“全球卫星导航系统原理”课程英文教学改革初探

【摘要】本文讨论了我校“全球卫星导航系统原理”课程进行英文教学改革的一些探索，从教学内容、教材编写、考核方式等方面对课程进行英文教学改革，取得了较好的教学效果。

【关键词】GNSS系统  北斗系统  本科课程教学  英文教学

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）19-0230-02

一、引言

卫星导航定位与授时技术发展迅猛，其应用日益普及。全球卫星导航系统（GNSS），除了最早建成的美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统外，欧洲的Galileo系统和中国的北斗卫星导航系统（以下简称BeiDou系统）也正在全球组网。卫星导航定位与授时技术的迅猛发展，必对“全球卫星导航系统原理”课程教学模式的改革产生积极的推动作用[1]。本文介绍了“全球卫星导航系统原理”课程英文教学改革的一些探索，借鉴国外GNBSS系统原理优秀课程及我校的航空航天特色，重新调整了课程教学内容，新增航空航天应用和BeiDou系统部分的内容;认真筛选并撰写英文教材，以求最具系统性和科学性;优化考核方式，全面考查学生的综合能力。

二、教学内容调整

“全球卫星导航系统原理”作为我校精密仪器与导航控制等专业的专业课，考虑到大部分学生毕业后将从事与航空航天相关的工作，而卫星导航作为航空航天重要的导航方式之一，随着我国BeiDou系统的全球组网完成，北斗导航技术必将在航空航天领域被广泛应用。基于上述考虑，我们对“全球卫星导航原理”课程的教学内容进行了精心调整，以求课程内容既清楚交待GNSS系统的基本概念、理论和方法，又能同时关注最新GNSS系统的发展动态;既交待GNSS在导航定位与授时等方面的基础应用，又突出GNSS在航空航天领域的特色应用;既涵盖各GNSS系统的进程，又突出我国BeiDou系统的特点。基于上述原则，对课程的教学内容的调整主要从夯实基础理论、注重卫星导航信号处理和航空航天应用、突出我国BeiDou系统等三个方面着手：

1.结合基本理论与最新动态

文献[2， 3]由美国GPS导航领域权威专家著述，涵盖的内容较为全面，但是由于文献出版时间早，未能包含我国BeiDou系统和最新的GNSS系统发展等方面内容。因此，我们确定采用基本理论与最新发展相结合的方式，以文献[2-4]为基本理论参考，重点帮助学生建立GNSS系统的基本概念，理解GNSS时空参照系统、GNSS接收机原理、GNSS信号处理、PVT解算原理以及不同GNSS系统的具体实现方式，并且将GPS现代化升级、GLONASS和Galileo系统新进展、以及BeiDou系統原理等内容新加到教学内容中。除此之外，紧密围绕GNSS最新的发展动态和关注的问题组织教学内容，如卫星导航与惯性导航系统组合、GNSS信号干扰与抑制、电离层扰动与监测等，让学生们既能掌握基础知识，又可以拓宽视野、了解GNSS最新动态。

2.注重GNSS航空航天应用特殊性

对于卫星导航技术航空应用，主要涉及民用航空和军用航空两个方面。在民用航空方面，国际民航组织提出的基于性能的导航概念正按计划有序的在全世界范围内推进。这就要求GNSS技术在民航中的应用除了常规应用中关注的定位精度和导航实时性外，还必须让学生深刻理解GNSS的可用性、连续性和完好性等特殊概念。在航空军事方面，针对航空器高机动性、GNSS信号易受压制和欺诈干扰的问题，增加GNSS航空和军事应用及GNSS信号面临威胁的相关内容。重点帮助学生了解针对GNSS信号的抗干扰原理，以及高机动环境下卫星信号处理方法。提高学生对GNSS系统在未来战争中重要地位的认知，掌握GNSS抗干扰的基本方法。随着航天技术迅猛发展，GNSS技术在航天领域内也得到了越来越广泛的应用。GNSS能够提供导航、测速和授时服务，可用于航天器的各个阶段，如航天器发射、精密轨道确定、航天器实时导航与姿态控制、航天器组网等[5]。然而，GNSS航天应用也将面临更复杂环境，航天器将处于高动态、强辐射及干扰环境中，GNSS信号具有多普勒频移较大、卫星切换快、掩星环境下信号弱、电离层延时大等特点。航天器还对GNSS模块的体积及功耗有非常高的要求。增加卫星导航在航天应用方面内容重点帮助学生了解航天应用的特殊性和掌握高动态下的卫星信号快速捕获跟踪和高精度定位技术。

