《自主导航技术与应用》课程教学大纲
一、课程性质与任务
1.课程性质:依据控制科学与工程一级学科研究生核心课程指南，导航与制
导系统及自主智能系统都是核心课程。《自主导航技术与应用》内容包含导航与
制导技术的基础理论、建模与仿真、新型导航方法及应用（如智能机器人、无人
机平台）、系统感知、定位、路径规划、自主控制策略、设计方法和实现等，满
足课程要求。
2.课程任务：通过课程讲授、课程设计过程，使学生了解自主导航技术的基
本方法、关键技术及应用领域；掌握导航与制导技术的基础理论、建模与仿真方
法以及新型导航技术及应用（如智能机器人、无人机平台）；培养学生在系统感
知、环境定位、路径规划、自主控制策略、设计方法和实现等领域的工程实现能
力。通过本课程的学习，为学生后续研究航空航天飞行器、水上载体、和机器人
等方向提供理论基础和实践能力。本课程采用“模块案例一体化”的教学理念，以
“案例驱动”的教学模式，努力实现机器人学、控制理论等交叉学科知识与SLAM
定位技术、路径规划技术和ROS操作系统的应用等工程案例的融合，构建学生
的全局技术视野，努力夯实智能导航系统研发的理论基础，重点培养学生具有研
发智能导航系统的理论基础和综合解决工程问题的能力。
二、课程目标
1.通过本课程的学习，理解自主导航技术的基本原理，如惯性导航、视觉导
航、组合导航等，掌握自主感知与定位、路径规划与避障等典型自主导航方法与
关键技术，使学生具备运用自主导航相关基础知识分析与解决工程问题的能力，
能够根据工程需求选择合适的自主导航方案与技术路线。
2.通过对惯性导航、视觉导航、多传感器融合、SLAM定位和路径规划等关
键技术模块的讲解，使学生掌握惯性传感器、激光雷达、视觉传感器等关键技术
的硬件集成与软件实现方法，具备自主导航系统软件设计与开发能力，能够针对
复杂工程环境中的自主导航问题，识别和判断自主导航系统的核心技术，正确配
置传感器选型、数据融合算法、路径规划算法等参数，实现导航系统的可靠运行。
3.通过学习视觉传感器SLAM仿真、A*算法路径规划仿真和无人机平台的
ROS系统设计等课程设计，使学生掌握自主导航系统的仿真与测试方法，能够利
用MATLAB、ROS操作系统、Gazebo仿真平台等工具进行特性分析。能够根据
任务具体需求，设计自主导航算法对应的工作方式，如传感器组合方式、导航算
法优化方向等，并编写相应的控制程序，实现从算法设计到工程实现的全流程开
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发。
4.通过对本课程的学习，培养学生对国家科技发展的责任感和使命感，将自
主导航技术的学习与国家的现代化建设紧密结合，树立科技强国理念；增强学生
自主创新意识，鼓励学生在自主导航技术的学习中积极探索新技术、新方法，培
养学生的创新能力和解决实际问题的能力；结合惯性导航、SLAM等技术的科研
历程，培养学生严谨求实、勇于探索的科学精神，树立解决“卡脖子”技术的使命
感。
三、课程教学内容、要求及学时分配
1.理论教学
第1章：绪论学时：4
1.1引言
1.2-1.3自主导航技术简介
1.4-1.5自主导航技术的应用领域
知识点：惯性导航、视觉导航等自主导航方法。
重点：自主导航系统组成与工作原理。
能力：理解自主导航的基本原理和应用场景。
第2章：导航理论基础学时：4
2.1常用坐标系
2.2地球物理特性
2.3-2.5运动建模与姿态表示
知识点：坐标系、方向余弦、欧拉角、地球重力场。
重点：坐标系转换、机器人与无人机运动方程与姿态表示。
能力：掌握导航坐标系的定义与转换方法，能够完成简单导航参数计算。
第3章：惯性导航方法与原理学时：4
3.1惯性传感器
3.2惯性导航系统
3.3组合导航系统
3.4-3.5多源信息融合方法
知识