GPS原理及其應用習題集a答案

1、子午衛(wèi)星系統(tǒng)的缺點 該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目少，運行高度低，從地面站觀測到衛(wèi)星的時間間隔長，因而不 能進行三維連續(xù)導航。加之獲得一次導航所需要的時間較長，所以難以充分滿 足軍事導航的要求，從大地測量的角度來看，由于它的定位速度慢，精度較低， 因此，該系統(tǒng)在大地測量學和動力學研究方面受到了極大限制。GPS的基本組成衛(wèi)星星座，地面控制與監(jiān)控站，用戶設備3個部分什么是標準定位服務？ 提供C/A碼（又稱粗碼）民用SPS定位服務GPS信號接收機主要組成主要由接收機硬件、數(shù)據(jù)處理軟件以及微處理機及其終端設備組成（硬件包括 主機、天線、電源。軟件部分主要是對數(shù)據(jù)處理的軟件）子午衛(wèi)星系統(tǒng)與GPS定位原理有何區(qū)別？子午衛(wèi)

2、星系統(tǒng)是根據(jù)多普勒效應原理進行接收定位的，而GPS定位則是以后方交匯原理進行測量。名詞解釋：天球：是指以地球質心為中心、以無窮大為半徑的一個假象球體。赤經(jīng)：含天軸和春分點r的天球子午面與過空間點s的天球子午面之間的夾角。赤緯：為原點O至空間點S與天球赤道面之間的夾角。黃道：地球繞太陽公轉的軌道面與天球相交的平面稱為黃道面，相交的大圓稱為黃道。 春分點：黃道與天球赤道有兩個交點，其中太陽的視位置由南向北通過赤道的交點為春分點。 歲差：地球在太陽、月亮的萬有引力和其他天體引力對地球隆起的部分的作用， 地球自轉軸方向不再保持不變，這使得春分點在黃道上產(chǎn)生緩慢的西移現(xiàn)象， 這種現(xiàn)象稱為歲差。章動：由于

3、月球軌道和月地距離不斷變化，地球自轉軸所產(chǎn)生的一系列短周期變 化被統(tǒng)稱為章動極移：由于地球內部質量不均勻的影響，地球自轉軸相對于地球體位置隨時間 而變化的現(xiàn)象世界時：以平子夜為零時起算的格林尼治平太陽時。原子時：原子時秒長：位于海平面上的 Cs133原子基態(tài)有2個超精細能級，在零磁場中躍遷 輻射振蕩9192631770周所持續(xù)的時間為 1原子時秒。而原子時的原點由式AT=UT2-0.0039（s ）來確定，UT2為經(jīng)過改正的世界時。協(xié)調世界時：一種以原子時秒長為基礎，在時刻上盡量接近于世界時的一種折 中的時間系統(tǒng)。儒略日：是從公元前 4713年儒略歷1月1日格林尼治平正午起算的連續(xù)天數(shù)。簡述協(xié)

4、議地球坐標系的定義地球坐標系是以地球質心為坐標原點O，其 Z軸指向地球北極，X軸指向格林尼治平子午面 與地球赤道的交點E， y軸垂直于XOZ平面構成的右手坐標系。以協(xié)議地極為基準點的地球坐標系，稱為協(xié)議地球坐標系。赤緯與大地緯度有何區(qū)別赤緯為原點至空間點的連線與天球赤道面之間的夾角大地緯度為過地面點的橢球法線與橢球赤道面的夾角赤經(jīng)與大地經(jīng)度有何區(qū)別赤經(jīng)為含天軸和春分點的天球子午面與過空間點的天球子午面之間的夾角 大地經(jīng)度為過地面點的橢球子午面與格林尼治平子午面之間的夾角。什么是參心坐標系先定義一個參考橢球，即選取一個參考橢球面作為基本參考面，選一參考點作 為大地測量的起算點，并利用大地原點的天

5、文觀測量確定參考橢球在地球內部 的位置和方位。這種原點位于地球質心附近的坐標系，稱為地球參心坐標系， 簡稱參心坐標。什么是GPS定位測量采用的時間系統(tǒng)？它與協(xié)調世界時UTC有什么區(qū)別？GPS定位中，采用專門為 GPS建立的時間系統(tǒng)，該系統(tǒng)可簡寫為GPST由GPS主控站的原子鐘控制。規(guī)定GPST與協(xié)調世界時的時刻于1980年1月6日0時相一致，其后隨時間的 積累，兩者之間的差別將表現(xiàn)為秒的整數(shù)倍。簡述衛(wèi)星大地測量的發(fā)展歷史，并指出其各個發(fā)展階段的特點。試說明GPS全球定位系統(tǒng)的組成。衛(wèi)星大地測量最初階段人造地球衛(wèi)星僅僅作為一種空間觀測目標，由地面上的2個測站對衛(wèi)星瞬間位置進行同步攝影觀測，形成三

6、角網(wǎng)，從而確定地面點位置， 此方法稱為衛(wèi)星三角測量。其特點是雖能實施大陸與海島的聯(lián)測定位，但難以實現(xiàn)遠距離聯(lián)測定位問題，定位精度不咼。更高級的階段是子午衛(wèi)星系統(tǒng)的問世，它的問世是對導航定位技術的發(fā)展具有劃時代的意義，其原理是多普勒效應原理。但仍還有很大的局限性，該系統(tǒng)在大地測量學和地球動力學 研究方面受到了極大的限制。隨后的就是現(xiàn)在的GPS系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)包括衛(wèi)星星座，地面控制與監(jiān)控站，用戶設備 3個部分。世是測繪技術發(fā)展史上的一場革命？1、測站間無需通視。2、定位精度高。3、觀測時間短。4、提供三維坐標。5、儀器輕便、 自動化程度高。6、全天候作業(yè)。因此，GPS定位技術的發(fā)展是對經(jīng)典測量技術

