导航系统理论与应用十篇

导航系统理论与应用篇1

关键词 卫星导航原理 课程建设 导航工程专业

中图分类号：g424 文献标识码：a

the preparation for the construction of the course theory of satellite navigation for the specialty of navigation engineering

xu xiaohua， huang jinsong， zhou xiaohui， zhang xiaohong

（school of geodesy and geomatics， wuhan university， wuhan， hubei 430079）

abstract this paper is focused on the constructions for the new specialty "navigation engineering". the task of the course "theory of satellite navigation" is presented and the relationship between this course and "theory and application of gps" of the specialty of geomatics is analyzed. the preparation status for the textbook of this course is shown.

key words theory of satellite navigation； course construction； the specialty of navigation engineering

0 引言

导航工程专业作为一门新增设的本科专业，其各门主干课程的教学实施需要进行大量的探索和总结。笔者在对该专业的设立背景进行介绍的基础上，针对其中一门专业基础课程卫星导航原理的建设，围绕该课程的建设目标、与已有相关成熟课程的联系和区别、教材的主要内容等方面进行思考和讨论，以期为该课程的教学实施做好充分准备。

1 导航工程专业

导航工程专业是武汉大学于2011年向国家教育部成功申请增设的新专业。该专业旨在培养从事导航定位技术研发及应用的复合型高层次人才。作为一门多学科交叉的边缘性学科，导航工程专业与测绘工程专业有着紧密联系。武汉大学测绘学院是建设导航工程本科专业的主要依托单位之一。我院在全国测绘学科的综合实力上处于领先地位，在测绘工程专业的多年建设中已积累了大量经验和丰富资源，并在上世纪九十年代就以开设导航班的形式对导航人才的培养方式进行了探索。但测绘工程专业强调的是如何利用各种测量设备进行地理空间数据的采集和处理。卫星导航定位技术作为一种测量手段是测绘工程专业关心的对象，但主要局限于卫星定位在测量上的应用，在导航方面的内容则非常有限。

依托已成熟的测绘工程专业来开展新兴的导航工程专业的建设，如何继承与创新是需要解决的问题。导航工程专业主干课程大部分与原测绘工程已开设的课程之间有着密切关系，在课程建设上要把握好新开课程与已有相关课程各自的定位，在已有课程的基础上切实把新开课程建设好。

2 卫星导航原理课程的建设

2.1 课程目标

卫星导航原理是针对导航工程专业所开设的一门专业基础课程，目的是通过该课程的学习，使学生全面掌握卫星导航的基本原理、技术和方法。学生在进行本课程学习之前，已修完了导航概论、导航学、最优估计等专业基础课程，对导航的基本概念、基础理论、导航技术、导航涉及的主要数学方法已经有了明确的整体认识。卫星导航、惯性导航、组合导航等不同导航技术的具体内容则在后续课程中逐一展开。与卫星导航技术有关的系列课程包括本课程、卫星导航数据处理方法、嵌入式系统与程序设计。在该系列课程中学生最先接触的是本课程，完成对基本原理方法的学习。其后进一步通过卫星导航数据处理方法这一门课掌握与工程实践密切相关的数据处理技术；通过嵌入式系统与程序设计这一门课培养与卫星导航有关的软件开发能力。

2.2 本课程与gps原理及其应用的联系与区别

gps原理及其应用是测绘工程专业的主干课程。作为测绘工程专业卫星导航定位系列课程的第一门，该课程着重介绍以gps为代表的卫星导航定位系统在测量定位应用中的基本理论与方法。完成该课程的学习之后，测绘工程专业的学生可根据具体方向选修gps数据处理、gps程序设计等后续课程。卫星导航定位系列课程经过多年建设，已取得丰硕的成果。该教学团队荣膺部级教学团队，gps原理及其应用也被评为国家精品课程。目前导航工程专业卫星导航系列课程的建设正是由该团队来

担。凭借在卫星导航定位技术方面多年的经验积累，团队有足够实力做好这一工作。而原有已成熟的优质课程也为相关新课程的开设打下了坚实基础。其中gps原理及其应用就是卫星导航原理这门课程的先行者。

gps原理及其应用这门课程的主要内容包括卫星导航系统组成、gps信号结构、gps测量的误差来源、gps定位模型、gps应用。这些内容在卫星导航原理中都将涉及，因此就课程建设而言，原有教材内容、课件以及教学方法等资源在新课程建设中均可继承使用。但是继承并不等于完全照搬，虽然两门课程之间关系密切，但由于导航工程专业与测绘工程专业的培养目标不同，两个专业培养方案中课程体系的总体设计不同，卫星导航原理和gps原理及其应用两门课程涵盖的具体内容和讲授重点均各有不同。总的来说，gps原理及其应用侧重于卫星导航定位系统与定位有关的基本原理和应用，而卫星导航原理侧重于与导航有关的基本原理。后者将涉及导航数据协议、导航完备性相关理论和方法，而这些内容在gps原理及其应用中鲜有提及。另外，gps原理及其应用主要针对美国的gps系统介绍卫星导航定位技术。而近年来我国自主建设的北斗卫星导航定位系统已逐渐成熟并在国防和国民经济建设中发挥重要作用。北斗和gps系统在星座设计、信号结构等方面有较显著的区别。虽然原有课程也包含了对除gps之外的其他卫星导航定位系统的介绍，但内容相对简略。随着北斗系统建设的进一步推进，其在未来导航市场上将占据与gps、galilieo等系统分庭抗礼的地位。导航工程专业学生未来的就业机会将与如何有效利用北斗导航定位系统，基于该系统开发相关应用服务平台等有关。在校学习期间有必要对北斗系统有深入的认识，因此卫星导航原理这门课程应该增加全面介绍北斗系统的内容。

2.3 本课程的教材建设

编写内容全面、体系合理的教材在课程建设中占有举足轻重的地位。目前部级规划教材《gps测量与数据处理》很好地满足了测绘工程专业gps原理及其应用以及gps数据处理两门课程的授课需求。考虑到卫星导航原理和gps原理及其应用两门课程虽然在内容覆盖上有一定重复度，但讲授对象、课程内容各有不同，在原《gps测量与数据处理》编著者的组织下，卫星导航原理教材的编写工作被提上议程。

卫星导航原理教材内容包括卫星导航的发展及应用前景、现代卫星导航系统的基本组成、基本信号结构及工作原理、卫星导航信号的生成、捕获和跟踪方法、主要误差源，常见误差处理方法、卫星导航定位的数学模型和数据处理方法、卫星导航系统增强的基本方法，高精度gnss定位与定姿、卫星导航定位中常用的协议及数据格式、卫星导航系统的完备性等。目前教材编写工作正在紧张进行中，完成之后有望为国内导航工程专业的人才培养提供重要的借鉴与参考。

3 结束语

综上所述，卫星导航原理课程的建设将以测绘工程专业的精品课程gps原理及其应用为基础，结合导航工程专业人才培养目标以及课程体系进行。其教材内容将覆盖卫星导航基本理论方法，并反映国内外卫星导航技术最新发展状况。

项目资助：武汉大学测绘学院2012年本科专业综合改革教学研究项目（编号：201212）；湖北省教学研究项目“测绘工程专业课程体系综合改革”

导航系统理论与应用篇2

【关键词】信息融合；组合导航；航程推算；全球定位系统GPS；无线电导航定位系统

1引言

随着自动化、智能化技术的发展，在工业、军事、科研等领域中所使用的传感器的种类和数量越来越多。每种传感器都有各自的特点，由于受外界干扰噪声的影响，没有任何一种传感器可以保证在任何时候都能提供全面和准确无误的信息。多种传感器提供尽可能多的观测数据和信息，及时发现目标并进行优化融合处理，以获取状态估计、目标属性、态势评估、威胁分析、精确制导、各种对抗、辅助决策等作战所需的信息。信息融合技术就是将多传感器信息源的数据和信息加以联合、相关及组合，获得更为精确的位置估计及身份估计，从而实现对战场态势和威胁以及其重要程度实时、完整评价的处理过程。

组合导航，它是以计算机为中心，将各个导航传感器发送来的信息加以综合和最优化数学处理，然后进行综合显示，而信号融合在其中起着举足轻重的作用。组合导航技术从其诞生之日起就与数字化和信息化技术结下不解之缘。导航系统的发展就是系统的数字化程度不断提高的过程，导航技术数字化发展到一定程度便形成了现代化数字组合导航系统，这类导航系统就是利用各种数字化导航传感器获得导航、定位信息，并采用单一导航传感器或将两个及两个以上的导航传感器的信息进行融合得到性能更好的最佳信息，以便对载体进行导航和定位的系统。

随着技术的不断进步，组合导航技术也得到了迅速发展。针对组合导航系统量测信息量多，数据处理困难等问题，研究多传感器信息融合的基本原理和方法，将信息融合理论，与组合导航系统的结构设计结合起来，建立一种系统化的思维，是目前及下一阶段亟待解决的问题。

2组合导航系统概述

组合导航，是利用GPS、无线电导航、天文导航、卫星导航等系统中的一个或几个与惯导组合在一起，形成的综合导航系统。

2.1 GPS系统

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，它是一种高精度的全球三维实时导航的卫星导航系统，它具有全球全天候连续的导航定位功能，定位精度高、可靠性强，是一种先进的导航设备。但是GPS全球定位系统也存在着一些不足之处，主要是：GPS接收机的工作受飞行器机动的影响，当飞行器的机动超过GPS接收机的动态范围时，接收机会失锁，从而不能工作，或者动态误差大，超过允许值，不能使用。当用在无人驾驶的飞行器上时，由于GPS接收机数据更新率低，因而难以满足实时控制的要求。另外当导航工作卫星故障以及在山区等有遮挡地区，机载卫星导航系统能观察到的导航卫星减少也会使导航精度降低，因此目前只能将其作为辅助导航设备使用。此外，由于GPS的星历广播数据率相对比较低（50b/s），GPS的导航解算的输出速率，也相对是比较低的。因此单用GPS系统，还不能满足高速移动平台的定位需要。

