“全球衛星導航系統原理”課程英文教學改革初探

【摘要】本文討論了我校“全球衛星導航系統原理”課程進行英文教學改革的一些探索，從教學內容、教材編寫、考核方式等方面對課程進行英文教學改革，取得了較好的教學效果。

【關鍵詞】GNSS系統? 北斗系統? 本科課程教學? 英文教學

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）19-0230-02

一、引言

衛星導航定位與授時技術發展迅猛，其應用日益普及。全球衛星導航系統（GNSS），除了最早建成的美國的GPS系統和俄羅斯的GLONASS系統外，歐洲的Galileo系統和中國的北斗衛星導航系統（以下簡稱BeiDou系統）也正在全球組網。衛星導航定位與授時技術的迅猛發展，必對“全球衛星導航系統原理”課程教學模式的改革產生積極的推動作用[1]。本文介紹了“全球衛星導航系統原理”課程英文教學改革的一些探索，借鑒國外GNBSS系統原理優秀課程及我校的航空航天特色，重新調整了課程教學內容，新增航空航天應用和BeiDou系統部分的內容;認真篩選并撰寫英文教材，以求最具系統性和科學性;優化考核方式，全面考查學生的綜合能力。

二、教學內容調整

“全球衛星導航系統原理”作為我校精密儀器與導航控制等專業的專業課，考慮到大部分學生畢業后將從事與航空航天相關的工作，而衛星導航作為航空航天重要的導航方式之一，隨著我國BeiDou系統的全球組網完成，北斗導航技術必將在航空航天領域被廣泛應用。基于上述考慮，我們對“全球衛星導航原理”課程的教學內容進行了精心調整，以求課程內容既清楚交待GNSS系統的基本概念、理論和方法，又能同時關注最新GNSS系統的發展動態;既交待GNSS在導航定位與授時等方面的基礎應用，又突出GNSS在航空航天領域的特色應用;既涵蓋各GNSS系統的進程，又突出我國BeiDou系統的特點。基于上述原則，對課程的教學內容的調整主要從夯實基礎理論、注重衛星導航信號處理和航空航天應用、突出我國BeiDou系統等三個方面著手：

1.結合基本理論與最新動態

文獻[2， 3]由美國GPS導航領域權威專家著述，涵蓋的內容較為全面，但是由于文獻出版時間早，未能包含我國BeiDou系統和最新的GNSS系統發展等方面內容。因此，我們確定采用基本理論與最新發展相結合的方式，以文獻[2-4]為基本理論參考，重點幫助學生建立GNSS系統的基本概念，理解GNSS時空參照系統、GNSS接收機原理、GNSS信號處理、PVT解算原理以及不同GNSS系統的具體實現方式，并且將GPS現代化升級、GLONASS和Galileo系統新進展、以及BeiDou系統原理等內容新加到教學內容中。除此之外，緊密圍繞GNSS最新的發展動態和關注的問題組織教學內容，如衛星導航與慣性導航系統組合、GNSS信號干擾與抑制、電離層擾動與監測等，讓學生們既能掌握基礎知識，又可以拓寬視野、了解GNSS最新動態。

2.注重GNSS航空航天應用特殊性

對于衛星導航技術航空應用，主要涉及民用航空和軍用航空兩個方面。在民用航空方面，國際民航組織提出的基于性能的導航概念正按計劃有序的在全世界范圍內推進。這就要求GNSS技術在民航中的應用除了常規應用中關注的定位精度和導航實時性外，還必須讓學生深刻理解GNSS的可用性、連續性和完好性等特殊概念。在航空軍事方面，針對航空器高機動性、GNSS信號易受壓制和欺詐干擾的問題，增加GNSS航空和軍事應用及GNSS信號面臨威脅的相關內容。重點幫助學生了解針對GNSS信號的抗干擾原理，以及高機動環境下衛星信號處理方法。提高學生對GNSS系統在未來戰爭中重要地位的認知，掌握GNSS抗干擾的基本方法。隨著航天技術迅猛發展，GNSS技術在航天領域內也得到了越來越廣泛的應用。GNSS能夠提供導航、測速和授時服務，可用于航天器的各個階段，如航天器發射、精密軌道確定、航天器實時導航與姿態控制、航天器組網等[5]。然而，GNSS航天應用也將面臨更復雜環境，航天器將處于高動態、強輻射及干擾環境中，GNSS信號具有多普勒頻移較大、衛星切換快、掩星環境下信號弱、電離層延時大等特點。航天器還對GNSS模塊的體積及功耗有非常高的要求。增加衛星導航在航天應用方面內容重點幫助學生了解航天應用的特殊性和掌握高動態下的衛星信號快速捕獲跟蹤和高精度定位技術。

