GPS原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)題及參考答案

1、GPS原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)參考一、判斷題（本大題共 5小題，每小題1分，共5分）（請(qǐng)?jiān)诖痤}紙上判斷題答題區(qū)域作答）1. （ V）對(duì)于GPS網(wǎng)的精度要求，主要取決于網(wǎng)的用途和定位技術(shù)所能達(dá)到的精度。精度 指標(biāo)通常是以相臨點(diǎn)間弦長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示。2.3.4.5.(XXXX）GPS的測(cè)距碼（C/A碼和P碼）是偽隨機(jī)噪聲碼。）GPS定位直接獲得的高程是似大地水準(zhǔn)面上的正常高。）圖形強(qiáng)度因子是一個(gè)直接影響定位精度、但又獨(dú)立于觀測(cè)值和其它誤差之外的一個(gè)量。其值恒大于1,最大值可達(dá)100，其大小隨時(shí)間和測(cè)站位置而變化。在GPS測(cè)量中,希望DOP越小越好。二、判斷題（本大題共 5小題，每小題1分，共5分）（請(qǐng)?jiān)诖痤}

2、紙上判斷題答題區(qū)域作答）1. （X ） GPS!得的站星之間的偽距就是指GPS衛(wèi)星到地面測(cè)站之間的幾何距離。2. （ V ） C/A碼的碼長(zhǎng)較短，易于捕獲，但碼元寬度較大，測(cè)距精度較低，所以C/A碼又稱為捕獲碼或粗碼。3. （ V） GPS的空間部分（衛(wèi)星星座部分）由 21顆工作衛(wèi)星、3顆備用衛(wèi)星組成，均勻分 布在6個(gè)軌道上。4. （ X ）5. （ X ） 影響。三、填空題GPS定位直接獲得的高程是似大地水準(zhǔn)面上的正常高。GPS靜態(tài)定位之所以需要觀測(cè)較長(zhǎng)時(shí)間，其主要目的是為了削弱衛(wèi)星星歷誤差的（本題共 15空，每空1分，共15分）（請(qǐng)?jiān)诖痤}紙上填空題答題區(qū)域作答）GPS測(cè)量按其精度依次劃分為

3、 AA A、B、CD E六級(jí)，其中1510km 最大距離為 40 km 。1. 按照規(guī)范規(guī)定，我國(guó)C級(jí)網(wǎng)的相鄰點(diǎn)之間的平均距離為2. GPS定位系統(tǒng)包括3. 從誤差來(lái)源分析， 信號(hào)傳播有關(guān)的誤差空間 部分、 地面控制 部分和 用戶設(shè)備部分。GPS測(cè)量誤差大體上可分為以下三類：與衛(wèi)星有關(guān)的誤差，與和與接收設(shè)備有關(guān)的誤差O4. 美國(guó)國(guó)防部制圖局（DMA于1984年發(fā)展了一種新的世界大地坐標(biāo)系，稱之為美國(guó)國(guó)防部1984年世界大地坐標(biāo)系，簡(jiǎn)稱WGS-84 。5. 三臺(tái)或三臺(tái)以上接收機(jī)同步觀測(cè)所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)稱為同步環(huán) 。6. 在定位工作中，可能由于衛(wèi)星信號(hào)被暫時(shí)阻擋，或受到外界干擾影響，引

4、起衛(wèi)星跟蹤的暫時(shí)中斷，使計(jì)數(shù)器無(wú)法累積計(jì)數(shù)，這種現(xiàn)象叫_7. 在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差，可消去兩測(cè)站接收機(jī)的相對(duì)鐘差改正。8. 利用GPS進(jìn)行定位有多種方式，如果就用戶接收機(jī)天線所處的狀態(tài)而言，定位方式分為靜態(tài) 定位和 動(dòng)態(tài) 定位：若按參考點(diǎn)的不同位置，又可分為單點(diǎn) 定位和 相對(duì)定位。9. G PS衛(wèi)星信號(hào)是由載波 、導(dǎo)航電文、和10. 對(duì)流層延遲改正模型中的大氣折射指數(shù)N與 溫度因素有關(guān)。11. 差分GPS按觀測(cè)值的類型可分為12. 目前正在運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)有一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)稱為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為 Galileo13. 在接收機(jī)間求一次差后可消除衛(wèi)星鐘差參數(shù)，繼續(xù)在衛(wèi)星間求二次