2.2 航程推算系统

航程推算系统（DR）常被应用于导航领域，是一种基本的导航方法，其原始含义是在不可能观测太阳或星辰时，仅凭船只或飞机早先的位置以及以后的航向和速度所做的推算。随着技术的发展，航程推算所使用的设备发生了变化，但其基本思想仍是利用载体上的传感器采集数据，对载体的位置进行推算。它是一种自主导航系统，依靠空速传感器、磁航向传感器和垂直陀螺来实现，计算量不大，计算机容易实现，短时间范围内精度较高。但同时它也存在一些原理上的误差，由于环境因素等干扰严重，会造成推算精度较低，随时间的推移而造成误差的积累会发散等等问题。

航程推算导航是一种较早应用且简单的方法。它常被应用在潜艇、飞机等载体上，通过自动驾驶仪将载体保持在水平状态，靠罗经（如磁罗经，电罗经）来给出航向，依靠螺旋桨的旋转速度来估算航速，或使用电磁船速仪测量对水速度，以此估算船位。DR的主要误差源包括未知水流、螺旋桨打滑、不精确的罗经航向以及航行器的姿态误差等，导航误差积累很快，一定时间（比如3分钟）就达到相当水平，一般大于航程的3%。基于这样的特点，DR系统常与其他系统一起形成组合导航。

2.3无线电导航定位系统

无线电导航定位系统是利用无线电技术对飞机、船舶或其他运动载体进行导航和定位的系统，无线电导航技术的基本要素是测角和测距，因此可以组成测角测角、测距测距、测角测距、测距差等多种形式的系统。赋予无线电波以导航信息的方法很多，但都是利用无线电波传播的直线性及其恒定的传播速度两种特性。无线电导航的基准点可以设在地面、空间或卫星上。对远距离飞行的导航精度较低。其定位信息是以极坐标的形式提供（即斜距、俯仰角和方位角），由于角度误差的影响，其定位精度会随斜距的增加而减小。

无线电系统测量基于极坐标定位原理，定位精度受方位角的影响较大。由于雷达测量方位角时，受到机构传输间隙的作用，使得系统测量方位角常常含有一些固定频率的干扰信号，因此采用数字滤波的方法可以对其进行滤波，除此之外，还采用新的数据处理方法，特别是卡尔曼滤波等方法。卡尔曼滤波通过运动方程和测量方程，不仅考虑当前所测得的参量值，而且还充分利用过去测得的参量值，以后者为基础推测当前应有的参量值，而以前者为校正量进行修正，从而获得当前参量值的最佳估算。当有多种分系统参与组合时，就可利用状态矢量概念。通常，取误差本身作为状态矢量，不是对速度、方位本身等作出最佳估计，而是对速度误差、方位误差等作出最佳估计。把这一估算从实际测得的速度、方位中减去，就得到此时此刻的速度、方位等参量。

3信息融合技术

3.1信息融合技术概述

多传感器数据融合（Multisensor Data Fusion简称MSDF）在近20年里迅速发展起来，并在现代C2I（Command，Control，Communication and Intelligence）系统中和各种武器平台上以及许多民事领域得到了广泛的应用。伴随着组合导航系统的出现与发展，导航信息处理方法已经由单一系统信息处理转变为信息融合。信息融合原理的实质就是模仿人脑综合处理复杂问题的过程。信息融合又可称作多传感器融合，利用计算机技术对按时序获得的若干传感器的观测信息在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需的决策和估计任务而进行的信息处理过程。

信息融合要充分利用信息资源，经由对通过传感器得来的及其他已经掌握的信息合理使用和支配，对空间或时间上冗余或互补的信息，依据某种准则进行组合，以获得被测对象的一致性解释或描述。信息融合技术的基本目标是利用多传感器系统的优势，推导出更多的信息，提高多传感器系统的功效。多传感器信息融合的关键是所处理的多传感器信息具有更复杂的结构层次，并且能在不同的信息层次上出现，如数据层、特征层、决策层等。

3.2信息融合方法

目前，国内外的信息融合方法主要有以下几种：加权平均信息融合方法、贝叶斯估计信息融合方法、D―S证据理论、模糊逻辑法、神经网络方法、Kalman滤波信息融合方法以及专家系统方法等。

比较以上几种方法，每种方法均有其各自特点：贝叶斯估计需要每一个命题都要有一个先验概率；DempsterShafer证据理论只支持当前信息有效的命题，这样可以避免概率的不稳定性，但DS理论积累单独的信息源，造成事件合并后，事件权重和信任度之间的不合理关系；神经网络需要较大的样本进行训练，使其在一些未知环境中的应用受到限制；卡尔曼滤波如今已逐渐成为多传感器信息融合系统的主要技术手段。基于联合卡尔曼滤波的信息融合算法用于实时地估计系统的误差状态，然后依据最小均方误差估计的控制规律，对组合导航系统中的惯性导航系统进行反馈修正，从而提高整个系统的导航精度。

4信息融合技术在组合导航中的应用

4.1信息融合系统的关键技术

对于组合导航系统而言，多元传感器如惯性导航系统的陀螺仪和加速度计、GPS接收机等是信息融合导航系统的硬件基础，它们获得的原始量测数据是融合的对象，将其按照一定的结构方式进行融合处理，则具有最优估计的融合算法就是整个系统的核心。这样就形成了基于信息融合的组合导航系统。

信息融合系统的关键技术有两部分：1）信息的转换；2）信息的融合。信息融合结构如图2所示：

就组合导航系统而言，各子系统所量测的信息在种类和形式上都有所不同，可能有距离、速度，也可能有角度、加速度等。融合系统首先对这些数据进行预处理以完成数据配准，即通过坐标变换和单位换算，把各传感器输入的数据变换成统一的表达形式，然后将各量测系统所获得的分析结果按一定的算法进行融合，得到最终的目标状态估计。

5结语

信息融合理论与技术在当代军事和工业中的应用越来越普遍，并日益显示出其优越性和重要性。探讨信息融合理论的发展，研究融合技术在组合导航中的应用，设计出快速、有效且稳定性高、容错性好的信息融合算法，有效地提高导航系统的综合能力已成为未来发展的一个方向。

参考文献：

[1]穆荣军，崔乃刚.多传感器优化融合模型的理论与仿真研究[J].仪器仪表学报，2006，27（S1）

[2]游文虎，姜复兴.INS/GPS组合导航系统的数据同步技术研究[J].中国惯性技术学报，2003，11（4）

导航系统理论与应用篇3

关键词：港航系统 门户网站 信息构建

一、引言

随着政府上网工程的开展，各级政府部门纷纷建立起自己的门户网站，这对于政府信息公开、高效优质规范透明地执行政府公众服务职能，树立政府形象有着举足轻重的作用。浙江省政府明确指出要以政府门户网站为抓手，全面推进电子政务建设，建设电子政府。因此，门户网站建设是当前我省信息化建设的重要内容。

浙江省是全国的水运大省，对于我省港航系统，面对建设“水运强省”工程这样一个新的机遇和挑战，信息化建设是实现“港口现代化、航道网络化、船舶标准化、管理科学化、人员高素质化”的必由之路。通过门户网站建设促进管理创新，改变管理手段、提高管理效率、规范管理程序、增强服务能力、保障廉政建设。

为了真正达到门户网站服务于公众，利用信息构建理论对现有网站进行评价，对于改善网站内容的组织、构建、呈现有极其重要的意义，它将有助于构建一个具有高度导航能力和可用性的门户网站，实现政府部门与社会公众的信息互动目的，“以用户为中心”应该成为政府门户网站的重要指导思想。从而为用户提供高水平、高质量的信息和服务。

二、信息构建基本内容

信息构建：Information Architecture，简称IA，信息构建是由美国建筑师沃尔曼(Richard Saul Wurman)先生在二十世纪七十年代中期提出的，信息构建(IA)是“组织信息和设计信息环境、信息空间或信息体系结构，以满足需求者的信息需求的一门艺术和科学”。IA包括“调查、分析、设计和执行过程，它涉及到信息分类、标识、导航和搜索系统的设计，目的是帮助人们成功地发现和管理信息”，IA是多学科综合的研究领域。

目前，IA应用最多，发展最成熟的领域是互联网领域。 IA应用于网络方面，是指借助图形设计、可用性工程、用户经验、人机交互、图书馆学信息科学等的理论方法，在用户需求分析的基础上，对网站内容组织规划与设计的理论，强调技术、用户与内容的融合，使得网站的信息可理解、易获取和易使用从而实现满足用户信息需求的目的。

信息构建在提高港航系统门户网站的信息利用率、优化网站的信息空间，提高港航系统和公众的交互性、加强公众对港航门户网站的依赖性和信任度等方面起着非常重要的作用。

三、浙江港航管理系统门户网站概况

IA应用于网络，其基本内容主要是围绕网站四大系统的建设，即导航系统、搜索系统、组织系统和标识系统。组织系统是用来确定信息的组织方案和组织结构。组织方案就是找出信息内容的共性，并依据不同的共性进行逻辑分组；组织结构用来确定各组之间的关系类型。导航系统为用户提供路径线索和标志，让用户在信息与信息之间自由移动而不至于迷路。标识系统负责信息内容的表达和描述，为内容确定名称、标签。检索系统是通过某种检索机制，根据用户的提问，按照一定的检索算法对网站内资源进行检索，并将处理好的结果提交给用户。下面从这四个方面对浙江港航系统现有网站内进行分析，笔者挑选了港航管理系统比较有代表性的五个网站作为研究对象，分别是杭州港航局、嘉兴港航局、湖州港航局、温州港航局和舟山港航局，基本上代表港航管理系统门户网站信息构建的最高水平。表1对导航系统、组织系统、标识系统和检索系统进行了分析。

表1 浙江省港航管理系统门户网站概况

网站

分类系统

导航系统

搜索系统

标识系统

杭州港航局

按走进港航、港航新闻、组织机构、政策法规、网上办事、政工在线、最新文件、政务公开、港航论坛九个部分组织信息，二级目录提供下拉菜单，基本层级为三级，将重要的二、三级目录在主页提供快速链接

