GPS測(cè)量及數(shù)據(jù)處理題目及答案

1、GPSM量與數(shù)據(jù)處理自學(xué)指導(dǎo)及參考習(xí)題第一部分容提要：本部分主要教授全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景和GP引勺應(yīng)用。與GPSI勺產(chǎn)生背景有關(guān)部分，重點(diǎn)介紹第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)一一子午衛(wèi)星系統(tǒng)的原理及其局限性。與GPS應(yīng)用有關(guān)的部分，重點(diǎn)介紹 GPSS軍事、交通運(yùn)輸、及測(cè)量等領(lǐng)域中的應(yīng)用。習(xí)題：1、舉例說明GPSS測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用。答：（1）用GPS1立和維持全球性的參考框架；（2）建立各級(jí)國家平面控制網(wǎng)；（3）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；（4）在航空攝影測(cè)量、地籍測(cè)量、海洋測(cè)量中的應(yīng)用。（GPSM量與數(shù)據(jù)處理，P7）2、“Transit系統(tǒng)是一個(gè)連續(xù)、獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”

2、這種說確嗎，為什么？答：這種說法不正確。子午衛(wèi)星系統(tǒng)（Transit ）中沒有采用頻分、碼分、時(shí)分等多路接收 技術(shù)。接收機(jī)在某一時(shí)刻只能接收一個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，這就意味著子午衛(wèi)星星座中所含的衛(wèi)星數(shù)不 能太多。為防止在高緯度地區(qū)的視場(chǎng)中同時(shí)出現(xiàn)兩顆子午衛(wèi)星從而造成信號(hào)相互干擾的可能性，子午衛(wèi)星星座中的衛(wèi)星一般不超過 6顆，從而使中低緯度地區(qū)兩次衛(wèi)星通過的平均間隔達(dá)1.5h左右。由于各衛(wèi)星軌道面進(jìn)動(dòng)的大小和方向不一，最終造成各軌道面之間的間隔疏密不一。相鄰軌道面過密時(shí)會(huì)導(dǎo)致兩顆衛(wèi)星同時(shí)進(jìn)入用戶視場(chǎng)，造成信號(hào)相互干擾，此時(shí)控制中心不得不暫時(shí)關(guān)閉一顆衛(wèi)星使其停止工作。軌道面過疏時(shí)用戶的等待時(shí)間有可能長達(dá)81

3、0h。導(dǎo)航定位的不連續(xù)性使子午衛(wèi)星系統(tǒng)無法稱為一種獨(dú)立的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，而只能成為一種輔助系統(tǒng)。（GPSM量與數(shù)據(jù)處理，P3）3、名詞解釋：多普勒計(jì)數(shù)答：若接收機(jī)產(chǎn)生一個(gè)頻率為 人的本振信號(hào)，并與接收到的頻率為 力的衛(wèi)星信號(hào)混頻，然后將差頻信號(hào)（& f ）在時(shí)間段1 , * 間進(jìn)行積分，則積分值 外，現(xiàn)稱為 多普勒計(jì)數(shù)。第二部分容提要：本部分主要部分授 GPS&部分，包括空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶部分的組成 與功能。在用戶部分中，重點(diǎn)介紹與 GPS妾收機(jī)有關(guān)的基本概念，例如天線平均相位中心偏差， 接收通道等。習(xí)題：1、GPS系統(tǒng)由哪幾部分組成，并說明其作用？答：GPS系統(tǒng)由三個(gè)

4、部分組成：空間部分(GPS衛(wèi)星)、地面監(jiān)控部分和用戶部分。各部分 作用如下：(1) GPSZA星可連續(xù)向用戶播發(fā)用于進(jìn)行導(dǎo)航定位的測(cè)距信號(hào)和導(dǎo)航電文，并接收來自地 面監(jiān)控系統(tǒng)的各種信息和命令以維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。(2)地面監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是：跟蹤GPSZA星，確定衛(wèi)星的運(yùn)行軌道及衛(wèi)星鐘改正數(shù)，進(jìn)行預(yù)報(bào)后再按規(guī)定格式編制成導(dǎo)航電文，并通過注入站送往衛(wèi)星。地面監(jiān)控系統(tǒng)還能通過注 入站向衛(wèi)星發(fā)布各種指令，調(diào)整衛(wèi)星的軌道及時(shí)鐘讀數(shù)，修復(fù)故障或啟用備用件等。(3)用戶則用GPS妾收機(jī)來測(cè)定從接收機(jī)至 GPSS星的距離，并根據(jù)衛(wèi)星星歷所給出的觀 測(cè)瞬間衛(wèi)星在空間的位置等信息求出自己的三維位置、三維運(yùn)動(dòng)速度和鐘

5、差等參數(shù)。2、GPS系統(tǒng)中衛(wèi)星的廣播星歷是由()編制的：答案： BA衛(wèi)星上的處理器 B 主控站 C 監(jiān)測(cè)站 D注入站3、GPSM量中，如何消除天線平均相位中心偏差的影響？答：由于天線平均相位中心偏差的存在，GPSM量所得的位置并非標(biāo)石中心的位置。解決這個(gè)問題的一般方法有：(1)歸心改正法。進(jìn)行 GPSM量時(shí)若將接收機(jī)天線指標(biāo)線指北，則有X年片中心尸：l平均相也中心一工心。當(dāng)日 .4月中心一丫平m相他中心當(dāng)基線兩端使用不同類型的 GPS妾收機(jī)天線時(shí)，可用上述方法分別進(jìn)行改正，將成果歸算 至標(biāo)石中心。(2)消去法。在相對(duì)定位時(shí)，若使用的均是同一類型的GPS妾收天線，將各站的天線指標(biāo)線指北即可。4、