7、的一次重大突破。簡述GPS、 GLONASS、與NAVSAT三種衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)工作衛(wèi)星的主要參數(shù)。GPS衛(wèi)星顆數(shù)21+3，軌道傾角55，平均高度20183KM運行周期11h58min，GLON 21+3651910011h15mi nNAVS 12+663.452017811h58mi n簡述（歷元）平天球坐標系、（觀測）平天球坐標系以及瞬時極（真）天球坐標系之間差別。（歷元）平天球坐標系是以某時刻作為標準歷元，或交協(xié)議天球坐標系。（觀測）平天球坐標系是觀測時刻的天球坐標系，（觀測）平天球坐標系轉換成（歷元）平天球坐標系需要歲差旋轉。而瞬時極（真）天球坐標系與（觀測）平天球坐標系之間的區(qū)別是

8、前者是后者章動 旋轉轉換而來。怎樣進行歲差旋轉與章動旋轉？它們有什么作用？由于衛(wèi)星和地面點分別屬于不同的坐標系，要實現(xiàn)GPS衛(wèi)星定位的目的,坐標系統(tǒng)轉化為地球坐標系。而如何旋轉則是通過兩個旋轉矩陣，一個是章動旋轉矩陣，一個是歲差旋轉矩陣。必須將衛(wèi)星的天-1=JT歹yL玄CIS只有通過歲差、章動旋轉才能將協(xié)議天球坐標系轉換成瞬時天球 坐標系，這樣才能轉換成地球坐標系。et為什么要進行極移旋轉？怎么進行極移旋轉？ 想要將天球坐標系轉換成地球坐標系必須進行章 動旋轉、歲差旋轉、極移旋轉。這樣才能確定地 球表面的位置。首先進行X軸上的旋轉，使 X軸與協(xié)議地球坐 標的X軸旋轉，再進行 Z軸上的旋轉使Z軸

9、重 合，再進行X軸旋轉，使三個坐標軸重合，圖 中的就使三個旋轉矩陣。XXY = RXp)Rx(Yp) YZ emZ試寫出大地坐標到地心空間直角坐標系的轉換過程。大地坐標與空間直角坐標系它們的原點位置與坐標軸的指向一般都不相同。存在一個旋轉矩陣，R（ w）=R3（ wz）R2（wy）R1（wx）,這些旋轉矩陣分別是 Z軸，Y軸，X軸上的旋轉矩陣。 而旋轉循序則按它們的下標順序旋轉。綜述由（歷元）平天球坐標系到協(xié)議地球坐標系的轉換過程。簡述恒星時、真太陽時與平太陽時的定義。恒星時是以春分點為參考點，由春分點的周日視運動所定義的時間。 以真太陽為參考建立起來的時間系統(tǒng)稱為真太陽時。一個平太陽以真太陽

10、周年運動的平均速度在天球赤道上作周年運動，以平太陽為參考點，由平太陽的周日視運動所定義的時間系統(tǒng)為平太陽時系統(tǒng)。在GPS定位測量，具有重要意義的時間系統(tǒng)主要有哪三種？ 恒星時、原子時和力學時。試描述GPS衛(wèi)星正常軌道運動的開普勒三大定律。第一定律：衛(wèi)星運動的軌道是一個橢圓，而該橢圓的一個焦點與地球的質心重合。第二定律：衛(wèi)星的地心向徑， 即地球質心與衛(wèi)星質心見的距離向量，在相同的時間內所掃過的面積相等。第三定律：衛(wèi)星運行周期的平方， 與軌道橢圓長半徑的立方之比為一常量，而該常量等于地球引力的常數(shù)GM的倒數(shù)。試畫圖并用文字說明開普勒軌道 6參數(shù)。a：橢圓軌道的長半徑e：橢圓軌道的偏心率i：橢圓軌道

11、平面的傾角（軌道平面與地球赤道面的夾角）Q :升交點的赤經(jīng)，即在地球赤道平面上，升交點與春分點之間的家教。：橢圓軌道近地點角距，即在軌道平面，升交點與近地點之間的地心夾角。f :衛(wèi)星的真近點角（與時間T有關），衛(wèi)星與近地點之間的地心角距。簡述地球人造衛(wèi)星軌道運動所受到的各種攝動力。1、地球體的非球形及質量分布不均勻而引起的作用力，即地球的非中心引力。2、太陽的引力和月球引力。3、太陽的直接與間接輻射壓力。4、地球潮汐的作用力。5、磁力等地球引力場攝動力對衛(wèi)星的軌道運動有什么影響？1引起軌道平面在空間的旋轉，這一影響，使升交點沿地球赤道產(chǎn)生緩慢的推動，進而使 升交點的赤經(jīng)，產(chǎn)生周期性的變化。2、

12、引起近地點在軌道面內旋轉。引起衛(wèi)星軌道近地點角距的緩慢變化。3、引起平近點角的變化。日、月引力對衛(wèi)星的軌道運動有什么影響？由于日月引力加速度引起的衛(wèi)星軌道攝動，主要是長周期的。對GPS衛(wèi)星產(chǎn)生的攝動加速度約為0.000005,將可能使 GPS衛(wèi)星在3h的弧段上產(chǎn)生 50 150m的位置偏差。簡述太陽光壓產(chǎn)生的攝動力加速度，并說明它對衛(wèi)星軌道運動有何影響？太陽輻射壓對球星 GPS衛(wèi)星所產(chǎn)生的攝動加速度，既與衛(wèi)星、太陽和地球之間的相對位置 有關，也與衛(wèi)星表面的反射特性、衛(wèi)星的截面積和質量比有關。太陽光壓對 GPS衛(wèi)星產(chǎn)生的攝動加速度約為 10的一7次方的量級，將使衛(wèi)星軌道在 3h的 弧段上產(chǎn)生51