导航系统比较合理，提供全局导航、局部导航、语境导航、网站地图

虽说提供全文检索，只能检索港航新闻、最新文件、政策法规等栏目，没有做到真正的全文检索

主目录标识为走进港航、港航新闻、组织机构、政策法规、网上办事、政工在线、最新文件、政务公开、港航论坛

湖州港航局

按走进港航、政务公开、文明创建、信息、服务之窗、港航社区、公众服务、专题报道八个部分组织信息，基本层级为三级，最高为四级。

提供全局导航、局部导航、语境导航、网站地图

提供全文检索，检索速度比较快，但只能简单检索

主目录标识为走进港航、政务公开、文明创建、信息、服务之窗、港航社区、公众服务

嘉兴港航局

按港航概况、招商招标、政策法规、 政务公开、服务信息、 投诉咨询、荣誉栏、 政务大厅、港航简讯组织信息，二级目录提供下拉菜单，基本层级为三级，重要的二级栏目在首页提供快速链接

提供全局导航、局部导航，语境导航不够清晰，无网站地图

未提供检索功能

主目录标识为港航概况、招商招标、政策法规、 政务公开、服务信息、 投诉咨询、荣誉栏、 政务大厅、港航简讯

温州港航局

按温州港航、新闻中心、政策法规、重要专题、港航风采、行业信息、政务公开、下载中心、为你服务、港航论坛十个部分组织信息

提供全局导航、局部导航、网站地图，语境导航不够清晰

提供全文检索，但只能简单检索

主目录标识为温州港航、新闻中心、政策法规、重要专题、港航风采、行业信息、政务公开、下载中心、为你服务、港航论坛

舟山港航局

按政策法规、办事指南、港航规划、规费标准、服务信息、信息公开、港口概况等组织网站信息，分类比较杂乱，层级在三层之内

提供全局导航、局部导航、语境导航、网站地图，但是全局导航和局部导航不够完备

虽然提供基于标题和内容的站内检索，只能检索政策法规、最新文件，新闻栏目

主目录标识为政策法规、办事指南、港航规划、规费标准、服务信息、信息公开、港口概况

四、存在的问题及对策

从表1可以看出，浙江港航管理系统的门户信息结构总的来说是比较合理的，但是也存在着一定的缺陷，如导航系统不完善、组织系统分类不合理、标识系统不明确、检索系统功能单一等问题，利用信息构建理论的手段解决以上问题:

1．完善导航系统和组织系统

导航系统和组织系统设计两者有着密切的相关关系，是整个网站框架的基础，因此我们将两者结合在一起进行改进。

我们主要通过对网站的全局导航、局部导航、补充导航和语境导航的改善来进行网站导航系统的完善，体现在以下六个方面的改进:

（1）组织系统的确定

网站内容是作好一切工作的基础，只有先确定了整个网站的内容范围，才能对内容进行分类，设计全局导航和组织系统。

因此，首先要根据网站的目的对网站内容进行选择，内容选择的主要工作是确认已有港航系统的内容是否合理，去掉不合理的内容，将缺少的内容添加进来。

组织系统主要是给信息分类和确定组织结构，对信息内容进行组织时，要保证信息的内容具有逻辑性、独立性和先后顺序。如果内容组织结构清晰，符合逻辑和人们的日常习惯，用户自然而然愿意访问了。

（2）全局导航和局部导航的全面性

在港航系统现有的网站中，全局导航不能包含整个网站的内容，因此首先要对全局导航的内容进行重新设计，让全局导航能够覆盖整个网站的内容；在有的页面中缺少全局导航，在进行改善的过程中，应该保证全局导航和局部导航的全面性。

（3）全局导航和局部导航的一致性

在整个网站中，全局导航的内容和位置都要保持一致，同样，同一个栏目下的局部导航也要在该栏目范围内保持一致。

（4）导航层次的科学性

通常在网站中，页面的深度以不超过3个层次为宜，也就是从首页到目的页面，用户点击次数不超过3次为宜。

（5）实现补充导航系统

从以上对补充导航系统和搜索系统的分析来看，有些港航系统网站目前没有建立补充导航系统，这是在初次建设过程中的一个欠缺，笔者观察了国内几个交通网站，如交通部网站、浙江交通厅网站以及杭州交通局网站，这几个网站都建立网站地图等补充导航系统。在港航系统网站的开发规划中，应该把补充导航系统补充进入，为同行提供一个较好的参考。

（6）进一步丰富语境导航

语境导航是帮助用户在网站相关的内容中进行浏览的导航方式。港航系统网站的信息量较大，从以上语境导航系统的分析来看，港航系统网站的语境导航系统的丰富性不够，需要进一步的完善。

首先是翻页问题，这个问题比较严重，直接影响了用户在网站中查找信息的效率，进而影响了用户对网站的信心。

其次是相关内容链接的建立。相关内容链接的建立会引导用户去了解更多的信息，一方面可以更深入的了解港航系统的工作，提高用户对港航系统部门的满意度；另一方面，可以让用户了解到更多的办事信息。在相关内容链接方面，可以参见浙江交通厅的门户网站，让用户进一步了解相关的内容。例如图1：

图1

第三是要明确页面所处的位置，如网页上部出现的：“你现在所处的位置：首页政策法规水路运输” ，特别对于站点内容庞大，网页数量众多，分类明细需要超过三级页面，使用语境导航可以帮助浏览者明确自己的所处的位置。

2．实现搜索系统功能

有的港航系统网站的搜索系统主要的问题是功能未实现，虽然貌似设立了站内搜索系统，但是都形同虚设，完全不起作用。且搜索入口只在几个页面设立，用户往往都发现不了。站内搜索系统的实现，首先要对网站后台数据库进行合理的设计，包括数据结构、数据类型、数据内容都要调研和设计。要根据港航系统网站的特点，辩证的进行取舍。

检索系统应具备灵活性，提供多种检索入口，不同的检索方式，允许用户进行个性化检索定制，能对检索结果二次检索并从检索结果的分类、排序和整合方面来改善检索结果。

3．完善标识系统

标识系统系统时将信息单元和导航元素作为标识对象，应用术语、分类词语和通用词语等规范化的标识词语。标识应明晰、标准、规范，易于被用户理解。要注意标识的一致性，相同的内容应使用相同的标识。如有的页面用“首页”，有的页面用“返回首页”很容易让用户困惑的。

4．网站的细节改善

在进行港航系统网站水平的分析过程中，发现港航系统网站缺陷的很大一部分原因在于一些细节问题上，例如:内容空置问题、标识不一致问题、位置指示符不完整问题、死链接现象。这些问题虽然很小，但是不容忽视，毕竟会积少成多，聚沙成塔，小问题多了，也会成为大问题，影响到整个网站的形象。

政府网站的形象应该是严谨、细致，如果连网站上都有那么多细小的问题，如何才能为公众提供细致优质的服务呢?政府网站是政府宣传自身形象的窗口，从维护自身形象的角度出发，更需要注意对网站的细节进行管理。这些问题不难解决，但需要细心和耐心。

五、结语

港航门户网站的建设是一项内容复杂、技术要求高、实施周期长的系统工程。信息构建的理论可以完善网站信息系统的建设，化复杂为清晰，使信息容易被用户所理解，真正实现政务信息公开、网上服务、公众参与。科学合理的组织系统、规范标准的标识系统、完善的导航系统、多样全面的检索系统将构建一个高水平、高质量门户网站，更好地为公众、企业、工作人员服务。

参考文献

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导航系统理论与应用篇4

关键词：地理信息系统，校园导航，三维导航模块，SuperMapObjects

 

人类80%的信息与地理信息有关­，而地理信息系统（简称GIS）是由计算机硬件、软件、地理空间数据和管理人员共同组成的，利用电子计算机以及其外部设备，采集、存储、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地球有关的空间信息系统[1,2]­。GIS在各个信息服务领域­­­­­­­­­­­­­­­­的深入广泛应用将是不可阻挡的趋势，GIS校园导航系统是GIS在校园信息服务中的典型应用。校园导航系统中三维导航模块能为用户提供信息量丰富的、情景逼真的三维校园场景，使用户足不出户就可以浏览校园，这将是校园导航系统的发展难点与方向[3]。

1SuperMapObjects控件概述[4]

SuperMap Objects是一个开放的组件式地理信息系统（GIS）软件开发平台,是由中国科学院地理信息产业发展中心和北京超图地理信息技术有限公司自主研发的大型GIS开发平台，是全组件式地理信息系统软件，共有8个ActiveX控件。这些控件中封装了地理信息系统全方位的功能,以控件的接口方式提供，可以通过VB、VC++、Delphi、C++等开发语言进行二次开发。SuperMap Objects功能强大，对象和接口数量多，可以满足各种GIS应用需求。

2三维导航模块设计

本文所提三维导航模块为中国矿业大学校园导航系统的三维模块，其实现了中国矿业大学校园的三维导航功能。

2.1 模块开发环境与开发平台

该三维导航模块的开发是利用SuperMap公司的SuperMap Objects 6.0组件在Visual Studio 2008开发平台上应用Visual Basic.NET语言进行开发的。

2.2 数据需求与数据准备

本模块中涉及到的数据包括空间数据、属性数据和纹理贴图数据。

空间数据是将已有的校园电子地图在SuperMap Deskpro 6.0中进行数字化处理，并存储为图层数据。属性数据是对各地理对象的实体属性数据，主要包括教学楼、宿舍楼、办公楼以及其他公共设施等。特别提及的是，根据在SuperMap Deskpro 6.0中进行校园三维建模过程中的数据需求，属性数据还应包括各建筑物及设施的基本面高度（Base）数据和其相对基本面的高程（Top）数据。纹理贴图数据通过数码相机对建筑物和设施进行拍照，并在图像处理软件（如Photoshop）中进行必要的处理，使贴图效果更加逼真。科技论文。同时，将纹理图片的文件名作为属性数据存储到与之对应的建筑物或设施的属性数据集中，以便后续的三维纹理贴图。

2.3 三维导航模块的功能设计

根据以上对三维导航模块的需求分析，用户使用该三维导航模块主要是为了对校园环境有个更为直观和真实的了解，并期望得到一定的导航服务。据此，三维发导航模块除了提供基本的三维地图操作外，主要的功能就是较真实的构造和显示校园三维模型，以及提供相关导航服务。具体功能设计如图1所示。科技论文。

图1 三维导航模块的功能设计

3三维导航模块的实现[5]

3.1 三维模型的建立

三维模型的建立在SuperMap Deskpro 6.0中进行。科技论文。三维模型的建立是利用SuperMap Deskpro 6.0提供的“三维建模”功能，通过选择图层并设置图层的三维基本面（Base）数据字段和高程（Top）数据字段来实现的。将建立好的三维模型存储为三维场景。