3.突出BeiDou系统

GNSS系统是全球性公共资源，多GNSS系统兼容与互操作已成为卫星导航技术的发展趋势。我国BeiDou系统是着眼于我国国家安全与社会经济发展需求，自主建设和运行的GNSS系统，可提供全天时、全天候、高精度的导航定位与授时服务。我国秉持“中国的北斗，世界的北斗”的理念，服务“一带一路”，积极推进BeiDou系统国际合作。要实施“北斗走出去”战略，最有效的方法之一是发挥高校的人才培养优势，加快GNSS专业人才培养，使BeiDou系统真正走向世界[6]。因此，课程组通过对BeiDou系统官网的英文资料（北斗系统白皮书、空间信号接口控制文件、应用案例、发展报告、公开服务性能规范等）进行精心整理，在课程内容中重点突出北斗系统的相关内容。重点帮助学生了解北斗系统的建设、组成、关键技术、特点和应用。

三、英文教材撰写

英文教材是英文教学的先行条件，选择或撰写适合的英文教材尤为重要。课程改革之初，在调研、收集国外同类教材的基础上，以[2-4， 7]这四本著作为基础，融合其他优秀参考资料，编写了“全球卫星导航系统原理”课程的英文讲义。该讲义经过多轮试用后，于2017年正式出版为英文教材[8]。该教材涵盖的内容全面、丰富，不仅讲解了GNSS的基本理论，包括：时空参照系统、无线电导航方法、GNSS信号和电文结构、信号捕获与跟踪、导航电文解调、PVT解算等内容;还针对GNSS系统性能、差分GNSS方法、BeiDou系统以及航空航天领域应用进行了专门讨论。该教材的难度适中，深入浅出的结构易于学生入门;同时，该教材又提供了许多深入内容供学生对GNSS进行深入研究。改革之后，上述教材[8]作为课程的主教材，而一些经典及新出版的国外教材[4， 9]作为参考书。

四、考核方式优化

课程考核从基本理论、实践能力、课堂互动三方面来综合评估课程教学效果，分为平时成绩、期末成绩、分组项目实践。平时成绩包括作业、课程实验和课堂互动的情况;期末成绩采用开卷笔试考核方式，主要检验学生对GNSS基本理论的掌握程度。分组实践项目主要是通过学生自行分组来共同完成一个共同的实践项目，在学期初学生进行分组、并布置实践项目，学期间分组同学进行分组项目实践，学期末通过分组汇报、海报和分组报告进行考核，通过分组项目实践可以考查学生的交流协作能力。

五、结束语

本文介绍了“全球卫星导航系统原理”课程英文教学改革的一些探索，对课程的教学内容、教材撰写、考核方式等方面进行了改革，并取得了较好的成效。

参考文献：

[1]王璐，尹萍，孙淑光.“卫星导航技术”课程全英文教学模式探索，电气电子教学学报， 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，荣欣，毕波.卫星导航技术在航天应用领域内的发展，第六届航天电子战略研究论坛，中国北京， 2019：3.

[6]翁敬农，杨东凯，金天，郭媛媛，修春娣，吴发林.卫星导航领域的留学研究生教学模式的探索与实践.工业和信息化教育，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.