专业背景特点进行有效授课，保证在教学的过程中真正满足学生学习的要求，而且也能够使教学内容更加通俗易懂并能够通过调动学生的积极性来真正让学生掌握该学科的知识内容，这样才能为中国卫星导航定位技术的发展起到推进性的作用。

2 课程开展的意义与特点

“卫星导航定位原理与应用”课程的学习目的是加强学生对卫星导航定位系统整体的认知情况，并且也为学生学习后续知识做好基础准备。课程内容主要涉及卫星导航定位技术的相关空间知识，所以这一学科主要以基本原型概念模型为主，充分介绍卫星定位系统的研究发展方向和趋势，并通过结合相关学科内容来保证学生能够对该课程的相关知识有一个全面的了解。

课程内容具有较强的实践性和现实性，其自身又包含了空间星座结构认知等抽象概念，同时又要求学生掌握大量数据处理计算公式，并要求学生有较强的动手能力，否则就会导致学生在学习时无法将理论知识进行有效应用。并且，教学需要富有启发性，所以要求授课教师将理论知识与实践教学进行共同融合，才能保证学生在学习时既能够掌握较多的理论基础知识，又能够实现在实际动手中分析问题、解决问题的目标，进而在不断探索中，实现卫星导航定位技术的创新性发展。

3 课程开展的内容

3.1 坐标系统与时间系统

“卫星导航定位原理与应用”课程主要讲述的是天文学的基本理论知识和大地测量学科的基本理论知识，而这一部分知识内容的讲解主要是帮助学生学习相关测量专业知识，对理解不足的内容进行补充。对于大部分测绘工程专业的学生而言，在进行时间坐标系的学习时，往往只能够学习特定的地理位置时间和系统，而对于相关概念只是进行了简单的描述学习；在空间坐标系方面，也只是实现了对恒星和太阳时的分类，并实现对其转换关系的认知，但这远远不够。因此，通过时间与坐标系统的系统学习能够帮助学生在时间、空间坐标系当中，建立较为全面的认知体系和结构，并且在实际讲解的过程中，也可以通过对坐标系的转换以及所需要的参数进行讲解，从而帮助学生对其知识有一个深层次的认知，进而为后续学习做好准备。

3.2 卫星导航定位系统

授课时主要是通过讲述综述性内容来扩大学生的知识面，并达到激发学生探索该领域知识内容的欲望，通过调动学生的积极性并激发学生的学习兴趣，就能保证学生在学习该科目时，有一个良好的学习心态。同时，在实践教学过程中，该课程的重点方向是针对卫星导航定位系统在定位与导航这两个应用领域当中的实际应用方向。导航所针对的用户一般为低精度用户，且在不同的载体平台上应用，如车辆导航、手机导航、无人机领域等。以车辆导航为例，它可以将实时定位和电子地图结合使用，这样就能满足人们的应用需求。而定位工作所针对的用户一般为高精度用户，需对系统定位知识进行详细介绍，这样就能让学生对当前卫星导航系统的学习有一个深刻的认知和了解。

3.3 周跳与整周模糊计算

在卫星定位导航过程中，其主要的误差是由于路径传播延时而使接收器、卫星信号传递器出现错轨现象。从当前信号传播的整体方式来看，在电离层和对流层进行信息传递时，由于误差影响以及模型修正公式的不同，也会导致这种偏差问题的产生。因此，消除电离层误差的内容能够帮助学生更加了解本课程的学习内容。同时，采用这种教学方式在教学的过程中能够帮助学生对课程内容进行有效的理解和掌握。对于高精度卫星导航定位数据的处理而言，其核心问题就是当前人们所广泛讨论的周跳探测与周跳模糊修复问题，所以对其进行详细讲解，并结合学生不同背景来实现对原理的讲述，更能够弱化复杂的理论部分，让学生进行实践验证，这样既能取得良好的教学效果，也能帮助学生更有效地了解相关知识内容。