3.2 三维模型的纹理贴图与显示

根据已准备的纹理数据和属性数据集中的贴图字段，通过将Super3D控件的Texture属性设为该字段来进行三维纹理贴图。

通过Super3D.Connect()方法将Super3D控件和工作空间控件SuperWorkspace进行连接，读取工作空间中已打开的三维场景，并通过调用Super3D.Refresh()方法来显示校园三维场景。

3.3 基本三维地图操作

三维地图基本操作通过设置Super3D.Action属性来完成。例如，放大和漫游的关键代码为：

axSuper3D1.Action = sca3DZoomIn '放大

axSuper3D1.Action = sca3DPan '漫游

其他操作与之相类似。

3.4 三维导航功能

本三维导航模块提供了二维与三维之间的互动导航功能，即二维校园平面图与三维校园场景同步导航显示。

用户可以在二维平面图上进行两点或多点间的最佳路径分析，通过二维和三维的实时互动显示进行路径导航。二维和三维的互动显示实现如下：1.获取路径分析得到的最佳路径并作为飞行路径赋值给Super3D.RouteFly()方法；2.在每个飞行帧处获取当前视点（Camera）的三维坐标并将其转换成平面坐标，通过SuperMap控件的TrackingLayer.AddEvent()方法绘制在二维平面图上。这样就实现了二维和三维的互动显示。图2为三维导航效果。

图2 三维路径导航

4结束语

将GIS技术应用与校园导航系统，是高校管理自动化、信息化、科学化的一种趋势[6],同时，三维化的校园导航系统将是今后一段时间内的发展动向和热点。本文所提三维导航模块只是三维化的校园导航系统的初步尝试，设计思想和功能实现还不完善。若能加入对建筑物内部的建模和显示，并利用网络地理信息系统平台（WebGIS）构建B/S结构，将实现校园导航系统更广范围的影响和应用。

参考文献：

［1］ 邬伦，刘瑜，等.地理信息系统：原理、方法和应用［M］.北京:科学出版社，2001.

［2］ 汤国安，赵牡丹.地理信息系统［M］.北京:科学出版社，2000.

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［4］ 北京超图.SuperMapObjects开发教程［R］.北京:北京超图地理信息技术有限公司，2006.

［5］ 北京超图.SuperMapObjects 6联机帮助［R］.北京:北京超图地理信息技术有限公司，2006.

［6］ 文广超，语永强，等.河南理工大学校园导航系统的设计与实现［J］.测绘信息工程,2008,2:38-40.

导航系统理论与应用篇5

关键词：导航；导航理论与方法；教学研究

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）51-0130-02

一、引言

导航是解决人、事件与目标相互位置间动态关系随时间变化的科学、技术和工程实现问题。导航与人类出行、物流交通以及目标救助捕获等息息相关，涉及人类行为认知、社会发展、经济建设、国防军事及防灾救灾等方方面面的需求。人类导航技术的发展是伴随人类文明发展不断进步的，现代导航已经不仅仅是科学和技术，它已经发展壮大为多个产业。现代导航技术主要包括天文导航、无线电导航、惯性导航以及卫星导航等。经过几十年的发展，导航技术已经应用到测绘、智能交通、航空航海、资源调查、精密农业及防震减灾等许多领域[1-2]。

特别是美国全球定位系统GPS的建立，实现了人类全球、全天候、高精度的导航定位服务[3]。不仅只有GPS系统，还有俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的Galileo系统以及中国的北斗卫星导航系统，统称为全球导航卫星系统（GNSS）。2011年，我国导航产业市场规模超过500亿元，并且每年增长率超过30%～40%。预计2020年，中国导航市场产值将远远超过4000亿。因此，导航产业其市场潜力巨大，未来导航产业及其应用服务功能将进入井喷期[4]。

为了普及导航基础知识，介绍不同导航技术的基本原理，萃取现有导航定位技术中蕴含的方法学精髓，武汉大学卫星导航定位技术研究中心特为导航、制导与控制专业研究生开设《导航理论与方法》这门课程。目前对于本科生课程的教学研究与改革方面，有许多学者进行了研究和探讨[5-7]，而对于研究生课程的研究相对较少[8]。目前研究生的课程教学主要存在以下三个方面的问题：（1）同一专业的研究生通常具有不同的本科专业背景，例如，导航、制导与控制专业的研究生其本科专业有测绘工程、计算机、电子工程、通信工程、自动控制等。对于开设研究生专业课而言，往往很难起步一致，给课程设置带来困难。（2）研究生课堂教学方式单一化。目前的许多研究生专业课程教学中，仍然存在“填鸭式”、“满堂灌”的教学模式，在教学活动中缺乏师生互动、学生参与等环节，未能充分调动学生的学习积极性，导致学生学习兴趣下降，达不到预期的教学效果。（3）教师和研究生教学应付化。国内许多教师由于科研业务繁忙，经常出差等原因，导致课堂教学准备不足，不能精心备课，导致很多专业课内容乏味，学生收获甚少，导致学生的学习积极性下降。另外，研究生由于对课程设置不满意，对老师讲授的内容不感兴趣，最后采取随便应付的态度，从而形成了教师不能精心讲授、学生不能感兴趣地学习的不良局面。

二、教学内容

《导航理论与方法》课程设置为36个学时，主要讲授全球卫星系统导航定位技术[3]；惯性导航、组合导航与信息融合技术；车载导航、位置服务及室内定位技术三个方面的内容。在有限的学时内，结合研究生的本科专业背景，重点安排以下知识点：坐标系统与参考框架基本理论、卫星导航定位及定轨、惯性导航与组合导航、室内定位与基于位置服务（LBS）相关技术、天文导航与匹配导航、以及卫星导航与地震学应用等。通过以上知识点的学习，使学生对导航技术及相关理论有一个大体的认识，同时掌握与自己研究方向密切相关的重要关键理论和方法。

为了提高研究生自主科研能力，本课程还通过指导学生自主调研，深入了解和学习某个导航相关专题，自己查阅相关文献资料，完成课程研究报告并作课堂讲解。为了将专业课与研究生科研方向有机结合，课程研究报告的选题可以优先与自己的导师进行沟通，在得到导师认可和支持后确认选题。在导师没有具体要求的情况下，也可以基于个人研究方向和兴趣自由选择。为了让学生能打开思路，授课教师可以建议相关领域的一些研究主题引导学生进行选择和调研。例如：原子陀螺与加速度计原理、生物导航技术原理、人体内的导航定位、人类导航技术发展的历史并对导航手段分类、月球上的导航定位手段、人类导航定位的死角等等。

三、授课模式和考核方式

经过笔者调研发现，目前国内许多研究生课程的教学仍然存在教学模式单一化现象，在教学活动中缺乏师生互动、学生参与等环节，未能充分调动学生的学习积极性，导致学生学习兴趣下降，达不到预期的教学效果。因此，本课程力争改变学生被动学习的教学模式，在课堂上学生可以针对没有听懂的问题实时提问。教师也可以在讲课过程中设计一些问题，引导学生进行思考，鼓励学生课后动手查阅文献资料，自主解决教师在课堂上提出的相关问题。

《导航理论与方法》课程涉及面相当广，需要了解参考框架、大地测量学、卫星导航、惯性导航、天文学、天体力学、地磁学、电子学等多个学科的知识，因此，对授课教师在导航方面的知识的广度要求非常高。为了解决此问题，本课程教学采用的是多位教师共同讲授的模式，针对不同的知识点和专题，邀请相关领域具有多年研究经验、研究成果丰富的教师主讲。这样可以避免单一教师不可能在多个领域都很精通的问题，可以将最新研究成果和国内外前沿的研究动态应用到课堂教学中，从而丰富教学内容，提高教学品质。

由于本课程涉及卫星定位导航、惯性导航以及位置服务等领域，因此在教材的选择上，不可能通过一本现成的专著完成，并且导航技术更新非常快，仅仅通过书本教学，往往不能实时地跟踪前沿的研究动态。因此，主讲教师根据各个专题搜集资料，准备讲义和多媒体课件。在教学手段上，主要采用多媒体教学和板书结合的方式。多媒体教学能充分发挥计算机高效、便捷、直观等特点，易于提高教学效率。除了课堂讲授外，本课程还安排6～7个学时让每位学时做课程研究报告，主题可以是某导航相关的专题调研、经典文献的读书报告或翻译，以及自己已完成的研究成果。课程报告的提交包括口头讲解和书面报告两部分，各占50%；口头报告讲15分钟，提问5分钟（可根据学生人数变化）；书面报告没有篇幅要求，架构要求按照科技文献写作形式，力求以最简练直观的形式把科学问题描述清楚。目的是通过课程报告来锻炼一下基本的文献调研、归纳整理和口头表达等各方面的能力，为后续科学研究打下扎实的基本功。

研究生的考核方式应该强调综合素质考核。本课程设定平时成绩20%，课程研究报告80%（书面报告和口头报告各占一半）。

四、教学实践效果

经过两年的教学实践，该课程获得了学生们的高度评价，普遍反映在导航知识和技术思路、研究方法上都有较大收获。该课程中同学们提交的课程报告也有不少出色表现，很好地锻炼和培养了同学们的文献调研能力和基本科研素养，少量课程报告已经具备了专业期刊论文的水平。针对学生们反映的缺乏预习资料，课堂内容难以消化的问题，本课程专门设置了课程教学网站，将教学课件上载到课程网站上，学生们可以课前预习，提前查阅和掌握基本概念和知识点，并记下不懂的问题。在课堂上可以游刃有余地听讲，并适时地提问与交流。另外，教师在授课过程中，基于同学们的知识基础背景，对关键概念和方法能给以循序渐进、深入浅出的讲解。

由于导航、制导与控制专业研究生其本科专业背景一般是测绘工程、计算机、电子工程、通信工程、自动控制等专业，许多学生对于导航技术并不熟悉和了解，通过《导航理论与方法》课程的学习，了解了天文导航、无线电导航、惯性导航以及卫星导航等技术的基本原理和导航方法。同时，在课程学习期间，还能锻炼独立的文献调研能力，以及科研文档写作方面的能力，为今后的专业学习和科研工作打下良好的基础。

五、结语

为了培养高素质的研究生，使他们具备扎实的理论功底，掌握科学的研究方法，培养发现问题解决问题的自主科研能力和创新能力，抓好研究生的专业课教学是重要环节。本文通过《导航理论与方法》课程的教学实践，从教学内容定位、授课模式、考核方式以及教学实践效果等方面进行分析，希望能为研究生其他课程的设置和教学模式提供一定的参考，并希望与同行们共同探讨。

参考文献：

[1]黄声享，郭英起，易庆林.GPS在测量工程中的应用[M].北京：测绘出版社，2007.