6、什么是接收通道？序貫通道與多路復(fù)用通道的工作原理有何區(qū)別?答：接收機(jī)中用來跟蹤、處理、量測(cè)衛(wèi)星信號(hào)的部件，由無線電元器件、數(shù)字電路等硬件 和專用軟件所組成，稱為接收通道。一個(gè)通道在一個(gè)時(shí)刻只能跟蹤一個(gè)衛(wèi)星某一頻率的信號(hào)。序貫通道的循環(huán)周期大于 20ms；多路復(fù)用通道的循環(huán)周期小于或等于20ms由于導(dǎo)航電文中每個(gè)比特持續(xù)的時(shí)間為 20ms,故多路復(fù)用通道可同時(shí)采集到各衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，而序貫通道 則不能(必須通過其他渠道獲得導(dǎo)航電文)。5、名詞解釋：天線的平均相位中心偏差，天線高答：GPSM量中，天線對(duì)中是以接收機(jī)天線的幾何中心(位于天線縱軸的中心線)為準(zhǔn)的， 而測(cè)量的卻是平均相位中心的位置。由于

7、天線結(jié)構(gòu)方面的原因，平均相位中心和幾何中心往往 不重合，兩者之差稱為平均相位中心偏差，其值由生產(chǎn)廠商給出。天線平均相位中心至標(biāo)石中心的垂直距離H稱為天線高。第四部分容提要：本部分主要部分授 GPS衛(wèi)星的信號(hào)結(jié)構(gòu)。包括載波、測(cè)距碼與導(dǎo)航電文各部分的 功能與結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)教授載波的頻率特性、測(cè)距碼的分類、導(dǎo)航電文三個(gè)數(shù)據(jù)塊的基本構(gòu)成以及 GPS言號(hào)調(diào)制的模式。習(xí)題：1、GPS衛(wèi)星信號(hào)由哪幾部分組成？答：GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)由載波、測(cè)距碼和導(dǎo)航電文三部分組成。其中：(1)可運(yùn)載調(diào)制信號(hào)的高頻振蕩波稱為載波。GPSE星所用的載波有兩個(gè)：Li(J1)和 L22)；(2)測(cè)距碼是用于測(cè)定從衛(wèi)星至接收機(jī)間的距離

8、的二進(jìn)制碼，包括 C/A碼和P碼。(3)導(dǎo)航電文是由GPS衛(wèi)星向用戶播發(fā)的一組反映衛(wèi)星在空間的位置、衛(wèi)星的工作狀態(tài)、 衛(wèi)星鐘的修正參數(shù)、電離層延遲修正參數(shù)等重要數(shù)據(jù)的二進(jìn)制代碼，也稱數(shù)據(jù)碼(D碼)。2、GPW航電文包含以下哪些容：答案：ABCA. 衛(wèi)星星歷B. 衛(wèi)星鐘改正數(shù)C. 電離層延遲改正參數(shù)D. C/A 碼距離觀測(cè)值3、對(duì)于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文的第二數(shù)據(jù)塊，下列那些說確？ 答案：ACDA.由第二、三子幀中的容構(gòu)成B.包含該衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)C. 包含該衛(wèi)星的廣播星歷參數(shù)D. 包含該衛(wèi)星星歷的數(shù)據(jù)齡期4、試對(duì)課本上P33頁的圖29進(jìn)行說明。答：圖2 9為GPSA星信號(hào)構(gòu)成示意圖。 圖中說明衛(wèi)星

9、發(fā)射的所有信號(hào)分量都是根據(jù)同一基準(zhǔn)頻率F經(jīng)倍頻或分頻后產(chǎn)生的。這些信號(hào)分量包括L1載波、L2載波、C/A碼、P碼和數(shù)據(jù)碼。經(jīng)衛(wèi)星天線發(fā)射出去的信號(hào)包括C/A碼信號(hào)、4 -產(chǎn)碼信號(hào)和碼信號(hào)。實(shí)施SA政策時(shí)基準(zhǔn)頻率F中將加入快速抖動(dòng)5信號(hào)。實(shí)施AS政策時(shí)P碼將和W碼進(jìn)行模二相加，形成的 Y 碼。5、測(cè)距碼調(diào)制到載波上的基本原理是怎樣的？答：GPS衛(wèi)星信號(hào)采用的是二進(jìn)制相位調(diào)制法。其基本原理是先將導(dǎo)航電文調(diào)制在測(cè)距碼 上，然后再將組合碼調(diào)制到載波上。6、名詞解釋：導(dǎo)航電文答：導(dǎo)航電文是由 GPSZA星向用戶播發(fā)的一組反映衛(wèi)星在空間的位置、衛(wèi)星的工作狀態(tài)、 衛(wèi)星鐘的修正參數(shù)、電離層延遲修正參數(shù)等重要數(shù)