13、0m的偏差。綜述考慮攝動力影響的 GPS衛(wèi)星軌道參數(shù)。地球引力場攝動力影響的有升交點的赤經(jīng)，近地點的角距，平近點角的變化。由于日月引力加速度引起的衛(wèi)星軌道攝動，主要是長周期的。對GPS衛(wèi)星產(chǎn)生的攝動加速度約為 0.000005, 將可能使GPS衛(wèi)星在3h的弧段上產(chǎn)生 50 150m的位置偏差。太陽光壓對 GPS衛(wèi)星產(chǎn)生 的攝動加速度約為 10的一7次方的量級，將使衛(wèi)星軌道在3h的弧段上產(chǎn)生5 10m的偏差。其他的攝動力的影響不明顯，或者是以上攝動力的間接影響。試寫出計算GPS衛(wèi)星瞬時位置的步驟1、計算衛(wèi)星運行的平均角速度2、計算t時刻衛(wèi)星的平近點角3、計算偏近點角4、計算真近點角5、計算升交距

14、角6、計算衛(wèi)星向徑7、計算攝動改正項8、計算衛(wèi)星在軌道平面坐標系中的位置9、計算在地球坐標系中衛(wèi)星的位置碼：表達不同信息的二進制數(shù)及其組合。碼元：碼的度量單位，一位二進制數(shù)稱1碼元或1比特。數(shù)碼率：二進制數(shù)字化信息的傳輸中，每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)，單位為BPS （bit/s）.。自相關系數(shù)：表示的是兩個時間序列之間和同一個時間序列在任意兩個不同時刻的取值之間 的相關程度。信號調制：為了減少在傳輸時的耗損， 人們一般是先對傳輸信號進行特殊處理，然后再傳遞。把原始的待傳信號托附到高頻振蕩的過程稱為調制。如p碼與C碼與載波的調制。信號解調：是信號調制的反過程，是將原始信號與高頻震蕩分離的過程。遙測字：每一

15、子幀的第 1個字，用作捕獲導航電文的前導。交接字：每一子幀的第 2個字，主要內容：捕獲 P碼的Z計數(shù)（從每周開始子夜零時起算 的時間計數(shù)，表示下一子幀開始瞬間的 GPS時，為實用方便一般為發(fā)播的子幀數(shù)1子幀/6s）o數(shù)據(jù)齡期：最近一次更新星歷數(shù)據(jù)的時間。時延差改正：信號在衛(wèi)星內部的時延。傳輸參數(shù)：它表示向非特許用戶指明，當用該GPS衛(wèi)星作為導航定位測量時，可能達到的測量精度。試說明什么是偽隨機噪聲嗎？什么是隨機噪聲嗎？為隨機噪聲嗎：具有隨機序列特性的非隨機序列為偽隨機序列。不僅具有類似隨機噪聲碼的良好自相關特性，而且具有確定的編碼規(guī)則，周期性的且易復制。隨機噪聲嗎：碼元幅度的取值完全無規(guī)律的碼

16、序列，也稱隨機碼序列。C/A碼和P碼是怎么產(chǎn)生的？C/A碼：2個10級反饋移位寄存器相組合產(chǎn)生，碼長 Nu=1010-仁1023。P碼：2組各有2個12級反饋移位寄存器構成， 碼長Nu=2.35X 1014（1 0的1 4此方）。試述C/A碼和P碼的特點。C/A碼的碼元寬度較大，測距誤差2.9米（碼寬293.1米），測量精度低，屬于標 準定位服務。（民用）P碼的碼元寬度較小，測距誤差0.29米（碼寬29.3米），測量精度高，屬于軍 用定位服務。試述偽隨機噪聲碼測距原理。預先復制一份偽隨機噪聲碼， 再與接收機接收的偽隨機噪聲嗎進行比對， 記錄開始比對時間， 當達到自相關系數(shù)最高時記錄時間， 這時

17、間差就是信號的傳播時間。 這個時間乘以光速就是 距離。什么是導航電文？包含有關衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘運行狀態(tài)、軌道攝動 改正、大氣折射改正和由C/A碼捕獲P碼等導航信息的數(shù)據(jù)碼（D碼） 作用：向用戶播發(fā)衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘參數(shù)、衛(wèi)星狀態(tài)信息及其它信息試述導航電文的組成格式。導航電文也是二進制碼，依規(guī)定格式組成，按幀向外播送。播送速度為50b/s，所以播送1幀電文的時間需要 30秒，每幀電文含有5子幀，而每子幀分別含有10字碼，每字碼占30bit, 其持續(xù)播送的時間為 6s，為了記載多大25顆衛(wèi)星的星歷，子幀4、5各含25頁。子幀1、2、 3與子幀4、5的每一頁均構成1個主幀，在

18、每一主幀的幀與幀之間，子幀 1、2、3的內容 每小時更新1次，而子幀4、5的內容僅在給衛(wèi)星注入新的導航數(shù)據(jù)后才更新。簡述導航電文數(shù)據(jù)塊II的主要內容。第二數(shù)據(jù)塊是由第二子幀與第三子幀構成，表示GPS衛(wèi)星的星歷。它的內容有3類參數(shù)來描述GPS衛(wèi)星的運行及其軌道。第一類：開普勒六參數(shù)。第二類：軌道攝動九參數(shù)。第三類：時間二參數(shù) 1、從星期日子夜 0點開始度量的星歷參考時刻；2、星歷表的數(shù)據(jù)齡期。什么是預報星歷？什么是廣播星歷？所謂預報星歷就是衛(wèi)星GPS將含有軌道信息的導航電文發(fā)送給用戶接收機，然 后經(jīng)過解碼獲得的衛(wèi)星星歷。所以也叫廣播星歷。預報星歷通常包括相對某一 參考歷元的開普勒軌道參數(shù)以及必要