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[3]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理（第二版）[M].武汉：武汉大学出版社，2010.

[4]刘经南.卫星导航与应用[J].地理信息世界，2013，20（5）：15-16.

[5]张勤，王利.“GPS测量原理与应用”课程教学研究与改革[J].高等理科教育，2007，（1）：112-114.

[6]吴继忠，李明峰，刘三枝.《GPS定位技术及其应用》课程实践教学体系的构建[J].全球定位系统，2007，32（3）：38-41.

[7]刘智敏，阳凡林，独知行.卫星定位原理及应用的学改革与实践J].测绘工程，2010，19（3）：77-80.

导航系统理论与应用篇6

关键词：北斗卫星导航系统 系统特点 发展规划

中图分类号：P17 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0040-02

1 北斗导航系统介绍

北斗卫星导航系统（COMPASS，中文音译名称BeiDou）[1]是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，缩写为BDS，与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称全球四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠覆盖全球的导航系统。

北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站组成。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）、欧盟“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成[2]。

北斗卫星导航系统定位采用3球交会测星原理进行定位。其中以2个卫星为球心，2个球心至用户的距离为半径可做出2个球面，再以地心为球心，用户所在位置点至地心的距离为半径做出1个球面，3个球面的交会点即可确定用户的位置。

该系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务并兼具短报文通信能力。中国国内目前生产定位服务设备的生产商，产品都将会提供对GPS和北斗系统的支持，会提高定位的精确度。而北斗系统特有的短报文服务功能将收费，这个功能的实用性还有待观察。

2 北斗导航系统特点

北斗导航终端与GPS及“格洛纳斯”相比，优势在于短信服务和导航结合，增加了通讯功能；全天候快速定位，极少的通信盲区，精度与GPS相当。向全世界提供的服务都是免费的，在提供无源定位导航和授时等服务时，用户数量没有限制，且与GPS兼容；特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用；独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪？”和“你在哪？”；自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用[2]。

北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位，导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10 m，测速精度0.2 m/s，授时精度10 ns。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。导航精度上不逊于欧美之外，北斗卫星导航系统解决了何人、何时、何地的问题，这就是北斗的特色服务，靠北斗一个终端你就可以走遍天下[3]。

3 目前北斗导航系统进展

“北斗”卫星导航试验系统（也称“双星定位导航系统”）为我国“九五”列项，其工程代号取名为“北斗一号”，其方案于1983年提出。我国结合国情，科学、合理地提出并制订自主研制实施“北斗”卫星导航系统建设的“三步走”规划：第一步是试验阶段，即用少量卫星利用地球同步静止轨道来完成试验任务，为“北斗”卫星导航系统建设积累技术经验、培养人才，研制一些地面应用基础设施设备等；第二步是到2012年，计划发射10多颗卫星，建成覆盖亚太区域的“北斗”卫星导航定位系统（即“北斗二号[6]”区域系统）；第三步是到2020年，建成由5颗地球静止轨道和30颗地球非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统[4]。

中国目前已成功发射四颗北斗导航试验卫星和十六颗北斗导航卫星，成功实现了对东南亚区域的全覆盖。今后北斗导航系统将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。2012年12月27日国家公布了北斗系统空间信号接口控制文件（ICD）正式版。至此北斗系统在继续保留北斗卫星导航试验系统有源定位、双向授时和短报文通信服务基础上，向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务；民用服务与GPS一样免费。

目前，在建的北斗卫星导航系统除空间段卫星系统、地面运控系统外，用户应用系统也在大力建设之中。我国已经把北斗系统用户终端机的开发作为推广应用的重要内容，不少国内厂商都在积极研制基于北斗系统的轻便、实用的用户终端设备。

4 国家规划及终端用户发展

科技部印发《导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划》提出，“十二五”末，导航与位置服务产业要形成1000亿元以上的规模，初步建立5个高新技术产业化基地，培育30家创新型企业。这意味着国家对导航与位置服务产业相关扶持政策的进一步落实。

科技部等部委将以企业为主体，加大国家科技引导投入，统筹多渠道资源，多种资助模式相结合，以产业需求为导向，加强部门联合、军民结合、科技计划与北斗系统建设的协同攻关，持续推动以北斗应用为核心的导航与位置服务技术研究和产品开发。作为科技含量极高、人力资本密集的战略性新兴产业，北斗导航卫星产业化的市场空间极富想象力。

北斗卫星导航系统卫星总指挥李长江说：“系统建成后，最重要的当然是应用了。在民用领域，我估计2012年完成区域系统的卫星发射后，到2013年，老百姓就可以开始使用北斗系统。我国已经把北斗系统用户终端机的开发作为推广应用的重要内容，不少国内厂商都在积极研制基于北斗系统的轻便、实用的用户终端设备。”国内拥有国家授权的企业已经开发出了具有自主知识产权的高精度北斗芯片。如南方测绘推出的北斗系列产品和北斗高精度应用解决方案，取得了阶段性的进展；中海达测绘推出的北斗系列产品，在矿山测绘及城市测绘等方面已经得到了广泛的应用。

孙家栋院士撰文指出，在与国外导航系统竞争的情况下，在较短时间内完成北斗在国家经济安全领域的推广应用和在大众市场的迅速扩展，还面临不少挑战：首先就是必须拥有核心自主知识产权的接收机芯片—— 自主知识产权的挑战是不言而喻的。

其次，必须提出有竞争力的应用解决方案和规模推广策略—— 目前，GPS已占据我国卫星导航应用绝大部分市场，在这种情况下，北斗系统产业化面临巨大挑战。我国拥有全球卫星导航应用的最大市场，紧紧抓住应用的基础市场，充分发挥北斗服务特色，创造性地提出应用解决方案和规模化推广策略，是北斗系统应用推广和产业化的关键。

5 测绘行业中的应用

北斗卫星导航定位系统，随着不断完善将成为继GPS及GLONASS后的第三套覆盖全球的卫星定位系统。其高精度的导航定位设备，如测绘领域经常使用的RTK设备，可依靠北斗卫星导航系统实现高达厘米级甚至毫米级的高精度差分定位，这已广泛应用于测绘领域。北斗系统特有的，有利于亚太地区用户应用的静止轨道卫星及倾斜轨道卫星等，更可以实现在亚太地区的全覆盖，大大增强和改善了以往应用中只借助GPS或GLONASS系统所导致的诸多信号盲区的问题。在以往诸如管网、水务、城管等行业用户作业环境较为复杂恶劣的应用中，以前由于只依赖GPS或GLONASS卫星系统，高楼耸立的城市环境无疑是巨大的障碍。无论是搜星情况还是解算精度，都受制于楼房建筑的遮挡和复杂环境等的干扰而不尽人意。南方测绘全新推出的该系列基于高精度北斗导航定位的GIS手持机产品，依靠北斗导航定位系统的特点，大多数时候都保证了高空中的卫星密度，良好的卫星截止角和卫星信号路径，使地理信息用户可以快速高效地获得卫星信号，并保证其作业精度。让用户畅游城市峡谷，穿越钢铁森林，真正享受到便捷精准的北斗应用，高效自如地完成作业，及时准确地把握地理信息。

2013年北斗导航将对北京全市范围内的1141个地质灾害点，完成地质灾害监测预警全覆盖。北斗导航技术的地质灾害监测预警已在密云设立了32个监测点，作为北京市完成“全覆盖”前的示范工程。随着预警系统的建成和完善，北斗导航将能实现对5 mm以上地面变动的监测和预警，让有关部门和市民提前做好防灾准备[5]。

7月14日在北京召开的基于我国北斗卫星导航系统的野外地质调查应用高技术产业化示范工程项目工作会议消息，北斗双星野外地质矿产调查服务与管理系统基本研发完毕，并试运行成功。应用此系统在野外，无论身处高原雪山、大漠戈壁，还是莽莽林海，地质工作者都能够通过掌上移动终端直接检索下载遥感数据、地质资料，实时与野外同伴进行远程交流，甚至与家人视频聊天；指挥部能够随时与身处通信盲区的野外地质人员取得联系，并准确确定其所在位置和地调作业路线，实时掌握全国各地在野外工作的人员状况和整体态势，有效保障地质人员人身安全[6]。

6 结语

我国自主研发的北斗卫星导航系统是拥有完全自主知识产权的全球卫星导航系统，为确保北斗导航系统实现发展目标，促进北斗应用质量效益，有关部门将积极推动各项政策举措，促进系统建设应用又好又快发展。在系统服务方面，北斗系统将按计划建成，为全球用户提供免费、高质量、高可靠服务，并持续提升性能。在应用产业化方面，将逐步北斗公开服务接口控制文件，加大核心芯片等基础产品技术攻关力度，加快推进北斗行业和区域示范项目，推进以北斗为核心的位置服务产业。在关键技术攻关方面，持续推动系统建设与应用技术攻关，形成产、学、研、用体系，进一步加强基础学科研究和学术交流；在国际合作方面，积极参与全球卫星导航系统性能监测研究，推动北斗与其他卫星导航系统兼容与互操作，逐步融入国际民航、海事等标准体系[7]。

参考文献

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[3] 伽利略导航卫星昨发射北斗系统组网速度仍领先[EB/OL].军事窝，2012-10-14.

[4] 中国发射北斗导航卫星[J].参考消息， 2012-9-19.

[5] 北斗导航将对1141个地质灾害点实现监测全覆盖[EB/OL].物联网智库，2012-12-12.