10、據(jù)的二進(jìn)制代碼，也稱數(shù)據(jù)碼(D碼)。它是用戶利用GPS®行導(dǎo)航定位時(shí)一組比不可少的數(shù)據(jù)。第五部分容提要：本部分主要部分授第三章“ GPS定位中的誤差源”的前三節(jié)。首先對(duì) GPS誤差源 進(jìn)行概述，包括與衛(wèi)星有關(guān)的誤差、與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差和與接收機(jī)有關(guān)的誤差三大類。對(duì) 每類誤差產(chǎn)生的原理、性質(zhì)進(jìn)行綜述。對(duì)消除和削弱這些誤差影響的主要方法進(jìn)行介紹。在此 基礎(chǔ)上，對(duì)兩類誤差包括鐘誤差和相對(duì)論效應(yīng)進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。習(xí)題：1 .與衛(wèi)星有關(guān)的誤差包括哪幾類？答：與衛(wèi)星有關(guān)的誤差包括：衛(wèi)星星歷誤差；衛(wèi)星鐘的鐘誤差；相對(duì)論效應(yīng)。2 .總體而言，消除和減弱各種誤差影響的方法有哪些？答：消除和減弱各種誤差

11、影響的主要方法有：(1)模型改正法原理：利用模型計(jì)算出誤差影響的大小，直接對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行修正。適用情況：對(duì)誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式。所針對(duì)的誤差源：相對(duì)論效應(yīng)，電離層延遲，對(duì)流層延遲，衛(wèi)星鐘差。限制：有些誤差難以模型化。(2)求差法原理：通過觀測(cè)值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測(cè)值中所包含的相同或相似 的誤差影響。適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它類型的相關(guān)性。所針對(duì)的誤差源：對(duì)流層延遲、電離層延遲、衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差。限制：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而減弱。(3)參數(shù)法原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來。適用情

12、況：幾乎適用于任何的情況。限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來估計(jì)。(4)選擇較好且適用的軟硬件和選擇合適的測(cè)量地點(diǎn)與方法。3 .用廣播星歷鐘的衛(wèi)星鐘差改正數(shù)進(jìn)行改正后，衛(wèi)星鐘差殘余量在什么量級(jí)？進(jìn)一步進(jìn)行改正的方法有哪些？答：用廣播星歷的衛(wèi)星鐘差改正數(shù)改正后，衛(wèi)星鐘差殘余量為510ns,對(duì)測(cè)距的影響為1.53.0m。為了適應(yīng)更高精度的應(yīng)用，進(jìn)一步的改進(jìn)方法有：1 .利用測(cè)碼偽距單點(diǎn)定位方法來確定接收機(jī)鐘的鐘差，精度估計(jì)可以達(dá)到0.10.2分。2 .通過各種渠道獲得精確的衛(wèi)星鐘鐘差值，一般IGS是比較好的數(shù)據(jù)來源，目前 IGS給出的衛(wèi)星鐘差的精度可以達(dá)到 0.1ns。3 通過觀測(cè)值相減來消除公

13、共的鐘差項(xiàng)。4 .為什么GPSM量中必須仔細(xì)地消除鐘誤差？答：在GPSM量中我們是以及衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間來確定從衛(wèi)星至接收機(jī)的距離的。其中q為衛(wèi)星鐘所測(cè)定的信號(hào)離開衛(wèi)星的時(shí)刻，”為接收機(jī)鐘所測(cè)定的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)刻。若信號(hào)理論衛(wèi)星時(shí)衛(wèi)星鐘相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的 GPS寸的鐘差為犯，信號(hào)到達(dá)接收機(jī)時(shí)接收機(jī)鐘 相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的GPS寸的鐘差為耳，那么上述鐘誤差對(duì)測(cè)距所造成的影響為 陰二，叫一明)七 由于信號(hào)的傳播速度c的值很大，因此在GPSM量中必須十分仔細(xì)地消除鐘誤差。5 .相對(duì)論效應(yīng)的影響下，衛(wèi)星鐘頻率是變快還是變慢？如何改正？答：相對(duì)論效應(yīng)的影響下，衛(wèi)星鐘頻率變快。解決方法是在地面上生產(chǎn)原子鐘時(shí)將鐘的頻

14、 率降低4工5乂101 7, f為衛(wèi)星的真近點(diǎn)角。另外為了求得相對(duì)論效應(yīng)的精確值，用戶還需加M 二7手-in 總上一項(xiàng)改正：二由于衛(wèi)星鐘的頻率誤差 勺而引起的衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間的誤差 M和測(cè)距誤差 M 為：t = 229。氐瓶 E(ms) 686,42? sin其中e為衛(wèi)星軌道的偏心率，E為偏近點(diǎn)角。6 .名詞解釋：物理同步誤差，數(shù)學(xué)同步誤差答：由GPSfi星上的衛(wèi)星鐘所直接給出的時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)的GPS寸之差稱為衛(wèi)星鐘的物理同步洱至WZE2 o顧及改正數(shù) 位后的衛(wèi)星鐘讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的 GPS寸間之差稱為衛(wèi)星鐘的數(shù)學(xué)同步誤差，其中j,"口M二為+聯(lián)-%)+4式£-4)。數(shù)學(xué)同步誤差是由