5、差后可消除接_收機(jī)間的相對(duì)鐘差參數(shù)，再在歷元間求三次差后可消除雙差 整周模糊度參數(shù)。系統(tǒng) 。周跳O相對(duì)鐘差載波偽距差分衛(wèi)星鐘差測(cè)距碼三部分組成的。濕度 等氣壓和 相位差分 。GPS 和 GLONASS。我國(guó)組建的第,歐盟計(jì)劃組建的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)稱四、名詞解釋1. 導(dǎo)航電文時(shí)鐘改正、 電離層時(shí)導(dǎo)航電文是用戶用來(lái)定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 它主要包括：衛(wèi)星星歷、 延改正、工作狀態(tài)信息以及C/A碼轉(zhuǎn)換到捕捉 P碼的信息。2. 大地高 大地高是指從一地面點(diǎn)沿過(guò)此點(diǎn)的地球橢球面的法線到地球橢球面的距離3. 靜態(tài)定位將 GPS 接收機(jī)靜置在固定測(cè)站上，觀測(cè)數(shù)分鐘至2 小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間，以確定測(cè)站位置的衛(wèi)星定位

6、，是不考慮軌道的有無(wú)、決定點(diǎn)位置的定位應(yīng)用。4. 差分 GPS差分GPS是指利用已知精確三維坐標(biāo)的差分GPS基準(zhǔn)臺(tái)，求得偽距修正量或位置修正量，再將這個(gè)修正量實(shí)時(shí)或事后發(fā)送給用戶，對(duì)用戶的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，以提高GPS定位精度。5. 相對(duì)論效應(yīng) 由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的重力位不同， 運(yùn)動(dòng)速度不同而引起兩臺(tái)鐘之間產(chǎn)生相對(duì)鐘誤差 的現(xiàn)象。6. 單點(diǎn)定位也稱為“絕對(duì)單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺(tái)接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定接收機(jī)位置的方式。 定位”。7. 同步觀測(cè)環(huán) 三臺(tái)或三臺(tái)以上接收機(jī)同步觀測(cè)所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)。8. 大地高 大地高是指從一地面點(diǎn)沿過(guò)此點(diǎn)的地球橢球面的法線到地球橢球面的距離GPS 定位

7、采用的是被動(dòng)式單程測(cè)距。它的信號(hào)發(fā)射時(shí)刻是由衛(wèi)星鐘確定的，收到時(shí)刻 則是由接收機(jī)鐘確定的，這就在測(cè)定的衛(wèi)星至接收機(jī)的距離中，不可避免地包含著兩9. 偽距1整周的小數(shù)部分仍然是正確7.怎樣用雙頻觀測(cè)值來(lái)消除電離層延遲？(15分)臺(tái)鐘不同步的誤差影響，所以稱其為偽距。10. 衛(wèi)星星歷誤差 由星歷所計(jì)算得到的衛(wèi)星的空間位置與實(shí)際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。四、綜合題15 分）1. 什么叫多路徑誤差？在 GPS 測(cè)量中可采用哪些方法來(lái)消除或消弱多路徑誤差？（ 經(jīng)測(cè)站附近的反射物反射后的衛(wèi)星信號(hào)若進(jìn)入 GPS 接收機(jī)就將與直接進(jìn)入接收機(jī)的信號(hào)產(chǎn) 生干涉，從而使觀測(cè)值產(chǎn)生偏差，這就是所謂的多路徑誤差。多路徑

8、誤差不僅與反射系數(shù)有關(guān)， 也和反射物離測(cè)站的距離及衛(wèi)星信號(hào)方向有關(guān)， 無(wú)法建立 準(zhǔn)確的誤差改正模型，只能恰當(dāng)?shù)剡x擇站址，避開信號(hào)反射物。例如：（1）選設(shè)點(diǎn)位時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離平靜的水面， 地面有草叢、農(nóng)作物等植被時(shí)能較好吸收微波信號(hào)的能量， 反射較弱， 是較 好的站址。（ 2）測(cè)站不宜選在山坡、山谷和盆地中。 （3）測(cè)站附近不應(yīng)有高層建筑物，觀測(cè) 時(shí)也不要在測(cè)站附近停放汽車。2. 簡(jiǎn)述GPS選點(diǎn)時(shí)對(duì)測(cè)站的基本要求。（15分） （1）點(diǎn)位的選擇應(yīng)符合技術(shù)設(shè)計(jì)要求，并有利于其它測(cè)量手段進(jìn)行擴(kuò)展與聯(lián)測(cè)；（2）點(diǎn)位的基礎(chǔ)應(yīng)堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定，易于長(zhǎng)期保存，并應(yīng)有利于安全作業(yè)；（3）點(diǎn)位應(yīng)便于安置接收設(shè)備和操作，視野應(yīng)開闊