3.突出BeiDou系統

GNSS系統是全球性公共資源，多GNSS系統兼容與互操作已成為衛星導航技術的發展趨勢。我國BeiDou系統是著眼于我國國家安全與社會經濟發展需求，自主建設和運行的GNSS系統，可提供全天時、全天候、高精度的導航定位與授時服務。我國秉持“中國的北斗，世界的北斗”的理念，服務“一帶一路”，積極推進BeiDou系統國際合作。要實施“北斗走出去”戰略，最有效的方法之一是發揮高校的人才培養優勢，加快GNSS專業人才培養，使BeiDou系統真正走向世界[6]。因此，課程組通過對BeiDou系統官網的英文資料（北斗系統白皮書、空間信號接口控制文件、應用案例、發展報告、公開服務性能規范等）進行精心整理，在課程內容中重點突出北斗系統的相關內容。重點幫助學生了解北斗系統的建設、組成、關鍵技術、特點和應用。

三、英文教材撰寫

英文教材是英文教學的先行條件，選擇或撰寫適合的英文教材尤為重要。課程改革之初，在調研、收集國外同類教材的基礎上，以[2-4， 7]這四本著作為基礎，融合其他優秀參考資料，編寫了“全球衛星導航系統原理”課程的英文講義。該講義經過多輪試用后，于2017年正式出版為英文教材[8]。該教材涵蓋的內容全面、豐富，不僅講解了GNSS的基本理論，包括：時空參照系統、無線電導航方法、GNSS信號和電文結構、信號捕獲與跟蹤、導航電文解調、PVT解算等內容;還針對GNSS系統性能、差分GNSS方法、BeiDou系統以及航空航天領域應用進行了專門討論。該教材的難度適中，深入淺出的結構易于學生入門;同時，該教材又提供了許多深入內容供學生對GNSS進行深入研究。改革之后，上述教材[8]作為課程的主教材，而一些經典及新出版的國外教材[4， 9]作為參考書。

四、考核方式優化

課程考核從基本理論、實踐能力、課堂互動三方面來綜合評估課程教學效果，分為平時成績、期末成績、分組項目實踐。平時成績包括作業、課程實驗和課堂互動的情況;期末成績采用開卷筆試考核方式，主要檢驗學生對GNSS基本理論的掌握程度。分組實踐項目主要是通過學生自行分組來共同完成一個共同的實踐項目，在學期初學生進行分組、并布置實踐項目，學期間分組同學進行分組項目實踐，學期末通過分組匯報、海報和分組報告進行考核，通過分組項目實踐可以考查學生的交流協作能力。

五、結束語

本文介紹了“全球衛星導航系統原理”課程英文教學改革的一些探索，對課程的教學內容、教材撰寫、考核方式等方面進行了改革，并取得了較好的成效。

參考文獻：

[1]王璐，尹萍，孫淑光.“衛星導航技術”課程全英文教學模式探索，電氣電子教學學報， 2015（37）：10-12.

[2]E. D. Kaplan and C. J. Hegarty. Understanding GPS： Principles and Applications. Second Edition. Boston： Artech House， 2006.

[3]P. Misra and P. Enge. Global Positioning System： Signals， Measurements， and Performance. Second Edition Lincoln， Massachusetts， USA： Ganga-Jamuna Press， 2006.

[4]B. W. Parkinson， J. J. Spilker， P. Axelrad， and P. Enge.Global Positioning System： Theory and Applications， Volume I & II （Progress in Astronautics and Aeronautics）. Washington， DC， USA： American Institute of Aeronautics and Astronautics， Inc.， 1996.

[5]由立華，榮欣，畢波.衛星導航技術在航天應用領域內的發展，第六屆航天電子戰略研究論壇，中國北京， 2019：3.

[6]翁敬農，楊東凱，金天，郭媛媛，修春娣，吳發林.衛星導航領域的留學研究生教學模式的探索與實踐.工業和信息化教育，2018（06）：1-7+13.

[7]B. Hofmann？鄄Wellenhof， H. Lichtenegger， and E. Wasle， GNSS？鄄Global Navigation Satellite Systems： GPS， GLONASS， Galileo， & More. Wien; New York： Springer， 2007.

[8]F. Wu and Y. Zhao. Global Navigation Satellite System— Principle and Application. Beijing： Beihang University Press， 2017.

[9]E. D. Kaplan and C. J. Hegarty. Understanding GPS/GNSS： Principles and Applications. Third Edition Boston： Artech House， 2017.