19、的軌道的攝動改正參數(shù)。后處理星歷，是一些國家的某些部門根據(jù)各自建立的跟蹤站所獲得的精密觀測 資料，應用與確定預報星歷相似的方法計算的衛(wèi)星星歷。試通過圖表說明 GPS衛(wèi)星是怎樣構成的？ 包括載波（Carrier）、測距碼（Code） 和衛(wèi)星（導航）電文（ Message）載波：L1，L2測距碼：C/A碼（目前只被調制在L1 上）P（Y）碼（被分別調制在 L1和L2 上）基準凱率:103 MHt15 ux154|lLI1676.42MHzCA CODE 1023 MHzRCODE10-23 MHz (PR)L21227.60MHzMODE tO.23 MHz (PH)x120TEOBPS衛(wèi)星電文|

20、數(shù)據(jù)碼：衛(wèi)星(導航)電文 試寫出調制后的 GPS信號的表達式。SLii(t)=ApPi(t)Di(t)cos(3t+ “i)+AcG i(t)sin( wt+ 枷)SL2i (t)=B pPi(t)COS( Wt+ 血i)其中Ap, Ac , Bp分別為19cm載波L1和24cm的載波L2的振幅;Pi(t),D i(t),Gi(t)分別為 第i顆GPS衛(wèi)星的P碼，C/A碼和D碼；3, w2分別是L1和L2的角頻率， 枷，扯i，分別是第i顆GPS衛(wèi)星的L1載波和L2載波的出項。試述GPS接受機的硬件和軟件GPS接收機的硬件，一般包括主機、天線和電源，是用戶設備的核心部分，主 要功能是接受GPS衛(wèi)

21、星信號。GPS軟件部分也是構成現(xiàn)代 GPS測量系統(tǒng)的重 要組成部分之一，它包括內軟件和外軟件兩部分。內軟件是指控制接收機信號 通道，按時序對衛(wèi)星信號進行量測以及內務或固化在中央處理器中的自動操作 軟件。外軟件主要是指觀測數(shù)據(jù)后處理的軟件。GPS接收機的分類。根據(jù)GPS用戶的不同要求，按用途分，一般可分為導航型、測量型、和授時型。 按接收機的載波頻率分類：單頻接收機，雙頻接收機。按接收機通道類型分類：多通道接收機，序貫通道接收機，多路多用通道接收 機。絕對定位：是以地球 質心為參考點，確定接收機天 線在WGS 84坐標系中的絕對位置。 相對定位：在地球 協(xié)議坐標系中，確定 觀測站與地面某一參考點

22、之間的相對位置。靜態(tài)定位：是指將接收機安置在固定不動的特定點上觀測數(shù)分鐘或更長時間以 確定該點的三維坐標。動態(tài)定位：是指至少有1臺接收機 處于運動狀態(tài)，確定各觀測時刻運動中的接收機的 絕對位 置。靜態(tài)絕對 定位：當接收機天線處于靜止狀態(tài)確定觀測站絕對坐標的方法。靜態(tài)相對定位：用2臺接收機分 別安置在基線的兩個端點，其位置靜止不動，同步觀測相同 的4顆以上GPS衛(wèi)星，確定基 線2個端點在協(xié)議地球坐標系中的相 對位置。整周未知數(shù)：由于載波信號是一種周期性的正弦信號，而相對測量只能測定其 不足1周的小數(shù)部分，因而存在整周不確定問題，這個未知數(shù)就是整周未知數(shù)。整周跳變（周跳）：當信號重新被跟蹤后，整周

23、計數(shù)就不正確，但是不到一個整周的相對觀測值仍是正確的。這種現(xiàn)象為周跳。GPS動態(tài)定位：是利用GPS信號測定相對于地球運動用戶的狀態(tài)參數(shù)，這些參 數(shù)包括三維坐標，運動參數(shù)和時間 7參數(shù)。導航：是測定運動載體的狀態(tài)參數(shù)，并導引運動載體準確的運動到預定的后續(xù)位置。 參考站：參考站是由 GPS接收機與天線構成，他們以穩(wěn)定的方式設置在一個電 力穩(wěn)定的安全地方，接收機不間斷運行，記錄原始數(shù)據(jù)，也許還要連續(xù)輸出原 始數(shù)據(jù)流，提供給RTK的接收機，如果需要參考站接受機還與計算機連接，經(jīng) 過處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給 GPS用戶使用。差分動態(tài)定位：是使用兩臺接收機分別置于兩個測站上，其中一個測站是已知的基準點，稱為基準

24、接收機；另一臺安設于運動載體上，稱為動態(tài)接收機。兩臺接收機同時測量來自相同 GPS衛(wèi)星的導航定位信號。基準接收機所測得的三維位置與該點已知值進行比較，可以獲 得GPS定位數(shù)據(jù)的改正值，據(jù)此來改正動態(tài)接收機所測得的實時位置。此時多項誤差得到 抵消，可以得到更為精確的動態(tài)用戶位置。RTK :是GPS實時載波相位差分的簡稱。這是一種將 GPS與數(shù)傳技術相結合， 實時解算進行數(shù)據(jù)處理，在12秒的時間里得到高精度位置信息的技術LADGPS （局部區(qū)域差分系統(tǒng)）：在局部區(qū)域中應用差分 GPS技術，應該在區(qū)域中布局一個 差分GPS網(wǎng)，該網(wǎng)由于若干個差分 GPS基準站組成，通常還包含一個或多個監(jiān)控站，。位于該