3.4 观测值与差分模型

在学习观测值组合和测量模型时，一般要以卫星导航系统所发射的伪距信号和载波信号为主进行讲解，它能够实现对卫星导航定位基本工作原理的全面解析，并让学生采用基于误差模型改正的方法来有效学习算法。而且，通过简单化的计算模型对伪距进行计算并应用，同时对载波相位的测量模型进行结合应用，能帮助学生更快理解计算改正模型的建立，并且也能在工程实践的过程中，让学生学习相关模型的特征。此外，结合无线电信号的传播特征进行实践教学，也能够帮助学生了解整周模糊和周跳的概念，更能让学生了解到卫星导航定位的实际优势，以及在未来发展中需要克服的难点。在卫星站测量的过程中，对其差分组合测量模式的内容进行解析，并对不同的组合模式优缺点进行了详细列举，而且也给出了不同频率以及不同测量模型之间的组合方式，在学生学习的过程中，就能帮助学生清晰地了解到什么是定位。并以恰当的形式为学生引出后续问题，这样也能为学生今后的学习做好铺垫工作。

4 授课模式改进方式

4.1 依据学生特点进行课题讨论

除了日常的正常授课行为外，教师要在课堂上结合应用学生的兴趣点和关注点，并针对不同知识点的内容让学生进行广泛讨论，这样才能保证学生在学习相关知识时，可以有效调动起自身的内在驱动力。而且，对于“卫星导航定位原理与应用”课程的实践教学而言，要注重课程的实践性和未来发展的广阔性，因此，在讨论过程中也可以就未来发展趋势和现实需要进行结合讨论，同时也可以引入一定的案例，这样既能够加强学生对相关知识的理解，也能进一步巩固课堂上所学习的知识点，还能在问题延伸中不断发散学生的思维，并真正帮助学生将抽象的概念进行细化处理，这样才能保证学生在学习课程时，可以牢牢掌握住相关知识，并将其应用在自身的专业领域当中。

4.2 结合学生专业背景开展主题报告

对于“卫星导航定位原理与应用”课程实践教学而言，由于涉及知识内容较广，而且知识又具有复杂性，为了保证其能够激发学生的学习兴趣，也可以邀请该领域的专家来开展专题报告会，这样既能够让专家来讲解该领域当前最新的研究方向，也能保证学生在参与时了解到日常学习当中所不了解的内容，报告结束后通过问答环节，由专家为学生解决现在学习当中的一些难题，更能够对未来的发展形势有一个全面的了解，让学生在听讲的过程中，可以对自身学习的专业有一个深层次的理解和认可，继而促进学生的全面发展。

4.3 加强实践内容的添加

为了有效加强学生对课堂理论教学内容的理解，并真正让学生掌握理论知识，则需要加强实践教学环节的设置，同时也要保证学生能在课程实验实习过程中，可以熟练使用当前最先进的定位技术与仪器设备，保证学生在进行实验的过程中，可以实现对实验数据的有效处理，并帮助学生在了解计算处理模型的同时，锻炼其分析解决实际问题的能力，从而才能使学生在课程学习中，真正实现实践能力的提升。

4.4 提高青年教师的教学水平

在当前阶段中，教学组必须要由老教师发挥自身的传授带头作用，而且要保证在青年教师上岗前要完成多次试讲工作，再由老教师进行现场指导，并给出有效的建议和意见，这样才能使年轻教师更快地获得本学科的教学经验，并提高自身的教学能力。同时，在教学组的长期教育工作开展中，也必须要加强对年轻教师备课检查力度工作的落实，还要保证教师能够有完整的教学体系，并确保教师能够在实践内容和实践方式上进行紧密联合。

5 总结

“卫星导航定位原理与应用”课程实践教学工作的开展能够为中国卫星导航技术人才的培养提供有效保证，因此，在实践教学模式的选择上，更应该结合学生的实际需要进行有效应用，这样才能为学生的未来发展做好准备。