15、衛(wèi)星導(dǎo)航電文中所給出的鐘差參數(shù)詼，的預(yù)報(bào)誤差以及被略去的隨機(jī)項(xiàng)引起的。第六部分容提要：本部分主要部分授第三章“定位中的誤差源”的第四、五節(jié)。在衛(wèi)星星歷誤差部分，重點(diǎn)從星 歷獲取的來源、星歷的精度等角度對(duì)廣播星歷與精密星歷進(jìn)行比較，分析星歷誤差對(duì)相對(duì)定位 的影響，提出減弱星歷誤差的相應(yīng)措施。在電離層部分，重點(diǎn)部分授電離層誤差的產(chǎn)生原理與 雙頻改正模型。習(xí)題：1 .試對(duì)廣播星歷與精密星歷進(jìn)行比較。答：衛(wèi)星的廣播星歷是由全球定位系統(tǒng)的地面控制部分所確定和提供的，經(jīng)衛(wèi)星向全球所有用戶公開播發(fā)的一種預(yù)報(bào)星歷，其精度較差。SA政策取消后，廣播星歷與IGS精密星歷之差一般在10m以。精密星歷則是為滿足測(cè)量、

16、地區(qū)動(dòng)力學(xué)研究等精密應(yīng)用領(lǐng)域的需要而生產(chǎn)的一種高精度的后處理星歷（目前IGS也開始提供精密預(yù)報(bào)星歷，以滿足高精度實(shí)時(shí)定位用戶的需要）。目 前的精密星歷主要有兩種：由美國國防制圖局（ DMA生產(chǎn)的精密星歷以及由國際服務(wù)（IGS）生產(chǎn)的精密星歷。前者的星歷精度約為2ml后者的精度則優(yōu)于5cmi IGS是一個(gè)非軍方的估計(jì)協(xié)作組織，其開放性也高。2 .在相對(duì)定位中，對(duì)于 20km長的基線，100m的星歷誤差對(duì)基線的精度影響最大有多大？=7 X 答：衛(wèi)星星歷誤差對(duì)相對(duì)定位結(jié)果的影響一般可用下式來估計(jì)：b14 1 口尸，式中,為基線長，戶為接收機(jī)至衛(wèi)星為衛(wèi)星星歷誤差， 尤 為衛(wèi)星星歷誤差所引起的基線誤差,

17、 的距離。1.影響TEC的因素有哪些?答:1 .電離層TEC隨電離層的高度不同而變化。2 .隨地方時(shí)的不同而變化，一般而言，白天的電子含量最高，黑夜的電子含量最低。3 .受到太陽活動(dòng)的影響。4 .隨季節(jié)不同而變化，如 7月份和11月份的電子含量相差 4倍。5 .受到地磁場(chǎng)變化的影響。6 .隨著測(cè)站位置的不同而變化。2 .列出必要公式來說明怎樣利用雙頻觀測(cè)值來消除電離層的誤差根據(jù)所學(xué)知識(shí)，相位觀測(cè)值的電離層改正量為:偽距觀測(cè)值的電離層改正量對(duì)于載波相位觀測(cè)量，消除一階電離層影響的兩種有效組合形式為：*= 中 1 -= 2 54573 %-1.98368 中？JI RJI J 2了=時(shí) 一 九學(xué)？

18、 = c? - 0 .77922 gr/i對(duì)于雙頻偽距觀測(cè)值，消除一階電離層影響的兩種有效組合形式為：戶=息島號(hào)尾=2,5457轉(zhuǎn)一L5457衿 J| J。J| JQ=1-4-3 = -(077922 -生Ji1.1 頻用戶可以采用什么方式減弱電離層影響？答：對(duì)于單頻載波相位測(cè)量而言，電離層效應(yīng)距離偏差改正方法主要有相對(duì)定位，模型改 正，半和改正法。距離較短時(shí)可用相對(duì)定位法，距離較遠(yuǎn)或者電離層非?；钴S時(shí)應(yīng)該用模型改 正或半和改正。根據(jù)不同的情況選擇合適的方法！1.2 詞解釋：色散效應(yīng)，電離層改正答：復(fù)合光通過三棱鏡等分光器由于波長頻率的不同被分解為各種單色光的現(xiàn)象，叫做光 的色散。電磁波信號(hào)（

19、衛(wèi)星所發(fā)射的信號(hào)）在穿過電離層時(shí)，其傳播速度會(huì)發(fā)生變化，變化程度主 要取決于電離層中的電子密度和信號(hào)頻率；其傳播路徑也會(huì)略微彎曲，從而使得用信號(hào)的傳播 時(shí)間乘上真空中的光速 c后所得到的距離不等于從信號(hào)源至接收機(jī)的幾何距離，對(duì)這種誤差進(jìn) 行的改正稱為電離層改正。第七部分3.6 對(duì)流層延遲3.7 多路徑誤差3.8 其他誤差改正主要容主要介紹：對(duì)流層的概況、常用的對(duì)流層延遲改正模型、提高對(duì)流層延遲改正精度的方法； GPS言號(hào)反射波的性質(zhì)、多路徑誤差的概念、消除和消弱多路徑誤差的方法和措施；簡(jiǎn)要介紹： 地球自轉(zhuǎn)改正、天線相位中心改正重點(diǎn)部分授：對(duì)流層延遲及其改正方法；多路徑誤差及其改正方法1、什么叫