25、局部區(qū)域的用戶根據(jù)多個基準站所提供的改正信息，經(jīng)差分后改正求得自己的該證數(shù)。WADGPS （廣域差分 GPS系統(tǒng)）：WADGPS是針對單基準差分和區(qū)域差分GPS所存在的問題，將觀測誤差按誤差的不同來源劃分成星歷誤差，衛(wèi)星鐘差及大氣折射誤差進行改正，以提高差分的精度和可靠性。WAAS :利用地球同步衛(wèi)星，采用 L1頻段轉發(fā)差分 GPS修改信號，同時發(fā)射調制在 L1頻 段上的C/A碼偽距的思想，稱之為廣域增強GPS系統(tǒng)。觀測量的組成及精度原始觀測量：1、測碼偽距觀測值：C/A碼，碼元寬293m，精度2.9m P 碼，碼元寬29.3m,精度0. 29m 2、測相偽距觀測值：L1載波，波長19cm,

26、精度0. 19cmL2載波，波長24cm，精度0. 24cm說明完整的載波相位觀測值都有哪些部分？1、衛(wèi)星發(fā)射的載波信號相位。2、接收機所復制的載波相位3、信號發(fā)送時刻的GPS時4、信號接收時的GPS時試寫出偽距測量的表達式（顧及大氣折射影響），并說明各項符號的意義？GPS采用單程測距原理，要準確地測定站星之間的距離，必須使衛(wèi)星鐘與用 戶接收機鐘保持嚴格同步，同時考慮大氣層對衛(wèi)星信號的影響。但是，實踐中 由于衛(wèi)星鐘、接收機鐘的誤差以及無線電信號經(jīng)過電離層和對流層中的延誤差，導致實際測出的偽距 與衛(wèi)星到接收機的幾何距離 r有一定差值。二者 之間存在的關系可用下式表示：和 t計 t di t e

27、V t *j,lg t I t（3-3）式中： J t 觀測歷元t的測碼偽距；計t 觀測歷元t的站星幾何距離， t c二cti GPS -tj GPS ；七t 觀測歷元t的接收機（T）鐘時間相對于 GPS標準時的鐘差，ti 7 GPS tj ；屮t 觀測歷元t的衛(wèi)星（Sj ）鐘時間相對于 GPS標準時的鐘差，tj =tj GPS tj ；A； I （t ）觀測歷元t的電離層延遲；I , 1 g&,T（t ）觀測歷元t的對流層延遲。設在某測站上的單點定位，靜態(tài)觀測了一個小時，若歷元間隔為15秒，問可組成多少偽距觀測方程？列出其中一個？按每15s采集一組野外觀測數(shù)據(jù)計算，一臺接收機連續(xù)觀測1h將有

28、120組數(shù)據(jù)，可以組成120個觀測方程，其中一個方程組為：pf=(X X1)2+(Y- Y1)2+(Z-Z 1)2 + c6t* P；2=(X X2W+(Y Y2F+(ZZ 2 F + ct=(X X3)2+(YY3F+(ZZ3)2 + c6t2 2 2 jP：=(X X4)+( Y Y4)+(Z z4) +ct試寫出 TDOP , PDOP, GDOP, VDOP , HODP 的定義？TDOP是時鐘精度因子，鐘差的確定精度直接關系到定位的精度。PDOP是三維幾何精度因子，單點定位的精度取決于觀測量的精度與幾何精度因子。GDOP :幾何精度因子，衛(wèi)星的空間位置對精度的影響。HODP :平面位

29、置精度因子，定位點在平面位置對精度的影響。VDOP :高程精度因子，定位點在垂位置對精度的影響。簡單論述衛(wèi)星空間幾何分布對三維定位精度的影響？在相同的觀測精度下，幾何精度因子越小，定位精度越高，反之則越低。衛(wèi)星高度角不能過 低（削弱大氣折射），盡量使衛(wèi)星與測站構成的 6面體體積最大。如何由載波相位觀測方程轉化為測碼偽距觀測方程?可以將上式表示為載波相位實際觀測量齊t的形式:Iff-11j t -Nij t0 f i(3-30)式（3-30）即為載波相位的觀測方程?？紤]到關系式-二c f，則可由上式得到測相偽距觀測方程:叫(t )=即(t-1 刃(t f+c |1 -1 葉(t 眩(t)-C -

30、c c5tj(tA丸叫比0)+糾(t)i,T(t5 p5(3-31)式中含有1訃t的項對偽距的影響為米級。在相對定位中，如果基線較短（c則有關的項可以忽略，則（3-30）和（3-31）式可簡化為：20km以內）,j (t丄 p/ (t)+ f 氣(t)一 說j (t p n/ 舫)+f A?, Icc i_(3-32)曙j (t APjj(t)+c &(t)冊 j(t9kNji (t0)十*, (t)十珅,T (t)5 p 5(3-33)在不影響理解GPS定位原理的情況下，我們常采用上述(3-32 )和(3-33)式的測相偽距方程的簡化形式。而當測量基線較長時，可在(3-30 )和(3-31

