“衛星導航定位原理與應用”課程實踐教學模式改革研究

許寶成，張 冰，馬開鋒，李 奧

（華北水利水電大學測繪與地理信息學院，河南 鄭州 450011）

1 前言

現階段中，“衛星導航定位原理與應用”是專門面向測繪工程、遙感、地理信息科學專業學生的課程，其知識覆蓋面較廣且內容又十分復雜，所以在學習時必須保證學生能夠有較強的專業背景知識和實踐能力，否則在學習時就無法使學生進入思考狀態，而且也會導致學生在學習時很難理解教學的內容。對此，針對這個現象則需要對現有教學模式進行更改，才能結合學生的實際專業背景特點進行有效授課，保證在教學的過程中真正滿足學生學習的要求，而且也能夠使教學內容更加通俗易懂并能夠通過調動學生的積極性來真正讓學生掌握該學科的知識內容，這樣才能為中國衛星導航定位技術的發展起到推進性的作用。

2 課程開展的意義與特點

“衛星導航定位原理與應用”課程的學習目的是加強學生對衛星導航定位系統整體的認知情況，并且也為學生學習后續知識做好基礎準備。課程內容主要涉及衛星導航定位技術的相關空間知識，所以這一學科主要以基本原型概念模型為主，充分介紹衛星定位系統的研究發展方向和趨勢，并通過結合相關學科內容來保證學生能夠對該課程的相關知識有一個全面的了解。

課程內容具有較強的實踐性和現實性，其自身又包含了空間星座結構認知等抽象概念，同時又要求學生掌握大量數據處理計算公式，并要求學生有較強的動手能力，否則就會導致學生在學習時無法將理論知識進行有效應用。并且，教學需要富有啟發性，所以要求授課教師將理論知識與實踐教學進行共同融合，才能保證學生在學習時既能夠掌握較多的理論基礎知識，又能夠實現在實際動手中分析問題、解決問題的目標，進而在不斷探索中，實現衛星導航定位技術的創新性發展。

3 課程開展的內容

3.1 坐標系統與時間系統

“衛星導航定位原理與應用”課程主要講述的是天文學的基本理論知識和大地測量學科的基本理論知識，而這一部分知識內容的講解主要是幫助學生學習相關測量專業知識，對理解不足的內容進行補充。對于大部分測繪工程專業的學生而言，在進行時間坐標系的學習時，往往只能夠學習特定的地理位置時間和系統，而對于相關概念只是進行了簡單的描述學習；在空間坐標系方面，也只是實現了對恒星和太陽時的分類，并實現對其轉換關系的認知，但這遠遠不夠。因此，通過時間與坐標系統的系統學習能夠幫助學生在時間、空間坐標系當中，建立較為全面的認知體系和結構，并且在實際講解的過程中，也可以通過對坐標系的轉換以及所需要的參數進行講解，從而幫助學生對其知識有一個深層次的認知，進而為后續學習做好準備。

3.2 衛星導航定位系統

授課時主要是通過講述綜述性內容來擴大學生的知識面，并達到激發學生探索該領域知識內容的欲望，通過調動學生的積極性并激發學生的學習興趣，就能保證學生在學習該科目時，有一個良好的學習心態。同時，在實踐教學過程中，該課程的重點方向是針對衛星導航定位系統在定位與導航這兩個應用領域當中的實際應用方向。導航所針對的用戶一般為低精度用戶，且在不同的載體平臺上應用，如車輛導航、手機導航、無人機領域等。以車輛導航為例，它可以將實時定位和電子地圖結合使用，這樣就能滿足人們的應用需求。而定位工作所針對的用戶一般為高精度用戶，需對系統定位知識進行詳細介紹，這樣就能讓學生對當前衛星導航系統的學習有一個深刻的認知和了解。

3.3 周跳與整周模糊計算

在衛星定位導航過程中，其主要的誤差是由于路徑傳播延時而使接收器、衛星信號傳遞器出現錯軌現象。從當前信號傳播的整體方式來看，在電離層和對流層進行信息傳遞時，由于誤差影響以及模型修正公式的不同，也會導致這種偏差問題的產生。因此，消除電離層誤差的內容能夠幫助學生更加了解本課程的學習內容。同時，采用這種教學方式在教學的過程中能夠幫助學生對課程內容進行有效的理解和掌握。對于高精度衛星導航定位數據的處理而言，其核心問題就是當前人們所廣泛討論的周跳探測與周跳模糊修復問題，所以對其進行詳細講解，并結合學生不同背景來實現對原理的講述，更能夠弱化復雜的理論部分，讓學生進行實踐驗證，這樣既能取得良好的教學效果，也能幫助學生更有效地了解相關知識內容。