20、多路徑誤差？在 GPSM量中可采用哪些方法來消除或削弱多路徑誤差？答：在GPSM量中，被測(cè)站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）被接收機(jī)天線所接收, 與直接來自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差” 這種由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)被稱做多路徑效應(yīng)。多路徑效應(yīng)將嚴(yán)重?fù)p害 GPSM量的精度，嚴(yán)重時(shí)還將引起信號(hào)的失鎖，是GPSM量中的 一種重要的誤差源。要消除或削弱多路徑誤差影響可采取的方法和措施有：一）選擇合適的測(cè)站1、避免臨近水域；2、不宜選擇山坡上；3、注意離開身層建筑二）選擇合適的GPSg收機(jī)1、在天線下設(shè)置抑徑板或抑徑圈；2、接收機(jī)天線對(duì)極

21、化方向相反的反射信號(hào)應(yīng)有較強(qiáng)的抑制能力；3、改進(jìn)接收機(jī)的軟、硬件三）適當(dāng)延長觀測(cè)時(shí)間2. 什么叫GPS妾收天線相位中心偏差？在 GPSM量中可用哪些方法來消除其影響？答：GPSM量和定位時(shí)，天線對(duì)中是以接收機(jī)天線的幾何中心為準(zhǔn)的，天線的相位中心與其幾何中心在理論應(yīng)保持一致。然而，天線的相位中心實(shí)際上是隨信號(hào)輸入的強(qiáng)度和方向不同 而變化的，即觀測(cè)時(shí)相位中心的瞬時(shí)位置（一般稱相位中心）與理論上的相位中心將不一致， 這種偏差稱為天線相位中心偏差。亦可以將天線相位中心偏差分成兩部分考慮：平均相位中心 與天線幾何中心的偏差和瞬時(shí)相位中心與平均相位中心的偏差。對(duì)于前者的改正可以通過：1）采用歸心改正的方法

22、，這種方法主要用于進(jìn)行高精度單點(diǎn)定位以及采用不同類型的接收機(jī)天線進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)；2）對(duì)于采用同一類型的接收機(jī)天線進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)，則可通過天線指北的方法來予以消除。而瞬時(shí)相位中心與平均相位中心的差異是隨著衛(wèi)星高度角的不同而變化，且主要表現(xiàn)在高程方向上，平面上一般忽略不計(jì)，它的差異值一般均由接收機(jī)生產(chǎn)廠家直接給出，以方便用 戶使用。第八部分4.1 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距4.2 載波相位測(cè)量主要容GPSft距測(cè)量觀首先介紹用測(cè)距碼測(cè)定偽距的方法，引述測(cè)距碼測(cè)定偽距的優(yōu)點(diǎn)，推導(dǎo)出 測(cè)方程；然后介紹進(jìn)行載波相位測(cè)量的原因，重建載波的方法和載波相位測(cè)量原理，詳細(xì)闡述 載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值并推導(dǎo)出載波相位

23、測(cè)量的觀測(cè)方程重點(diǎn)部分授：§4.1 測(cè)距碼測(cè)定偽距的方法、優(yōu)點(diǎn)、GPSft距測(cè)量觀測(cè)方程§ 4.2 波相位測(cè)量原理及實(shí)際觀測(cè)值、載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程1 .在GPS系統(tǒng)是如何用測(cè)距碼來測(cè)定偽距的？答：測(cè)距碼是用以測(cè)定從衛(wèi)星至地面測(cè)站間距離的一種二進(jìn)制碼序列。利用測(cè)距碼測(cè)定偽 距，首先假設(shè)衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘均無誤差，都能與標(biāo)準(zhǔn)的GPS寸間保持嚴(yán)格同步。在某一時(shí)刻t衛(wèi)星在衛(wèi)星鐘的控制下發(fā)出某一結(jié)構(gòu)的測(cè)距碼，與此同時(shí)接收機(jī)則在接收機(jī)鐘的控制下產(chǎn)生 或者說復(fù)制出結(jié)構(gòu)完全相同的測(cè)距碼（簡(jiǎn)稱復(fù)制碼）。由衛(wèi)星所產(chǎn)生的測(cè)距碼經(jīng)t時(shí)間的傳播后到達(dá)接收機(jī)并被接收機(jī)所接收。由接收機(jī)所產(chǎn)生的復(fù)制碼則

24、經(jīng)過一個(gè)時(shí)間延遲器延遲時(shí)間T后與接收到的危險(xiǎn)能夠信號(hào)進(jìn)行比對(duì)。如果這兩個(gè)信號(hào)尚未對(duì)齊，就調(diào)整延遲時(shí)間T ,直至這兩個(gè)信號(hào)對(duì)齊為止。此時(shí)復(fù)制碼的延遲時(shí)間T就等于衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間 t ,將其乘以真空中的光速c后即可得衛(wèi)星至地面的距離 P : P =T - c=At - Co由于衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘不同步， 以及信號(hào)在傳播過程中受到大氣層的影響使得VW C,所以求得的距離 P并不等于衛(wèi)星到地面測(cè)站的實(shí)際距離，故將其稱為偽距。2 .在全球定位系統(tǒng)中為何要用測(cè)距碼來測(cè)定偽距？答：全球定位系統(tǒng)采用測(cè)距碼來進(jìn)行偽距測(cè)量，而不采用其他手段（如脈沖法），這是因?yàn)橛?測(cè)距碼來測(cè)定偽距具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1 ）易于將微