31、)的基礎上擴展出更為嚴密的形式。若將(3-7)式代入(3-33 )式，則可得測相偽距方程的線性化形式：羽1/ (t )= Pjj0(t)+ L|jj(t) m? (t ) n/(t 卩期ZNij(to )6召(3-34)+ cfetj(t)和($+珅(t)+斗 *)5 p3試寫出單差、雙差、三差觀測方程？并說明它們各自有哪些特點？單差觀測方程： M j(t )=P2(t ) p/(t 9+dt(t )A4N jj (t )+T(t )；雙差觀測方程:Hk t 可t -t “ i冷t - t 二N j ；j t 二幕 t2 -T t2 “ 也 t2 -材 t2 1三差觀測方程：2 2 1 2 2

32、 2 1 21-if1|-蔦 b -b -打 h -叫 t! 1單差可以消除了衛(wèi)星鐘誤差的影響，大大消弱了衛(wèi)星星歷誤差的影響，大大消 弱了對流層折射和電離層的影響，在短時間內幾乎可以完全消除其影響。 雙差為兩站間的差分，可以消除接收機的鐘差。三差，即于不同歷元同步觀測同一組衛(wèi)星所得雙差觀測測量之差。三差模型可 以消除整周未知數(shù)。試寫出當基線長度小于1 OKM時載波相位觀測方程的表達式，并說明其中各 j i符號的意義。(t )=略吐)+ L|jj(t)-mJ (t ) -nJ ft/3y -%Nij(to )?Zi+ c&i(t),| (t)+*,T(t)5 p 5整周未知數(shù)N/ ti，P71頁

33、試述整周未知數(shù)的確定方法？并說明各種方法的含義？確定整周未知數(shù)方法很多，常用的方法有偽距法、待定法、快速確定整周未知 數(shù)法。偽距法：是進行載波相位測量的同時又進行了偽距測量，將偽距觀測值減去載 波相位測量的實際觀測值后即可得到。待定參數(shù)法：1、整數(shù)解：整周未知數(shù)從理論上講應該是一個整數(shù)，利用這一 特性能提高解的精度。短基線定位時一般采用這種方法。2、實解法：當基線過長時，將整周未知數(shù)固定為某一整數(shù)往往無實際意義， 因此將實數(shù)作為最后解。多普勒法：由于連續(xù)跟蹤的所有載波相位觀測值中均含有相同的整周未知數(shù)， 所以將相鄰2個觀測歷元的載波相位相減，就將該未知數(shù)消除了。快速確定整周未知數(shù)：以統(tǒng)計理論為

34、基礎，在某一估算值的解空間內搜索一組 方差和為最小的依然是整周數(shù)解集。試總結應用載波相位觀測的高次差分析周跳的方法？若在相鄰的2個觀測值間依次求差而求得觀測值一次差則這些一次差的變化小的多。在一次差的基礎上求二次差、三次差、四次差、五次差時，其變化就更小。此時，就能發(fā)現(xiàn)有周跳 現(xiàn)象的時段。如果在兩個測站上同步觀測5顆衛(wèi)星，共觀測2 4 0個歷元，試分析計算可組成多少單差、 雙差和三差觀測方程？他們有多少未知數(shù)？單差的觀測方程有1 2 0 0個，未知數(shù)有10個。雙差的觀測方程有9 6 0個，未知數(shù)有7個。三差的觀測方程有4 8 0個，未知數(shù)有7個。簡述GPS動態(tài)定位的特點？動態(tài)定位的特點是測定一

35、個動點的實時位置，多余觀測量少，定位精度低。GPS動態(tài)定位和GPS靜態(tài)定位相比較，有哪些顯著特點？（1）用戶的廣泛性；（2）定位的實時性；（3）速度的多異性常用的差分法有哪三種？其中哪一種在實踐中應用甚廣？常用的差分法有如下三種：在接收機間求一次差；在接收機和衛(wèi)星間求二次差； 在接收機、衛(wèi)星和觀測歷元間求三次差。其中雙差是大多數(shù)GPS基線向量處理軟件中必選的方法，在實踐中應用甚廣。試寫出GPS動態(tài)定位的幾種方法？ 可以利用測碼偽距單點絕對定位，相對定位。是述相對定位時載波相位原始觀測量的線性組合的形式。假設安置在基線端點的 GPS接收機Ti （ i =1,2 ），相對于衛(wèi)星Sj和Sk，于 歷兀

36、ti （i =1,2 ）進行同步觀測（如圖3-7），則可獲得以下獨立的載波相位觀測 量:駕亀），彎（門，鶴& n爭z爭2（tj,砕丿2.1T2Ti:T.Tj t2.k tS j ( t 2 )S j t2s k (t,)k ft,2 t小t1.圖 3-7 GPS 相對定位的觀測量S k在靜態(tài)相對定位中，利用這些觀測量的不同組合求差進行相對定位，可以有效地消除這些觀測量中包含的相關誤差，提高相對定位精度。目前的求差方式 有三種：單差、雙差、三差，定義如下： 單差(Single-Difference :不同觀測站同步觀測同一顆衛(wèi)星所得觀測量 之差.：t(3-72) 雙差(Double-Differ

37、ence):不同觀測站同步觀測同組衛(wèi)星所得的觀測量 單差之差Fk t =：邛 t 厶:j t二君 t _ 丫 t L ：2 t - 計 t 1(3-73) 三差(Triple-Difference):不同歷元同步觀測同組衛(wèi)星所得的觀測量雙 差之差旳k t k t2k ti-I-： t2j t2 L廠 k ti 一厶 j ti I=0扭2卜時也匸鵬也)-駕電0-幾；ti -ik ti L ：2 ti -ij t(3-74)試述RTK的定位原理及RTK系統(tǒng)的組成？RTK的原理是實時處理2個測站載波相位觀測量的差分法。RTK系統(tǒng)：若干個連續(xù)運行的 GPS基準站、計算中心、數(shù)據(jù)發(fā)布中心、用戶 站。試述