3.4 觀測值與差分模型

在學習觀測值組合和測量模型時，一般要以衛星導航系統所發射的偽距信號和載波信號為主進行講解，它能夠實現對衛星導航定位基本工作原理的全面解析，并讓學生采用基于誤差模型改正的方法來有效學習算法。而且，通過簡單化的計算模型對偽距進行計算并應用，同時對載波相位的測量模型進行結合應用，能幫助學生更快理解計算改正模型的建立，并且也能在工程實踐的過程中，讓學生學習相關模型的特征。此外，結合無線電信號的傳播特征進行實踐教學，也能夠幫助學生了解整周模糊和周跳的概念，更能讓學生了解到衛星導航定位的實際優勢，以及在未來發展中需要克服的難點。在衛星站測量的過程中，對其差分組合測量模式的內容進行解析，并對不同的組合模式優缺點進行了詳細列舉，而且也給出了不同頻率以及不同測量模型之間的組合方式，在學生學習的過程中，就能幫助學生清晰地了解到什么是定位。并以恰當的形式為學生引出后續問題，這樣也能為學生今后的學習做好鋪墊工作。

4 授課模式改進方式

4.1 依據學生特點進行課題討論

除了日常的正常授課行為外，教師要在課堂上結合應用學生的興趣點和關注點，并針對不同知識點的內容讓學生進行廣泛討論，這樣才能保證學生在學習相關知識時，可以有效調動起自身的內在驅動力。而且，對于“衛星導航定位原理與應用”課程的實踐教學而言，要注重課程的實踐性和未來發展的廣闊性，因此，在討論過程中也可以就未來發展趨勢和現實需要進行結合討論，同時也可以引入一定的案例，這樣既能夠加強學生對相關知識的理解，也能進一步鞏固課堂上所學習的知識點，還能在問題延伸中不斷發散學生的思維，并真正幫助學生將抽象的概念進行細化處理，這樣才能保證學生在學習課程時，可以牢牢掌握住相關知識，并將其應用在自身的專業領域當中。

4.2 結合學生專業背景開展主題報告

對于“衛星導航定位原理與應用”課程實踐教學而言，由于涉及知識內容較廣，而且知識又具有復雜性，為了保證其能夠激發學生的學習興趣，也可以邀請該領域的專家來開展專題報告會，這樣既能夠讓專家來講解該領域當前最新的研究方向，也能保證學生在參與時了解到日常學習當中所不了解的內容，報告結束后通過問答環節，由專家為學生解決現在學習當中的一些難題，更能夠對未來的發展形勢有一個全面的了解，讓學生在聽講的過程中，可以對自身學習的專業有一個深層次的理解和認可，繼而促進學生的全面發展。

4.3 加強實踐內容的添加

為了有效加強學生對課堂理論教學內容的理解，并真正讓學生掌握理論知識，則需要加強實踐教學環節的設置，同時也要保證學生能在課程實驗實習過程中，可以熟練使用當前最先進的定位技術與儀器設備，保證學生在進行實驗的過程中，可以實現對實驗數據的有效處理，并幫助學生在了解計算處理模型的同時，鍛煉其分析解決實際問題的能力，從而才能使學生在課程學習中，真正實現實踐能力的提升。

4.4 提高青年教師的教學水平

在當前階段中，教學組必須要由老教師發揮自身的傳授帶頭作用，而且要保證在青年教師上崗前要完成多次試講工作，再由老教師進行現場指導，并給出有效的建議和意見，這樣才能使年輕教師更快地獲得本學科的教學經驗，并提高自身的教學能力。同時，在教學組的長期教育工作開展中，也必須要加強對年輕教師備課檢查力度工作的落實，還要保證教師能夠有完整的教學體系，并確保教師能夠在實踐內容和實踐方式上進行緊密聯合。

5 總結

“衛星導航定位原理與應用”課程實踐教學工作的開展能夠為中國衛星導航技術人才的培養提供有效保證，因此，在實踐教學模式的選擇上，更應該結合學生的實際需要進行有效應用，這樣才能為學生的未來發展做好準備。