导航系统理论与应用篇7

（天津市测绘院，天津 300381）

摘要：针对北斗等新一代导航卫星系统的建设和应用需求，本文设计并开发了多频多模GNSS观测数据实时仿真软件平台，实时仿真gps、GLONASS、Galileo、BDS等多个导航星座和多种类型载体的典型运动轨迹，生成包含多种空间环境效应误差影响的多频点、多种类、误差可控的GNSS观测数据.利用标准C++开发，采用模块化设计，该软件能运行于多种软件以及硬件平台，可为新一代导航卫星系统建设、多GNSS系统组合导航及多频数据处理算法研究、多模GNSS接收机及其相关设备检测等提供技术支持.

关键词 ：多频多模；GNSS；北斗；仿真

中图分类号：P228；O242文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）02-0008-02

引言

随着全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satellite System)技术与应用的迅猛发展[1-2]，美国GPS开始实现现代化，俄罗斯GLONASS也在逐渐恢复，欧盟Galileo以及中国BDS卫星导航系统正在积极建设.与此同时，印度、日本等国也积极建设自己的区域性卫星导航系统及其增强系统.预计到2020年，GPS、GLONASS、Galileo及北斗将全面建成并投入使用.届时，将有100余颗导航卫星在全球范围内提供多频点、多类型的导航数据，必将大幅度提高GNSS导航定位精度和性能.这对精密定轨方法、导航定位算法及多系统兼容导航设备等提出了更高的要求.但目前，除GPS外其它导航系统尚处在恢复或建设当中，其系统的观测数据无法获取，多模GNSS应用研究必须依靠高精度、功能齐全、性能优良的GNSS仿真平台.多频多模GNSS观测数据建模与仿真研究及相应软件平台的研制，是满足GNSS技术发展与应用的迫切需求.

国内外开展了对GPS观测数据的仿真研究，国际著名科研软件Bernese5.0、开源软件SIGOG和JAT等均包含GPS观测数据仿真模块[3-5].现有仿真软件多由Matlab、Fortran等语言编写，仿真依赖于IGS精密星历，不能实时仿真生成多模GNSS系统多频点多类型的观测数据，更无法满足BDS等新一代导航系统及多模GNSS应用研究的仿真需求.

近年来，笔者构建了一套完整的多频多模GNSS观测信息实时仿真软件平台，主要由GNSS卫星星座仿真、用户轨迹仿真和观测数据仿真等三个功能模块组成.多频多模GNSS观测信息实时仿真软件平台采用标准C++语言按面向对象方法开发，易于维护扩充，移植性好，能运行于多种软件/硬件平台.本文将重点介绍软件各功能模块所用的数学模型、关键技术及其应用状况.

1 GNSS卫星星座仿真

本文采用四/五阶RKF（Runge-Kutta- Fehlberg）算法，按设定精度自动调节积分步长，实时高效的计算卫星运动状态.积分考虑的摄动力主要有地球非球星摄动（JGM-3模型）、日月引力摄动、大气阻力摄动、太阳光压摄动等，可以根据所需的计算精度和效率自由设置.

多频多模GNSS观测信息实时仿真软件根据配置参数灵活设置导航星座及其动力学模型参数、卫星参数和初始状态参数.GPS导航星座初始状态根据IGS精密星历设置，共32颗卫星；GLONASS导航星座为Walker24/3/1星座，其初始状态根据GLONASS的ICD文件设置；Galileo导航星座为Walker30/3/1星座，其初始状态由STK软件的WALKER工具生成；BDS导航星座由5颗GEO和30颗NGEO组成.

2 GNSS导航电文的生成

多频多模GNSS观测信息实时仿真软件平台拟合的广播星历参数与GPS星历参数相同，由参考历元、开普勒轨道根数、表示轨道摄动的调和系数等16个参数组成.参数拟合算法见相关文献[6].一般2~4小时的导航星历拟合一组星历参数，其精度优于5cm.

导航电文编码是卫星射频系统生成射频信号测试用户接收机的必要前提和基础，其主要目的是将卫星星历等导航电文信息按规定的比例因子归化取整，并把相应比特位数据存贮到指定位置并组成字、子帧、主帧和超帧，经过编码校验后生成二进制数据流再以一定比特率向外播发，最终形成导航电文信号.本文开发了GPS、Galileo、BDS等导航电文编码软件，经过测试并已应用于新一代导航系统接收机的测试与评估中.

3 用户轨迹仿真

多频多模GNSS观测信息实时仿真软件平台可以实时仿真静态、中低动态、高动态用户的运动学（或动力学）轨迹，输出地心地固系，J2000惯性系等多种坐标系下的运动状态（位置，速度，加速度，加加速度）及姿态信息（方位角，俯仰角、偏航角）.静态用户轨迹仿真主要仿真固体潮、海潮、极潮、板块运动等对监测站的影响；中低动态用户轨迹仿真主要仿真汽车、舰船、飞机等用户加速、转弯、爬坡、起飞、降落等典型运动轨迹；高动态用户轨迹仿真主要包括火箭的初始发射、垂直上升、程序转弯、机动点火、入轨飞行等基本过程，及弹道式导弹和低轨卫星的动力学轨迹.

4 观测数据仿真

导航信号从导航卫星发射到用户接收机接收的过程中受多种误差源的影响.高精度、高效率的仿真这些星地观测误差源是实现高精度GNSS观测数据实时仿真的前提.本文考虑的星地观测误差源主要包括地球自转效应误差、相对论效应误差、卫星及用户接收机钟差、卫星及用户接收机天线相位中心偏差、设备延迟误差、电离层效应误差、对流层效应误差、多路径效应误差、观测噪声等多种误差源，并提供了多个仿真数学模型，参数可以灵活配置.

GNSS观测数据仿真基本上可视为精密单点定位的逆过程，将仿真的多种星地观测误差源叠加到星地几何距离上生成多频点多种类的观测数据.仿真生成的基本观测数据主要包括伪距观测及其1阶、2阶、3阶变化率，相位观测及其1阶、2阶、3阶变化率，多普勒观测等，与此同时，可实时输出每个用户对可见卫星的观测高度角、电离层穿刺点位置、观测几何精度因子等信息，便于对不同星座的导航性能做出评估.

5 结论

本文研制的多频多模GNSS观测信息实时仿真平台，可以采用完整的动力学模型实时仿真GPS、GLONASS、Galileo、BDS等多个导航卫星星历数据；拟合生成广播星历参数，编码生成可播发的导航电文；模拟汽车、舰船、飞机、火箭、导弹、低轨卫星等典型运动轨迹；仿真电离层效应、对流层效应、多路径效应、地球自转效应、相对论效应等多种星地观测误差源对导航信号的影响，最终生成多频点多类型的GNSS观测数据.该软件平台是新一代GNSS卫星导航系统建设前期预研、方案论证和相关指标确定的理想模拟工具，也是进行多频多模GNSS数据处理算法和多频多模GNSS导航设备测试的理想工具，有着广阔的应用前景.

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导航系统理论与应用篇8

[论文摘要]gps车载导航设备作为一种全新概念的汽车电子用品，可以在地理信息服务、城市导航、自驾远游等方面为车主提供诸多便利。在欧美、日本等国，gps车载导航仪已经成为大众的一个生活辅助工具，甚至是必需品。通过对日常生活的客观状况的了解，提出自己粗略的见解。

目前，随着私家车保有量的大幅提升，参与国内gps市场角逐的企业也如雨后春笋，gps车载导航仪产品不再是少数专业人士及探险家手里的“发烧”级装备。选购此类高科技产品时，消费者往往处于“一知半解”的状态，容易产生困惑和迷茫。

一、gps地图卫星定位系统技术内容简介

（一）gps技术系统简介

gps（global positioning system），一般译为“全球卫星定位系统”，是美国国防部安排部署的，其首要的任务是为美军及其盟军提供全球范围内不间断的定位、导航等数据。gps系统包括gps卫星、gps监控站，以及用户接收设备和gps应用软件等部分。gps系统目前共有24颗卫星分布在6条固定的轨道上，绕地球运行。轨道距地面约20400km，每颗星以12h为周期，连续向地面发送关于时间和自身位置的精确信息。

由于地球上任一点到卫星的距离不等，且都有一组相对应的比较确定的数据，因此在实际应用中在用手持接收器于测式点接收到这一组数据信号时，即可用这组数据到达的时间差来计算该点相对卫星的距离，并以此来确定该点的相对位置，从而达到定位的目的。根据计算公式，定位有二维和三维之分，二维定位至少需要接收三颗卫星的星历；而三维定位至少要接收四颗卫星的星历。

（二）其他卫星定位系统

gps地图导航卫星系统除美国的gps卫星系统外，能与其比拟的就是俄国的glonass卫星系统，也是24颗卫星组成的系统，由于经费困难，缺乏维护和补充，目前可能有19颗可用，随着俄国经济的复苏和军事上的需要，将会得到完善和健全。glonass系统是开放性，有利于使用，许多gps生产厂商，为了提高gps接收机使用性能和精度，都积极地研究gps与glonass结合双系统应用软件，充分地利用glonass系统，已初见成效。如美国javad公司gps接收机，利用超级集成技术，在芯片中集成40个通用信道，把gps与glonass的差异无端地缩小了，结合起来使用，使观测卫星增多。

欧洲的gnss系统：欧洲的策略是尽可能地利用gps的星基或空基导航取代陆基导航，以达到最大的成本效益比。但也坚信不能依靠由他国军方控制的卫星系统来实现本国的导航，所以，正在积极建立自己卫星导航系统gnss，它的目标是分二步走，首先发展一个民间gnss－1，其主要内容是对现有gps和glonass的星基进行增强，即利用静止卫星，面向欧洲范围内的导航提供服务，即egnos计划，已于95年启动，99年实现初始运行能力，2002年实现全运行能力。第二个目标建成gnss－2，从区域性渐进地扩展成全球系统。日本也正在积极筹划建立日本的多功能卫星增强系统（msas）。在我国gps的开发研究与应用不断在深化和广化。特别是建立了全国永久性gps跟踪网和相应的通讯网络和数据处理设施，并发展成为我国gps的综合体系，为国民经济建设、国防建设和社会进步提供了服务。gps接收机制造与生产也从无到有，工艺水平也不断在提高，价格大大地低于进口的同类产品。在不久的将来我国也将有自己制造和发射的卫星导航定位系统。