25、弱的衛(wèi)星信號(hào)提取出來。衛(wèi)星信號(hào)的發(fā)射功率有限，很容易被一些干擾信 號(hào)（如電視臺(tái)、移動(dòng)臺(tái)、微波中繼站等）所掩蓋，衛(wèi)星信號(hào)的強(qiáng)度一般只有這些噪聲信號(hào)強(qiáng)度 的萬分之一或更低。只有依據(jù)偽距碼的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，才能將衛(wèi)星信號(hào)從噪聲中提取出來；2 ）可提高測(cè)距精度。用測(cè)距碼進(jìn)行相關(guān)處理所獲得的偽距觀測(cè)值可以視為用積分間隔 中的每個(gè)碼分別測(cè)距，然后將測(cè)得的結(jié)果取平均后所獲得的均值，其精度顯然要高于脈沖法測(cè) 距的精度；3 ）便于用碼分多址技術(shù)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和處理。接收機(jī)接受信號(hào)時(shí)，衛(wèi)星信號(hào)會(huì) 連同噪聲一起進(jìn)入每個(gè)通道。但接收機(jī)在每個(gè)通道都規(guī)定了所觀測(cè)衛(wèi)星的PRNt,因此相應(yīng)通道只產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)衛(wèi)星的復(fù)制碼，而其他衛(wèi)

26、星的測(cè)距碼及噪聲與該復(fù)制碼可視為相互正交，相關(guān) 系數(shù)的影響趨于零。這樣就可以將其他衛(wèi)星信號(hào)及噪聲分離出去。因此讓每個(gè)通道皆產(chǎn)生與需要觀測(cè)的衛(wèi)星相同的測(cè)距碼，就能同時(shí)對(duì)視場(chǎng)中的n顆衛(wèi)星分別進(jìn)行偽距觀測(cè)，從而方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的識(shí)別和處理；4 ）便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。采用測(cè)距碼后，美國國防部可以通過公開某種碼的結(jié) 構(gòu)或?qū)δ撤N碼結(jié)構(gòu)進(jìn)行來對(duì)用戶使用該系統(tǒng)的程度加以控制。3 .寫出偽距測(cè)量的觀測(cè)方程并詳細(xì)闡述方程中各項(xiàng)的含義。答：偽距測(cè)量現(xiàn)測(cè)方程：弧雙一% + j% 其中:p 真實(shí)的衛(wèi)地幾何距離p ：偽距觀測(cè)值羽刖：電離層延遲改正 第對(duì)流層延遲改正。：衛(wèi)星?？?正數(shù) v接收機(jī)鐘改正數(shù)。：真空中的

27、光速4 .載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值是什么？進(jìn)行載波相位觀測(cè)時(shí)，GPS妾收機(jī)實(shí)際能量測(cè)、提供給用戶如下的觀測(cè)值：1）跟蹤到衛(wèi)星信號(hào)后的首次量測(cè)值，不足一周的部分Fr （中）2）其余各次觀測(cè)值整周計(jì)數(shù) Int （中）第九部分4.3觀測(cè)值的線性組合主要容首先介紹同類型同頻率觀測(cè)值的線性組合，解釋必要參數(shù)和多余參數(shù)的概念，詳細(xì)闡述單 差、雙差、三差觀測(cè)值；然后介紹同類型而不同頻率觀測(cè)值的線性組合，提出組合標(biāo)準(zhǔn)，主要 解釋常用的兩個(gè)線性組合觀測(cè)值：寬巷觀測(cè)值和無電離層延遲觀測(cè)值重點(diǎn)部分授：?jiǎn)尾睢㈦p差、三差，求差法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，寬巷觀測(cè)值和無電離層延遲觀測(cè)值習(xí)題：1. 靜態(tài)相對(duì)定位中，在衛(wèi)星之間求一次差可

28、有效消除或削弱的誤差項(xiàng)為：AA.衛(wèi)星鐘差B.電離層延遲誤差C.星歷誤差D.接收機(jī)鐘差2. 什么是單差、雙差和三差，它們各有什么特點(diǎn)？答：將直接觀測(cè)值相減，所獲得的結(jié)果被當(dāng)做虛擬觀測(cè)值，稱為載波相位觀測(cè)值的單差。包括 在衛(wèi)星間求一次差，在接收機(jī)間求一次差，在不同歷元間求一次差三種求差法。在載波相位測(cè) 量的一次求差基礎(chǔ)上繼續(xù)求差所獲得的結(jié)果被當(dāng)成虛擬觀測(cè)值，稱為雙差。常見的二次求差也 有三種：在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差；在接收機(jī)和歷元間求二次差；在衛(wèi)星和歷元間求二次差。 二次差仍可繼續(xù)求差，稱為求三次差。只有一種三次差，即在衛(wèi)星、接收機(jī)和歷元間求三次差?？紤]到GPSt位的誤差源，實(shí)際上廣為采用的求差

29、法有三種：在接收機(jī)間求一次差，在接 收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差，在衛(wèi)星、接收機(jī)和歷元間求三次差。他們各自的特點(diǎn)分別是：1 ）在接收機(jī)間求一次差：可以消除衛(wèi)星鐘差；接收機(jī)鐘差參數(shù)數(shù)量減少，但并不能消除接收 機(jī)鐘差；衛(wèi)星星歷誤差、電離層誤差、對(duì)流層延遲等的影響也可得以減弱。2 ）在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差：衛(wèi)星鐘差被消去；接收機(jī)相對(duì)鐘差也被消去；在每個(gè)歷元中 雙差觀測(cè)方程的數(shù)量均比單差觀測(cè)方程少一個(gè)；參數(shù)較少用一般的計(jì)算機(jī)就可勝任數(shù)據(jù)處理工作。3 ）在衛(wèi)星、接收機(jī)和歷元間求三次差：在二次差的基礎(chǔ)上進(jìn)一步消去了整周模糊度參數(shù)，但這并沒有多少實(shí)際意義；三差解是一種浮點(diǎn)解；三差方程的幾何強(qiáng)度較差。一般在GPSM