38、位置差分和偽距差分的基本原理，并寫出相應的觀測方程和誤差方程？位置差分的基本原理是：使用基準站To的位置改正數(shù)去修正流動站 T的位置計算值，以求 得比較精確的流動站位置坐標。偽距差分的基本原理：利用基準站To的偽距改正數(shù)，傳送給流動站用戶 Ti，去修正流動站的偽距觀測量，從而消除或減弱公共誤差的影響，以求得比較精確的流動站位置坐標。P78頁RTK定位中修正法的原理是什么？寫出RTK定位中求差法的計算過程？P79修正法的原理是將基站的載波相位修正值發(fā)送給用戶，改正用戶接收到的載波相位，再求坐標。試述WADGPS的組成部分及各部分的作用？該系統(tǒng)一般由一個中心站、 幾個監(jiān)控站及其相應的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡組

39、成，另外還有覆蓋范圍內的若干用戶。監(jiān)控站的作用是跟蹤觀測GPS衛(wèi)星的偽距、相位等信息。中心站是對數(shù)據(jù)的處理，計算出3項改正數(shù)。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡則是用來數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔谩ADGPS的作業(yè)原理是什么？在局部區(qū)域中應用差分 GPS技術，應該在區(qū)域中布設一個差分GPS網(wǎng)，該網(wǎng)由若干個差分GPS基準站組成，通常還包含一個或數(shù)個監(jiān)控站。位于該局部區(qū)域中的用戶，接收多個基 準站所提供的修正信息， 采用加權平均法或最小方差法進行平差計算求得自己的修正數(shù)，從而對用戶的觀測結果進行休整，獲得更高精度的定位結果。WADGPS有哪些特點？1覆蓋面積更加廣泛。2、投資更少，更加經(jīng)濟。3、定位精度均勻。4、系統(tǒng)可覆蓋一些不易

40、測量的地區(qū)。5、維護的價格昂貴。在GPS測量定位中，其主要誤差源是什么誤差？系統(tǒng)誤差主要包括哪幾種？GPS定位測量的主要誤差來源有三個方面：與 GPS衛(wèi)星有關的誤差；與信號傳 播有關的誤差；與接收設備有關的誤差。系統(tǒng)誤差主要包括衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi) 星鐘差、接收機鐘差以及大氣的折射誤差等。GPS衛(wèi)星星歷誤差的實質是什么？衛(wèi)星星歷誤差實際上就是衛(wèi)星位置的確定誤差，是一種起始數(shù)據(jù)誤差。廣播星歷與實測星歷的優(yōu)缺點？廣播星歷的好處是用戶在觀測的同時即可得到實時星歷參數(shù)和衛(wèi)星位置，這對導航和定時定位是非常重要的。但是， 由于衛(wèi)星星歷是外推出來的，特別但是美國實施的限制政策，大幅度降低了廣播星歷的精度，所以它

41、很難滿足高精度定位的需要。實測星歷的優(yōu)點在于它能夠獲得準確可靠的精密星歷。缺點是這種星歷要在觀測后 12個星期才能得到，對導航和動態(tài)定位無任何意義。星歷誤差對定位的影響尤哪些？減弱星歷誤差影響的途徑有幾種？對于單點定位時，星歷誤差的徑向分量作為等價測距誤差進入平差計算，配賦 到星站坐標和接收機鐘改正數(shù)中去，具體配賦方式則與衛(wèi)星的幾何圖形有關。減弱星歷誤差影響的途徑1）建立衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨立定軌；2）相對定位；3）軌道松弛法。軌道松弛法又包括半短弧法，短弧法，同步觀測值求差法。相對論效應是怎樣產(chǎn)生的？如何解決？GPS衛(wèi)星在高20200km的軌道上運行，衛(wèi)星鐘受狹義相對論效應和廣義相對論效應的影響，

42、其頻率與地面靜止鐘相比，將發(fā)生頻率偏移，由此產(chǎn)生了相對論效應。衛(wèi)星鐘比地面鐘走的快， 每秒約差448ps。為了解決相對論的影響問題， 須將GPS衛(wèi)星鐘的 頻率減小約0.00455Hz。使衛(wèi)星鐘進入軌道受到相對論效應影響后， 恰與標準頻率10.23MHz 相一致。電離層折射及其影響有哪些？減弱電離層影響的有效措施有幾種？當GPS信號通過電離層時，如同其它電磁波一樣，信號的路徑會發(fā)生彎曲，傳 播速度會發(fā)生變化。此時再用光速乘上信號傳播時間就不會等于衛(wèi)星至接收機 的實際距離。對于GPS信號，這種距離差在天頂方向最大可達 50m，在接近地 平方向時可達150m。減弱電離層影響的有效措施 1）相對定位；

43、2）雙頻接收。對流層折射及其影響有哪些？減弱對流層影響的有效措施有幾種？對流層中雖有少量帶點離子，但對電磁波傳播影響不大，不屬于彌散性介質， 也就是說，電磁波在其中的傳播速度與頻率無關，所以其群折射率與相折射率 可認為相等。減弱對流層影響的措施如下：（1）利用上述改正模型進行對流層改正。（2）利用同步觀測值求差。多路徑效應是什么？怎么防止？接收機天線在直接收到衛(wèi)星信號的同時，還可能收到經(jīng)天線周圍地物反射的衛(wèi) 星信號，兩種信號疊加就會引起測量參考點（相位中心）的位置變化，這種由 于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應稱作多路徑效應。多路徑誤差不僅與反射系數(shù)有關，也和反射物離測站的距離及衛(wèi)星信號方