二、车载导航gps地图的应用原理及其应用模式

（一）车载导航gps地图的应用原理

利用gis中的电子地图和gps接收机的实时定位技术，组成gps+gis的各种电子导航系统。

（二）车载导航电子地图的应用模式

车载导航电子地图的应用模式主要有如下二种：一是gps单机定位＋矢量电子地图。该系统可根据目标位置（工作时输入）和车船现位置（由gps测定）自动计算和显示最佳路径，引导司机最快地到达目的地，并可用多媒体方式向驾驶员提示。制作矢量地图数据库需要花费较大成本。二是gps差分定位＋矢量电子地图。该系统通过固定站与移动车船之间的两台gps伪距差分技术，可使定位精度达到1～3m，当采用双向通讯方式时，则可构成车船的自动导航系统，又可将移动车船上的gps定位结果准确实时地传送到控制中心，并在电子地图上显示出来，构成交通网络监控指挥系统。为了防止在楼群遮挡时收不到足够的gps卫星信号，在车上除装有gps接收机以外，还装有低价格的压电振荡陀螺。利用卡尔曼滤波算法同时处理gps、里程计和陀螺仪的数据来进行运载体的实时定位。

三、gps定位过程简介

gps结合电子地图能够实现城市交通管理、车辆调度管理，公安、银行车辆，港口、河流船舶的自动导引与监控，具有巨大的应用潜力。根据地形图制作而成的矢量电子地图，gps坐标还需经过坐标转换才能正确与之匹配。下面将从gps定位坐标系、wgs-84大地坐标、地图投影、平面坐标变换等几方面详细讨论坐标匹配问题。gps定位过程主要有如下几个步骤：

1. 确定用户的宇宙直角坐标系位置，即用户的x、y、z位置。

2. 宇宙直角坐标系至wgs-84大地坐标系的转换，既求出用户的wgs-84大地坐标位置λ、φ、h。

3. 坐标投影转换，即将球面坐标λ、φ、h转换成平面电子地图投影坐标，如高斯-克吕格投影坐标。

4. 二维平面相似性变换，即经过平移、旋转、缩放运算，达到其与gps地图的配准。上述四个过程全部都是由计算机用程序自动计算获得，具体算法这里介绍从略。

四、基于gps和电子地图的车辆自动导航系统的组成及功能

（一）基于gps和电子地图的车辆自动导航系统的组成

整个gps电子地图车辆动态引导系统构成如下图所示，它由主控计算机、液晶显示器、语音报警器、遥控器、组合导航处理器、gps传感器、速率陀螺仪、光驱等组成。主控计算机视用户需求不同，可以是通用计算机，也可以是专用处理器。

（二）基于gps和电子地图的车辆自动导航系统的功能

本系统可以实现车、船等运动载体的电子地图中的实时跟踪显示、最优路径选择及导引、显示导航信息、地图检索、语音提示告警、矢量图分层显示及缩放显示；可以满足城市车辆，港口、河流、海用船只的导引与监视，gps＋航迹推算组合导航功能即使在信号不正常的条件下也能正确引导。电子地图存储于光盘中，可存储大容量矢量电子地图。矢量电子地图生成点阵形式存放于主机内存中，可达到地图检索和车辆跟踪的平滑效果。车船行至地图边缘时，将自动从光盘中调入下一幅新的矢量图，实现自动切换。

导航系统理论与应用篇9

[关键词]北斗；定位误差； 差分修正；伪卫星

中图分类号：P228.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0138-01

1 引言

中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的定位系统。

目前北斗卫星导航系统已经广泛应用于地质调查、测绘、交通、海洋渔业、减灾救灾等多个领域，并产生了显著的经济和社会效益。其中北斗一号卫星导航系统覆盖了中国及周边国家和地区，不仅可为中国也可为周边国家服务；北斗二号将覆盖全球，逐渐发展成为具有全球导航能力的卫星定位系统[1]。

虽然北斗事业在近年来得到迅猛发展，但受目前卫星数量及几何精度衰减因子（GDOP）的影响。采用纯粹的卫星定位算法，其定位精度只能达到10m左右。针对不同的应用背景，可采用不同的北斗卫星体制及误差修正方法，本文针对北斗的主要定位原理及方式，对有源定位、无源定位的测距误差进行分析，并对差分修正、伪基站修正方法进行比较，浅析如何在实际应用场景中选择合适的北斗应用机制。

2 北斗定位原理

北斗卫星系统分为北斗一号及北斗二号系统，其定位方式又分为有源定位及无源定位，下面分别就这两种定位方式进行进行论述及比较。

2.1 北斗一号定位方式

北斗一号卫星导航系统的定位是基于三球相交原理。即分别以地心和1号、2号工作卫星3个点为球心，以用户机至这3个点的距离（R1、R2、R3）为半径，形成3个相交的球面，3个球面的公共交点有两个（P1、P2），排除位于南半球的另一个交点P2，由已知的3个球心位置和半径可以求解出用户机P1点唯一的三维位置信息。在实际计算中，用户机至地心的距离R1由用户机内高度表测出的用户机至地表的高度H加上用户机对应地面点的高程R替代（即：R1=H+R），用户机至1号、2号工作卫星的距离R2、R3可由信号传递时间乘以光速计算获取，两颗工作卫星的位置可由测轨站精确测出。

R1为用户机至地心的距离，R2为用户机至1号卫星的距离，R3为用户机至2号卫星的距离，R为用户机至地面的高程，H为高度表测出的用户机至地表的高度。

北斗一号导航系统的优点是定位只需要两颗卫星。但北斗双星定位系统是一种主动式双向测距的有源定位（应答式）系统：定位一般由用户机向中心站发出请求。中心站对其响应，解算出用户三维定位数据后再将位置信息发射出去由该用户获取，用户机自身无定位能力，处于被动地位。

这种工作特点带来了以下几方面的应用问题[2]：①用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，存在着用户位置容易暴露的缺点，这在军事上相当不利的，会使使用北斗一号有源定位的用户有被暴露出来的危险；②用户数量有限，限制了定位信息的更新频度，不能满足高动态用户的定位需要；③定位数据实时性差，对于高速用户等效于加大了的定位误差；④北斗一号有源定位功能要依赖数字地图，在制作精确数字地图有困难的地区定位误差会增大。这些问题限制了北斗双星定位系统的应用范围。

2.2 北斗二号定位方式

北斗二号卫星系统是中国开发的独立的全球卫星定位系统，并不是北斗一号功能的简单延伸，而更类似于全球定位系统和伽利略系统。第二代北斗导航定位卫星在高度为21500km的中圆轨道运行，标志着中国自行研制的北斗卫星导航系统进入新的实际应用发展建设阶段。其定位原理与GPS类似。

3 北斗误差修正处理

现实中采用的北斗误差修正处理算法主要包括两种：差分修正和伪卫星修正，本节将对其进行分析比较。

3.1 伪距差分原理

伪距差分是使用最为广泛的差分技术之一。地面校准基站坐标已经精确测量，通过校准基站接收机对北斗卫星信号进行测量，比较星站距与测量伪距的差值作为伪距修正量，然后将其播发给位于差分服务范围内的用户接收机，从而就实现了消除公共误差的目的[4]。

伪距差分能将测距误差降低到米级以内，但建立差分北斗校准基站需要较高的成本且基站覆盖范围受限，因此校准基站的建立与维护一般由大公司运营，普通用户想要利用该差分校正信息需要运营公司交费或购买这些公司的指定设备。用差分修正技术的另一种手段是基于单差或双/多差分的修正手段。

3.2 伪卫星系统原理[3]

伪卫星，实际上是一个发射与真卫星测距导航信号（与北斗卫星信号同步）类似的地面站，位置是精确测量的，它类似导航卫星，所以加入了伪卫星的导航系统定位原理与普通的四星定位原理基本相同。在GDOP 值较大区域或某一卫星出现故障时，伪卫星可代替该卫星来改善 GDOP，提高导航精度。

在地面合适位置上安置伪卫星基站，伪卫星站通过授时技术与北斗卫星精确时间同步后，按类似于北斗卫星的信号格式发射导航信号，用户接收机同时接收北斗卫星和伪卫星信号并进行定位解算。然而时间同步是实现伪卫星站正常工作的前提，因此必须提供一套完整可靠的时统系统。伪卫星站由高稳定度恒温晶振（频率准确度小于10-9产生系统基准时钟，通过北斗卫星系统对该时钟进行对时。北斗授时机输出 1pps脉冲信号，伪卫星站原子钟亦输出1pps 脉冲信号，两信号同时输入到数据处理系统进行比对，测量出时间间隔，得到输出原子钟相位调整控制量，然后对伪卫星站原子钟进行调整，即可实现伪卫星主站时钟与北斗系统的时钟同步。

4 总结

本文就北斗一号及北斗二号的定位原理进行描述，总结北斗终端伪距定位的误差源及误差大小。在此基础上介绍了常用的北斗误差修正方法：伪距差分修正及伪卫星修正方法。

实际应用中对于公共交通等领域可结合地图信息采用单站直接空间解算的办法实现精度较低的定位，或利用单差方式辅助提高精度。对机着陆、地质勘探等等领域可采用地面站校准或伪基站的方式进行误差修正以满足高精度要求。

参考文献

[1] 陈军.北斗卫星导航定位系统应用综述[C].第九届全国信号和智能信息处理与应用学术会议专刊，2015：115-118.

[2] 刘雅娟.北斗三星无源定位技术[J].测控遥感与导航定位，2006，36（2）：36-38.

导航系统理论与应用篇10

关键词：能源与动力工程 专业导论 教学方法 专业特色

中图分类号：G642；TK0-4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（b）-0171-03

Talking About Professional Introduction Course of Energy and Power Engineering

Li Jianzhong1 Yuan Li2 He Xiaomin1 Mao Junkui1 Zhang Jingyu1 Shi Bo1

（1.Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Jiangsu Province Key Laboratory of Aerospace Power System，Nanjing Jiangsu，210016，China；2.PLA University of Science and Technology， School of National Defense Engineering，Nanjing Jiangsu，210007，China）

Abstract：Based on training of professional talents and demand for talents of energy and power engineering，and also in view of school-running characteristics （aviation，aerospace，civil aviation） of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics and course highlights of energy and power engineering，professional characteristics and training objectives of energy and power engineering were introduced and the necessity of establishing professional introduction course was analysed.The teaching methods of theory and practice for professional introduction course of energy and power engineering were discussed.