30、量中廣泛采用雙差固定解而不采用三差解，通常僅被當(dāng)做較好的初始值，或用于解決整周跳變的探 測(cè)與修復(fù)、整周模糊度的確定等問題。3 .為什么在一般的GPSt位中廣泛采用雙差觀測(cè)值？答：由于雙差觀測(cè)存在以下的優(yōu)點(diǎn)：消去了衛(wèi)星鐘差；接收機(jī)相對(duì)鐘差也被消去；在每個(gè)歷元中 雙差觀測(cè)方程的數(shù)量均比單差觀測(cè)方程少一個(gè)；參數(shù)大大減少，用一般的計(jì)算機(jī)就可勝任數(shù)據(jù)處理工作。4 .為什么在靜態(tài)相對(duì)定位載波測(cè)量中廣泛采用求差法？答：在載波測(cè)量中，多余參數(shù)的數(shù)量往往非常多，這樣數(shù)據(jù)處理的工作量十分龐大，對(duì)計(jì)算機(jī)及 作業(yè)人員的素質(zhì)也會(huì)提出較高的要求。止匕外，未知參數(shù)過多使得解的穩(wěn)定性減弱。而通過觀測(cè) 值相減即求差法可消除多余

31、觀測(cè)數(shù)，從而大大降低了工作量。5 .什么是寬巷觀測(cè)值？如何利用寬巷觀測(cè)值？答：寬巷觀測(cè)值 網(wǎng)虛I為兩個(gè)不同頻率的載波（Li,L 2）相位觀測(cè)值間的一種線性組合，即%if" % 一如。其對(duì)應(yīng)的頻率為小曲但"辦 一%=347.82MHz ,對(duì)應(yīng)的波長為兒滋心尸86.1兔m ,對(duì)應(yīng)的整周模糊度為M威二-川口。由于寬巷觀測(cè)值的波長達(dá)86cm,利用它可以很容易準(zhǔn)確確定其整周模糊度，進(jìn)而準(zhǔn)確確定N和第十部分6 .4周跳的探測(cè)與修復(fù)7 .5整周模糊度的確定主要容 首先介紹產(chǎn)生周跳的原因，提出周跳的探測(cè)及修復(fù)方法：高次差值法、多項(xiàng)式擬合法、 其他方法等；然后介紹靜態(tài)定位、動(dòng)態(tài)定位、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定

32、位中常用的模糊度確定方法：已 知基線法、交換天線法、go and stop法、OTF法等，詳細(xì)闡述整數(shù)解和實(shí)數(shù)解的概念重點(diǎn)部分授：探測(cè)修復(fù)周跳的方法；整周模糊度的確定方法習(xí)題：1. 什么叫整周跳變？在GPSM量中應(yīng)如何來解決整周周跳問題？答：如果由于某種原因使計(jì)數(shù)器在某段時(shí)間的累計(jì)工作產(chǎn)生中斷，那么恢復(fù)累計(jì)后的所有計(jì)數(shù)中都含有同一偏差，該偏差為中斷期間所丟失的整周數(shù)。對(duì)于不足一周部分 而言，由于接收機(jī)的正常工作，仍然是正確的，這種整周計(jì)數(shù)出現(xiàn)錯(cuò)誤而不足一周部分 仍然正確的現(xiàn)象稱為整周跳變，簡(jiǎn)稱周跳。周跳會(huì)影響結(jié)果精度，應(yīng)該進(jìn)行探測(cè)和修復(fù)。主要有高次差法，多項(xiàng)式擬 合法，用雙頻P碼探測(cè)修復(fù)以及三

33、次差法。2. 詳細(xì)介紹用高次差法或多項(xiàng)式擬合法修復(fù)整周跳變的算法。(僅選一種介紹)答:(1)高次差法對(duì)于一組不含整周跳變的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在相鄰的兩個(gè)觀測(cè)值間依次求差而求得一 次差，由于一次差實(shí)際上就是相鄰兩個(gè)觀測(cè)萬元衛(wèi)星至接收機(jī)的距離之差，也等于兩個(gè) 萬元間衛(wèi)星的徑向速度的平均值與采樣間隔的乘積。因此徑向的變化在求一次差后就要平緩得多。同樣，在兩個(gè)相鄰的一次差問繼續(xù)求差就得二次差。二次差為衛(wèi)星的徑向加 速度的均值與采樣間隔乘積，變化更加平緩。采用同樣的辦法求至四次差時(shí)，其值已趨 于零，其殘余誤差已呈現(xiàn)偶然特性。對(duì)于存在周跳的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，如果從某個(gè)觀測(cè)值開始有100周的周跳，就將使各次差產(chǎn)生相應(yīng)的誤差