44、向有 關，無法建立準確的誤差改正模型，只能恰當?shù)剡x擇站址，避開信號反射物。例如：（1）選設點位時應遠離平靜的水面，地面有草叢、農(nóng)作物等植被時能較 好吸收微波信號的能量，反射較弱，是較好的站址。（2）測站不宜選在山坡、山谷和盆地中。（3）測站附近不應有高層建筑物，觀測時也不要在測站附近停 放汽車。減弱接收機鐘差比較有效的方法？處理接收機鐘差比較有效的方法，是把每個觀測時刻的接收機鐘差當作一個獨立的未知數(shù), 在數(shù)據(jù)處理中與觀測站的坐標參數(shù)一并求解。偽距測量的數(shù)據(jù)處理就是根據(jù)這一原理進行 的。還可以通過在衛(wèi)星間求一次差來削弱接收機鐘差的影響。接收機天線的相對中心與其幾何中心的區(qū)別在哪里？在GPS測量

45、中，觀測值都是以接收機天線的相位中心位置為準的，天線的相位中心也應該 與其幾何中心保持一致。 但實際上天線的相位中心位置隨信號輸入的強度和方向不同會發(fā)生 變化，使其偏離幾何中心。同步環(huán)：3臺或3臺以上接收機同步觀測獲得的基線向量所構成的閉合環(huán)。 異步環(huán)：在構成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測基線向量的多邊形環(huán)路。 重復基線：同步圖形中兩個多邊形所共有的基線。同步圖形閉合差：同步圖形中各 GPS邊的坐標閉合差。 異步圖形閉合差：異步圖形中各 GPS邊的坐標閉合差。重復基線坐標閉合差：對于圖形中重合的邊兩次測算中坐標閉合差。GPS測量分哪些等級？各級精度怎樣衡量? 97城市規(guī)程規(guī)定的精

46、度等級等級D(km)a(mm)b(ppm)MD/D二等9w 10w 21/120000-三-等5w 10w 51/80000四等2w 10w 101/45000一級1w 10w 101/20000二級1w 15w 201/100002001國家規(guī)范規(guī)定的精度等級級別a(mm)b(ppm)AA 3w 0.01A 5w 0.1B 8w 1C 10w 5D 10w 10E 10w 20GPS網(wǎng)的布網(wǎng)形式？跟蹤站式：若干臺接收機長期固定安放在測站上，進行常年、不間斷的觀測， 即一年觀測365天，一天觀測24小時，這種觀測方式很象是跟蹤站，因此，這 種布網(wǎng)形式被稱為跟蹤站式（實際上就是跟蹤站）。數(shù)據(jù)處理

47、通常采用精密星歷 會戰(zhàn)式：在布設GPS網(wǎng)時，一次組織多臺GPS接收機，集中在一段不太長的時 間內，共同作業(yè)。在作業(yè)時，觀測分階段進行，在同一階段中，所有的接收機， 在若干天的時間里分別各自在同一批點上進行多天、長時段的同步觀測，在完 成一批點的測量后，所有接收機又都遷移到另外一批點上采用相同方式，進行 另一階段的觀測，直至所有點觀測完畢。多基準站式：若干臺接收機在一段時間里長期固定在某幾個點上進行長時間的 觀測，這些測站稱為基準站，在基準站進行觀測的同時，另外一些接收機則在 這些基準站周圍相互之間進行同步觀測。同步圖形擴展式：多臺接收機在不同測站上進行同步觀測，在完成一個時段的 同步觀測后，又

48、遷移到其它的測站上進行同步觀測，每次同步觀測都可以形成 一個同步圖形，在測量過程中，不同的同步圖形間一般有若干個公共點相連， 整個GPS網(wǎng)由這些同步圖形構成。單基準站式：以一臺接收機作為基準站，在某個測站上連續(xù)開機觀測，其余的 接收機在此基準站觀測期間，在其周圍流動，每到一點就進行觀測，流動的接 收機之間一般不要求同步，這樣，流動的接收機每觀測一個時段，就與基準站 間測得一條同步觀測基線，所有這樣測得的同步基線就形成了一個以基準站為 中心得星形簡述GPS網(wǎng)的點連式、邊連式和網(wǎng)連式設計？點連式：形式：相鄰的同步圖形間只通過一個公共點相連。優(yōu)點：作業(yè)效率高，圖形擴展迅速。缺點：圖形強度低，如果連接

49、點發(fā)生問題，將影響到后面的同步圖形。邊連式：形式：相鄰的同步圖形間有一條邊（即兩個公共點）相連。優(yōu)點：作業(yè)效率較高，圖形強度較強。網(wǎng)連式：形式：相鄰的同步圖形間有 3個（含3個）以上的公共點相連。優(yōu)點：圖形強度最強。缺點：作業(yè)效率低。同步圖形的連接形式有哪些？1、點連式。2、邊連式。3、網(wǎng)連式。4、邊點混合連接式。5、三角鎖鏈式。6、 導線網(wǎng)形連接式。7、星型布設。GPS基線向量網(wǎng)的設計指標有哪些？1. 選點的原則為保證對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測和衛(wèi)星信號的質量，要求測站上空應盡可能的開闊，在10 15高度角以上不能有成片的障礙物。為減少各種電磁波對 GPS衛(wèi)星信號的干擾，在測站周圍約200m的范圍內不能有強電磁波干擾源，如大功率無線電發(fā)射設施、高壓輸電線等。為避免或減少多路徑效應的發(fā)生，測站應遠離對電磁波信號反射強烈的地形、地物，如高層建筑、成片水域等。為便于觀測作業(yè)和今后的應用，測站應選在交通便利，上點方便的地方。測站應選擇在易于保存的地方。2. 提高可靠性的原則增加觀測期數(shù)（增加獨立基線數(shù)）。保證一定的重