9、，視場(chǎng)內(nèi)周圍障礙物的高度角一般應(yīng)小 于 15 °；（4） 點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源（如電視臺(tái)、微波站等），其距離不得小于 200m并應(yīng)遠(yuǎn)離高壓輸電線其距離不得小于50m,以避免周圍磁場(chǎng)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的干擾；（5）點(diǎn)位附近不應(yīng)有對(duì)電磁波反射（或吸收）強(qiáng)烈的物體，以減少多路徑效應(yīng)的影響；（ 6）交通應(yīng)便于作業(yè)，以提高作業(yè)效率；但利用舊點(diǎn)時(shí)應(yīng)檢查舊點(diǎn)的穩(wěn)定性、（7）應(yīng)充分利用符合上述要求原有的控制點(diǎn)及其標(biāo)石， 完好性，符合要求方可利用；（8）選好點(diǎn)后應(yīng)按合理的方法給 GPS點(diǎn)編號(hào)。此外， 有時(shí)還需考慮測(cè)區(qū)內(nèi)的通訊設(shè)施、電力供應(yīng)等情況， 以便于各點(diǎn)之間的聯(lián)絡(luò)和設(shè)備用電或充電。筑物綜上所述，結(jié)

10、合測(cè)區(qū)的實(shí)際情況， GPS 點(diǎn)宜布設(shè)在較高的永久性建筑物、山頂及其它符 合要求的地方， 或已成型的較寬的城市主干道、路口或其它較開闊而又穩(wěn)固的建（構(gòu)） 上。PikLik3. 試分別寫出測(cè)距碼偽距觀測(cè)方程和載波相位偽距觀測(cè)方程并標(biāo)明各個(gè)符號(hào)的含義。 偽距和載波的觀測(cè)方程可表示為：ik cdti cdtk Iik Trik c(bi bk) Pk k k k kicdti cdt IiTriBiL式中：i 表示測(cè)站， k 表示衛(wèi)星，pk、Lk分別表示偽距觀測(cè)值、載波觀測(cè)值,ik為測(cè)站到GPS衛(wèi)星之間的幾何距離,dti為地面GPS接收機(jī)鐘差，dtk為GPS衛(wèi)星鐘差,kIik 為電離層延遲，kTri為

11、對(duì)流層延遲,為載波相位觀測(cè)值的波長(zhǎng)，c 為真空中的光速，P和L分別為偽距和載波的觀測(cè)噪聲以及多路徑效應(yīng)誤差,b、bk分別表示接收機(jī)和衛(wèi)星的硬件延遲,Bik Nik Nik c(bi bk) ，表示載波觀測(cè)值的整周模糊度、天線相位轉(zhuǎn)繞，以及衛(wèi)星 和接收機(jī)的硬件延遲。受硬件延遲的影響，該項(xiàng)不具有整數(shù)特性。GPS在測(cè)繪領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有:1)2)3)4)4. 試述GPS在測(cè)繪行業(yè)中的應(yīng)用(15分)建立和維持全球性的參考框架；建立各級(jí)國(guó)家平面控制網(wǎng)； 布設(shè)城市控制網(wǎng)、工程測(cè)量控制網(wǎng)，進(jìn)行各種工程測(cè)量； 在航空攝影測(cè)量、地籍測(cè)量、海洋測(cè)量中的應(yīng)用已非常廣泛。5.試述GPS定位的誤差來(lái)源(15分)在GPS