34、，而且誤差的量會(huì)逐次放大，根據(jù)這一原理可探測(cè)出周跳發(fā)生的位 置及其大小。(2)多項(xiàng)式擬合法：將m個(gè)無周跳的載波相位觀測(cè)值代入下式，進(jìn)行多項(xiàng)式擬合：2十日 2代廣© * -甘)(i=1,2,.,m;m>n+1)用最小二乘法求得式中的多項(xiàng)式系數(shù) a0,a1,.,an,并根據(jù)擬合后的參差計(jì)算出中誤差.用求得的多項(xiàng)式系數(shù)來外推下一萬元的載波相位觀測(cè)值并與實(shí)際觀測(cè)值 進(jìn)行比較，當(dāng)兩者之差小于3倍中誤差時(shí)，認(rèn)為該觀測(cè)值無周跳.去掉最早的一個(gè)觀測(cè)值 假如上述無周跳的實(shí)際觀測(cè)值后續(xù)上述過程進(jìn)行多項(xiàng)式擬合.當(dāng)外推值與實(shí)際觀測(cè)值之差大于等于3倍中誤差時(shí)，認(rèn)為實(shí)際觀測(cè)值有周跳.此時(shí)應(yīng)采用外推的整周計(jì)

35、數(shù)去取代 有周跳的實(shí)際觀測(cè)值中的整周計(jì)數(shù)，但不足一周的部分Fr()仍保持不動(dòng).然后繼續(xù)上 述過程，直至最后一個(gè)觀測(cè)值為止。3. 在基線解算時(shí)，求解整周未知數(shù)的常用方法有哪些？答：取整法；置信區(qū)間法；模糊度函數(shù)法；整數(shù)解和實(shí)數(shù)解4. 為什么說準(zhǔn)確確定整周未知數(shù)是載波相位測(cè)量中的關(guān)鍵問題？答：(1)精確的”&)及修復(fù)周跳后的整周計(jì)數(shù)只有與正確的 N配合使用才有意義, N出錯(cuò)將嚴(yán)重?fù)p害定位精度和可靠性。(2)在一般的GPSM量中，定位所需的時(shí)間即為確定模糊度所需的時(shí)間，快速確定N對(duì)提高GPSt位速度，提高作業(yè)效率具有重要作用。5. 為什么在短基線GPSM量時(shí)一般都采用雙差固定解？答：在短基線

36、測(cè)量中，由于測(cè)站間所受到的誤差相關(guān)性好，利用雙差法就能較完善 地將這些誤差消除，因而通常都能獲得固定解。在中長基線測(cè)量中，誤差的相關(guān)性將減 弱，初始解的誤差將隨之增大，從而使模糊度參數(shù)很難固定。6. 何謂基線解算中的整數(shù)解（固定解）？簡(jiǎn)要說明其計(jì)算方法及優(yōu)點(diǎn)？答：當(dāng)整周模糊度參數(shù)取整數(shù)時(shí)所求得的基線向量解稱為整數(shù)解，也稱為固定解。計(jì)算步驟如下：1 ）求初始解。用修復(fù)周跳、剔除粗差后的載波相位觀測(cè)值進(jìn)行基線向量的解 算，求得基線向量及整周模糊度參數(shù)，這種解稱為初始解。由于各種誤差的影響，初始 解中的模糊度參數(shù)一般為實(shí)數(shù)。2 ）將整周模糊度固定為整數(shù)。采用取整法、置信區(qū)問法或其他方法，非常有 把握

37、將上述模糊度參數(shù)一一固定為整數(shù)。3 ）求固定解。將上述固定為整數(shù)的模糊度參數(shù)作為已知值代回法方程式，重新 求解基線向量，從而獲得固定解。整數(shù)解是在模糊度參數(shù)已被恢復(fù)為真值的基礎(chǔ)上求得的，是與一組不受誤差影響的、正確的、模糊度參數(shù)相對(duì)應(yīng)的解，所以精度較高。第十一部分4.6 單點(diǎn)定位4.7 相對(duì)定位主要容首先介紹單點(diǎn)定位所用的坐標(biāo)系，闡述用測(cè)碼偽距進(jìn)行單點(diǎn)定位的方法，精密單點(diǎn)定位的基本概念；然后詳細(xì)解釋三個(gè)基本概念：靜態(tài)相對(duì)定位、動(dòng)態(tài)相對(duì)定位、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位重點(diǎn)部分授： 用測(cè)碼偽距進(jìn)行單點(diǎn)定位；靜態(tài)相對(duì)定位和動(dòng)態(tài)相對(duì)定位習(xí)題：1 .什么是偽距單點(diǎn)定位？說明用戶在使用GPS妾收機(jī)進(jìn)行偽距單點(diǎn)定位時(shí)，為何需要同時(shí)觀測(cè)至少4顆GPSA星？答：根據(jù)GPSA星星歷和一臺(tái)GPS妾收機(jī)的偽距測(cè)量觀測(cè)值來直接獨(dú)立確定用戶接收機(jī)天線在 WGS-8姓標(biāo)系中的絕對(duì)坐標(biāo)的方法叫偽距單點(diǎn)定位，也叫絕對(duì)定位。由于進(jìn)行偽距單點(diǎn)定位時(shí)，每顆衛(wèi)星的偽距測(cè)量觀測(cè)值中都包含有接收機(jī)鐘差這一誤差，造成距離測(cè)量觀測(cè)值很不準(zhǔn)確。 需要將接收機(jī)鐘差作為一個(gè)未知數(shù)加入到偽距單點(diǎn)定位的計(jì)算中，再