Key Words：Energy and power engineering；Professional introduction；Teaching method；Professional characteristic

高等学校是培养专业型人才的摇篮和基地，制定合理的培养方案、设置具有综合体系的专业课程、配套相应的实践教学平台、改进教学方法、提高教师水平等是实现循序渐进地引导学生快乐学习、轻松了解和掌握专业技能及成为高技能专业型科技人才的保证。专业课程设置关系到如何让学生“喜欢学”、如何让学生知道“学什么”、及如何让学生掌握“如何学”。专业导论课，是进行系统专业学习的先导和铺垫，是引导学生了解所学专业和相关专业的入门课程，有利于帮助大学生尽早了解所学专业性质、培养专业兴趣、掌握专业学习方法、规划自身发展，能够起到重要的导航作用[1]。

1 专业特色及培养目标

国家即将启动以航空发动机/地面燃气轮机为核心的高效动力装置重大科技工程专项，明确提出要突破高性能动力装置的核心关键技术，提升我国各类核心装备、重大机械设备动力系统的自主保障能力。我国能源供需矛盾尖锐，结构不合理，能源利用效率低，一次能源消费以煤为主，化石能源的大量消费造成严重的大气污染，雾霾天气不断，严重影响人类的健康。如何满足持续快速增长的能源需求和能源的清洁高效利用，对能源科技发展提出重大挑战。国家正在推进清洁能源开发与高效利用技术、节能减排技术、高效动力技术等为主的多项计划，作为涵盖能源、动力及环境领域的核心学科之一，能源与动力工程学科必将在新能源开发与综合利用、高效低污染排放动力技术、节能减排技术等领域发挥关键的科学与技术支撑作用，为我国早日实现节能减排的宏伟目标提供强有力的技术保障，发展前景广阔。国家重大计划和实施纲要为能源与动力工程专业的发展提供了广阔和美好地前景，该专业迎来了历史性的发展机遇，同时也带了巨大地挑战，尤其在综合素质高、创新能力强的能源与动力工程专业人才培养方面，对如何进一步办好能源与动力工程专业、提高本科和研究生教学水平、做好高水平人才培育基地提出了更高地要求。

大部分刚踏入大学校门的新生对自己专业认知及毕业后从事工作岗位了解甚少，对大学生活和专业学习既好奇又迷茫，同时，中学阶段被动式学习和吸收，学习时间紧，作业量大，承受具大考试压力，而进入大学以后，很多学生像脱缰的野马，摆脱了家长和老师的束缚，学生的自主学习、独立学习积极性降低，失去学习目标。鉴于此，一般高校在大一期间都设置了专业导论课，不仅要指导学生解除在该专业一些问题上的困惑，还要能引导学生更好地适应大学生活，帮助学生领会大学的学习方法及提升自主学习能力，消除学生的不适应性以提升学生自立、自主学习的能力，帮助学生更好地规划学习，实现学习目标。专业导论课教学内容一般包括：（1）介绍专业背景和专业特色。（2）专业人才培养方案的课程体系及相互逻辑关系。（3）涉及的基本专业知识、专业拓展及交叉学科。（4）本科和研究生学科的对接关系。开设专业导论课可以帮助学生了解未来的就业和发展趋势，增强专业学习兴趣，为顺利完成大学学业奠定基础。高中生进入大学后，常常因为不适应大学学习生活环境、不明确自己努力的方向而迷茫、放松自我约束，不能快速顺利地完成由高中生向大学生的角色过渡，造成学习成绩和思想滑坡。教学实践表明，开设专业导论课程有利于学生了解专业，激发学生学习专业课的兴趣，对以后学习专业及专业基础课具有良好的导向作用。探索在本科低年级阶段开设专业导论课程对教学质量的提高、学生素质培养具有重要意义[2]。高校应该在更新教育观念、加强教学管理、集中优势师资、编写特色教材等环节着手进行改革，全面推进专业导论课的开设，切实提高人才培养质量[3]。

南京航空航天大学能源和动力工程专业传承了本校的航空、航天和民航特色，长期致力于动力领域的基础研究及相关技术，形成了高效燃烧组织、强化换热理论及应用、复杂流动仿真与控制、新概念动力装置设计等多个优势明显的特色方向。能源与动力工程专业紧密结合国家和江苏省工业和国民经济发展，以科学技术转化生产力为目标，为国家和地方经济发展提供重要技术支撑和人才储备。南京航空航天大学的能源与动力工程专业在多年的专业建设和发展过程中，始终弘扬学校“负重奋进、献身国防，唯实创新、志在超越”的办学精神，把人才培养放在首要位置，研究能力持续攀升，产学研效果突出，素质教育特色出众，创新型优秀人才培养成效突出，教学改革、课程群建设及国际交流不断完善和进步。因此，南京航空航天大学的能源与动力工程专业以素质教育为导向的人才培养体系特色突出，国防特色鲜明，基础研究能力和服务地方经济发展能力出众，师资力量雄厚、专业综合实力强，具备了非常广阔地发展前景。

专业课程群是优化学生知识结构、培养学生创新能力、提高学生工程技术能力的基础，直接影响实验实践教学体系和师资队伍的建设。借鉴国外著名大学中相关专业的培养方案及课程体系设立模式，在充分考虑南京航空航天大学能源与动力工程专业特色的现有培养方案基础上，增加了实践性教学环节在专业教学计划中的比重，强调学生的应用知识和实施能力。该专业发展核心专业课程体系的核心指导思想为完善基础类课程体系、优化课件，建立了开放式虚拟热工基础试验系统，提升教学效果；建设了燃气轮机动力系统、节能减排、新能源利用3个核心课程群，理顺各门课程知识领域的相互关系，遵循教育教学规律，突出特色，逐步完善该专业的课程知识体系，以流体力学、热工学为理论基础，辅助以机电、计算机和控制等学科的理论知识，培养具有高尚人格品行和社会责任感，具备扎实的理论基础和专业水平，熟悉能源利用、转化及动力系统原理、应用技术的专业人才，可以从事能源动力、环境保护、新能源研究开发、动力系统设计、制造、控制和管理等的工作。

2 专业导论课的教学方法

专业导论课作为学科启蒙课程之一，旨在促进低年级学生在较短时间内概略了解自己所学专业的概念、内涵、地位、作用、专业现状、应用前景，增强新生学习目的性，激发学习兴趣和动力，引导学生对该专业的人才培养计划和培养目标、课程体系等了解，提高学生对所学专业的认知度，培养学生专业感情，有助于学生确立专业学习目标，促进学生以积极的心态投入未来的学习生活[4-6]。专业导论课从培养方案讨论开始，让学生总体了解大学的培养模式，了解课程设置的特点，了解每门课的作用以及各课程之间的关系等，帮助学生认识到其在低年级所学在高年级有所用。不仅有助于学生提高学习兴趣，更有助于学生制定中长期学习计划。

南京航空航天大学能源与动力工程专业导论课采取理论教学和实践教学相结合的方式，培养学生对所学专业从宏观上了解该专业的课程体系和课程结构。理论教学环节，专业导论课的授课采用多位教师和专家联合授课的方式，通过专业负责人对能源与动力专业培养方案解读和相关专业老师以航空、航天、民航及相关领域为背景进行具体的专业介绍，让学生对所学专业有更深地了解。重点强调普适性教学，授课内容不包含具体方法、原理等，专业内容选择上应全面，表现形式应具启发性，且新颖、形象，具有一定的综述性，深浅适当。课堂上创设更加宽松的学习氛围，多些特色、多些思考、多些讨论、多些实践。专业导论课的教学目标设计成具有引导学生认识专业、了解专业，促使学生热爱专业、明确个人发展规划。实践教学环节，安排现场参观、实验演示等，对提升学生的学习兴趣、调动学生学习积极性具有作用积极。学生组队专题讨论，就某个同该专业领域相关专题开展调研和论述，合作撰写论述报告，小组成员上台讲述并分别回答如下问题：选题同该专业有何联系？目前发展状态？未来发展趋势？可能会涉及哪些知识？该专业哪些课程会涉及这些知识？该选题同哪些企业和研究机构相关等？南京航空航天大学能源与动力工程专业导论课以宽松、多样化的教学安排调动学生学习的积极性和提升学习效果。为了实现能源与动力工程专业导论课在有效教学中的作用及其实施对策，在本科专业建设项目“能源与动力工程专业导论视频课”的支持下，拍摄并制作了八个单元的能源与动力工程专业导论课程视频，在学校网络教学平台上建成课程网站、上传主要课程PPT、课程视频、课程教学大纲等材料，学生可以更深入学习该课程和深入了解该专业。

3 结语

专业导论课是为大一新生能够初步了解专业知识、掌握学习方法、做好职业生涯规划的一门启蒙和科普课程，启发、调动大一新生的自主学习积极性，引导新生熟悉能源利用、转化及动力系统原理、应用技术等知识，了解能源与动力工程专业涉及能源动力、环境保护、新能源研究开发、动力系统设计、制造、控制和管理等行业，引导学生热爱所学专业、进行大学成长规划及职业生涯规划及实施，逐渐提高自主学习能力，有计划地进行自我培养。能源与动力工程专业导论课教学模式是采用专业组长和同行专业教授配合理论教学和实践教学的灵活性和多元化教学方法，使得专业导论课程能够很好地激发学生的参与意识和学习兴趣，帮助学生掌握专业学习方法，为高效地学习后续专业知识打下了坚实的基础。专业导论课是引领大学生建立专业自信心和专业归属感、走入专业领域的向导，在大学一年级新生在大学的学习和成长过程中，具有重要的领航作用。

参考文献

[1] 杨善林，潘轶山.专业导论课―― 一种全新而有效的大学新生思想教育方法[J].合肥工业大学学报：社会科学版，2004（4）：1-3.

[2] 刘光明，于斐，周雅，等.大学低年级课程中开设专业导论课的探索[J].高教论坛，2007（1）：37-39.

[3] 杨晓东，崔亚新，刘贵富.试论高等学校专业导论课的开设[J].黑龙江高教研究，2010（7）：147-149.

[4] 张燕.为大学新生开设“专业概论课”的探讨[J].教育与职业，2014（11）：154-155.