12、定位過(guò)程中，會(huì)受到各種因素的影響，從誤差源可以分為三類。這些因素主要影響電 磁波傳播時(shí)間的測(cè)量和衛(wèi)星精確位置的獲得，誤差通過(guò)測(cè)量平差方程傳播給GPS定位結(jié)果。GPS中的精密定位，就是利用各種模型，估算出下面列出的各種誤差。1、與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差(1) 衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星星歷誤差根據(jù) GPS衛(wèi)星所計(jì)算出來(lái)的衛(wèi)星軌道與實(shí)際軌道的差別。(2) 衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差是GPS衛(wèi)星上所安裝的原子鐘時(shí)與 GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的誤差。(3) 相對(duì)論效應(yīng)(運(yùn)動(dòng)速度和重力位不同 ) 而引起兩臺(tái)相對(duì)論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)不同 鐘之間發(fā)生相對(duì)鐘差的現(xiàn)象。(4) 衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射天線相位中心偏差衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射天線

13、相位中心偏差是GPS 衛(wèi)星上信號(hào)發(fā)射天線的標(biāo)稱相位中心與其真實(shí)相位中心之間的差異。2、與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差(1) 電離層延遲電離層是高度為50km-1000km間的大氣層，該區(qū)域內(nèi)的氣體分子和原子電離成自由電子和正 離子，帶電粒子的存在 GPS信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，傳播路徑發(fā)生變化， 這種變化稱為電離層延遲。測(cè)碼偽距觀測(cè)值和載波相位觀測(cè)值所受到的電離層延遲大小相同，但符號(hào)相反。(2) 對(duì)流層延遲對(duì)流層是高度為50km以下的大氣層。對(duì)流層對(duì)電磁波的折射效應(yīng)，使得GPS信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化， 傳播路徑發(fā)生變化， 這種變化稱為對(duì)流層延遲。 對(duì)流層對(duì)測(cè)碼偽距觀測(cè)值和載 波相位觀測(cè)值的影響是相同的。

14、(3) 多路徑誤差接收機(jī)周圍的物體表面反射達(dá)到接收機(jī)的信號(hào)， 使得接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星信號(hào)中還包含有 反射和折射信號(hào)的影響，這就是所謂的多路徑誤差。3、與接收設(shè)備有關(guān)的誤差(1) 接收機(jī)鐘差與衛(wèi)星鐘一樣，接收機(jī)也有鐘差。接收機(jī)鐘差是GPS接收機(jī)所使用的鐘的鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的差異。(2) 接收機(jī)天線相位中心的偏差和變化天線相位中GPS接收機(jī)天線的標(biāo)稱相位中心與其真實(shí)的相位中心之間的差異為接收機(jī) 心的偏差。(3) 接收機(jī)噪聲在用GPS接收機(jī)測(cè)量時(shí)，由于儀器以及外界環(huán)境的影響所帶來(lái)的誤差。4、其它誤差 這主要包括通道誤差、量測(cè)噪聲、電路噪聲和延遲等。這些誤差一般影響不大，且有些為隨 機(jī)誤差可

15、用建立數(shù)學(xué)模型的方法來(lái)消除。6. 試述整周跳變定義，原因以及特點(diǎn)。15分)在接收機(jī)跟蹤 GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)的過(guò)程中， 常常由于多種原因(例如接收機(jī)天線被阻擋、外界噪聲信號(hào)的干擾等) ，可能使載波相位觀測(cè)值中的整周數(shù)不正確， 但其不足 1整周的小數(shù)部 分仍然是正確的，這種現(xiàn)象成為整周變跳，簡(jiǎn)稱周跳。由于外界干擾或接收機(jī)所周跳產(chǎn)生的原因有： 衛(wèi)星信號(hào)被某障礙物阻擋而無(wú)法到達(dá)接收機(jī)； 處的動(dòng)態(tài)條件惡劣而引起衛(wèi)星信號(hào)的暫時(shí)失鎖等。周跳的特點(diǎn)為：載波相位觀測(cè)值中的整周數(shù)不正確，但其不足 的。常用的電離層延遲誤差的消除方法有：Bent、 IRI 等經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼?半和改正法Klobuchar 模型改正4）曲面擬合模型、球諧函數(shù)模型等數(shù)學(xué)擬合方法（1）（ 2 ）（ 3 ）（ 4 ）GPS 在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用有： （1） （ 2 ） （ 3 ） （ 4 ）（ 5）對(duì)于雙頻接收機(jī)， 可以利用雙頻觀測(cè)值直接計(jì)算電離層延遲改正或組成無(wú)電離層延遲的組合