关于《GPS测量与数据处理》课程编程教学的探讨

摘要：GNSS是目前测绘学科中大地测量学的一个重要研究方向，是测绘专业以及相关专业的本科生和研究生的核心课程。随着GNSS技术和计算机技术的迅猛发展，对测绘类人才的数据处理理论能力、编程能力和开发能力要求越来越高，因而需要对测绘专业以及相关专业的GPS测量与数据处理的教学方法进行研究，为我国自主导航定位系统―北斗卫星导航系统的全面推广和应用培养高水平的理论和软件开发技术人才。

关键词：GPS测量与数据处理;测绘专业;编程教学

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）40-0178-02

一、引言

GNSS主要包括美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、中国的BDS系统、欧洲的GALILEO系统，以及美国的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系统等增强系统，还涵盖在建和以后将要建设的其他卫星导航系统。GNSS技术的迅速发展，给我国高校的测绘学科的教学带来了巨大的变革，如何教育学生在计算机技术中实现GNSS数据处理，如何让GNSS技术在本地区的经济发展中扮演重要角色，这些问题不仅仅是测绘领域的从业人员，也是我们作为授业老师应该让测绘专业本科生和研究生应该具备的能力。安徽理工大学测绘学院，从上个世纪90年代就开展了GNSS技术、VB语言、C语言、C++语言等程序开发环境的教学和科研工作，并且在本科生和研究生的培养方案中都涉及了相关课程。目前，我校测绘学院的测绘工程、大地测量学与测量工程两个专业均开设了GPS定位原理与应用和GPS测量与数据处理课程。经过多年的教学与科研实践，总结出了一套课上学习理论课后编程实现的教学新模式，学生在完成GPS教学大纲和C++语言教学大纲的学习任务后，教师依据学生的学习兴趣，让其自主成立GNSS编程小组，将理论付诸实践，既增加了学生的理论水平，也增强了学生的软件开发能力，并培养了学生的科研兴趣。

二、编程教学的基本指导思路

经过本科多年的教学经验，结合GPS测量与数据处理的科研和生产实践，得出了编程教学的基本指导思想。

（一）设置合理全面的课程结构

“拓宽专业知识面，发展与交叉学科相结合方式”是现代高等教育对广大本科专业的基本要求。这就要求授课老师在课程教学中，既要讲授本课堂的教学任务内容，又要向学生渗透测绘领域最基本、最前沿的理论和业务知识。为此授课教师要采取多渠道方式学习和跟踪学科前沿知识，努力扩展自己的专业知识面和交叉学科知识，以便可以及时调整课堂教学重点。针对GPS测量与数据处理这门特殊课程的教学，再伴随着现代网络技术的迅猛发展与普及，其数据处理方法（即编程语言）的改进也迫在眉睫。由以前的VB编程、C语言编程、C++编程等向网络编程转变，这就要对GPS测量与数据处理这门课程教学设置合理的课程结构。为此，我们在课堂教学中就要渗透进网络编程的基础知识，成立GNSS编程兴趣小组，从而活跃课堂教学。

（二）提高课堂教学质量

在教学内容上，优化课程内容体系，难点、重点要花长时间让学生理解。在教学过程中，老师要注重培养学生的创新意识和实践能力，可以把课堂上的内容带进机房讲授，边教边实践，达到所学即所见。

（三）注重课后讨论

“众人拾柴火焰高”，通过课后讨论，让GNSS编程小组可以深刻地理解课堂的理论知识，再通过编程实现，更加深了自己的认知，从而提高了软件开发能力。

（四）定期进行成果汇报

在这部分中，学生和老师身份互换，学生要将其编程成果通过多媒体汇报给大家并展示其相关算法的推导过程。在学生汇报后，老师要根据学生的讲解思路和成果展示，提出存在的问题和看法，指出下一步的发展思路，学生通过老师的意见可以很好地对自己在编程过程中出现的问题进行改正，从而使学生在编程过程中思路更加有的放矢。

三、课程核心内容的确定

根据安徽理工大学对《本科生培养方案》中专业核心课程的安排，并结合教学组的讨论结果，确定本课程的核心内容。

1.导航定位系统简介。了解卫星导航定位系统，尤其要注意美国的GPS和中国的BDS，了解惯性导航系统原理和GNSS/INS组合导航系统。

2.卫星在轨位置的计算。了解GPS定位的时间系统、GPS定位的坐标系统和星历文件格式，掌握GPS卫星瞬时坐标的计算，通过对比，学习BDS卫星瞬时坐标的计算。

3.载波相位观测值周跳探测与修复。了解周跳的产生原因，重点掌握周跳探测与修复的方法，特别要重点掌握电离层残差法与宽巷相位减窄巷伪距法。

4.GPS测量误差来源及其改正。其主要误差由与卫星有关误差、与传播路径有关误差、与接收机有关误差和其他误差四部分组成，学生要掌握各项误差的改正模型。

5.基线向量解算。掌握非差伪距单点定位模型和双差定位模型、GPS定位的载波相位观测方程、载波双差模型，并且要重点掌握载波站际星际双差模型构造及平差方法、模糊度固定方法，重点是直接取整搜索和最小二乘模糊度降相关平差法（LAMBDA算法）。

6.GPS网平差以及成果转换。掌握GPS网空间无约束平差及其质量评价，了解GPS网坐标系统转换和高程系统转换。

7.GPS监测网数据处理方法。掌握Kalman滤波方法，了解似单差方法和小波分析理论。

8.VRS技术与PPP技术简介。掌握GPS差分定位技术，了解VRS基本原理，掌握精密单点定位技术、定位精度及其应用。

9.GPS/INS组合导航基本原理与应用。掌握GPS/INS组合导航及其应用。

四、编程任务及目的