GPS測量原理與應用

1、GPS測量原理與應用 試卷A卷一、填空（每空0.5分，共10分）1、GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分 ；地面控制部分 ；用戶部分 。2、GPS系統(tǒng)的空間部分由 顆工作衛(wèi)星及 顆備用衛(wèi)星組成，它們均勻分布在 個近似圓形軌道上。3、GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個 、三個 和五個 。4、GPS衛(wèi)星位置采用 大地坐標系。5、GPS系統(tǒng)中衛(wèi)星鐘和接收機鐘均采用穩(wěn)定而連續(xù)的 時間系統(tǒng)。6、GPS衛(wèi)星星歷分為 和 。7、GPS接收機依據(jù)其用途可分為： 接收機、 接收機和 接收機。第1頁共6頁 第2頁共6頁8、在GPS定位工作中，由于某種原因，如衛(wèi)星信號被暫時阻擋，或受到外界干擾影響，引起衛(wèi)星跟蹤的暫時

2、中斷，使計數(shù)器無法累積計數(shù)，這種現(xiàn)象稱為 。10、根據(jù)不同的用途，GPS網(wǎng)的圖形布設通常有：點連式、 、 和 四種基本方式。選擇什么樣的組網(wǎng)，取決于工程所要求的精度、野外條件及GPS接收機臺數(shù)等因素。二 、名詞解釋（每題3分，共18分） 1、偽距 2、GPS相對定位3、觀測時段4、同步觀測環(huán)5、后處理星歷6、靜態(tài)定位 三 、簡答（每題6分，共36分） 1、簡述GPS系統(tǒng)的特點2、簡述接收機的主要任務。3、簡述無攝運動中開普勒軌道參數(shù)。4、簡述偽距定位觀測方程中劃橫線參數(shù)的含義。式中，j 為衛(wèi)星數(shù)，j = 1 , 2 , 3 ,第 3頁共6頁 第4頁共6頁5、減弱電離層影響的措施。 6、簡述快速

3、靜態(tài)定位的作業(yè)方式。 四 、論述（共23分） 1、什么是偽距單點定位？說明用戶在使用GPS接收機進行偽距單點定位時，為何需要同時觀測至少4顆GPS衛(wèi)星？（13分）學號： 姓名： 年級： 專業(yè)：密封線 2、什么是多路徑誤差?試述消弱多路徑誤差的方法。（10分）五 、綜合分析（共13分） 根據(jù)下列控制網(wǎng)的圖形，用三臺天寶4800雙頻接收機作業(yè)，相鄰點的距離約1 km，儀器遷移時間約20-30分鐘，已知接收機的使用序號和機號如下表，要求最少有三個同步觀測環(huán)，同步觀測時間為1小時。序號機號129192293035306（1）編寫定位的先后次序（6分）。第5頁共6頁 第6頁共6頁（2）寫出三個同步觀測環(huán)

4、和一個獨立環(huán)。（4分）（3）根據(jù)下圖PDOP值選擇每一個同步觀測環(huán)最佳的觀測時段。（3分）GPS測量原理與應用 試卷A卷 答案一、填空（每空0.5分，共10分）1. GPS衛(wèi)星星座；地面監(jiān)控系統(tǒng)； GPS接收機2. 21；3；63. 主控站；注入站；監(jiān)測站4. WGS-845. GPS6. 預報星歷(廣播星歷)；后處理星歷（精密星歷）7. 導航型；測地（量）型；授時型8. 整周跳變（周跳）9. 邊連式；網(wǎng)連式；邊點混合連接二 、名詞解釋（每題3分，共18分）1. 偽距：就是由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達GPS接收機的傳播時間乘以光速所得出的量側距離。由于衛(wèi)星鐘、接收機鐘的誤差以及信號經(jīng)過電離層和對

5、流層的延遲，量側距離的距離與衛(wèi)星到接收機的幾何距離有一定的差值，因此，稱量側距離的偽距。2. GPS相對定位：是至少用兩臺GPS接收機，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺接收機天線之間的相對位置。3. 觀測時段：測站上開始接收衛(wèi)星信號到觀測停止，連續(xù)工作的時間段稱為觀測時段，簡稱時段。4. 同步觀測環(huán)：三臺或三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)。5. 后處理星歷：一些國家某些部門，根據(jù)各自建立的衛(wèi)星跟蹤占所獲得的對GPS衛(wèi)星的精密觀測資料，應用與確定廣播星歷相似的方法而計算的衛(wèi)星星歷。由于這種星歷是在事后向用戶提供的在其觀測時間內的精密軌道信息，因此稱為后處理星歷。6. 靜態(tài)定位

6、：如果在定位時，接收機的天線在跟蹤GPS衛(wèi)星過程中，位置處于固定不動的靜止狀態(tài)，這種定位方式稱為靜態(tài)定位。三 、簡答（每題6分，共36）1. 簡述GPS系統(tǒng)的特點1) 定位精度高 （1分）2) 觀測時間短 （1分）3) 測站間無需通視 （1分）4) 可提供三維坐標 （1分）5) 操作簡便（0.5分）6) 全天候作業(yè)（1分）7) 功能多，應用廣（0.5分）8) 回答：全能性、全球性、連續(xù)性和實時性的也各1分。2. 簡述接收機的主要任務。 當GPS衛(wèi)星在用戶視界升起時，接收機能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并能夠跟蹤這些衛(wèi)星的運行（2分）；對所接收到的GPS信號，具有變換、放大和處

7、理的功能（2分）；測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間（2分）。3簡述無攝運動中開普勒軌道參數(shù)。軌道橢圓的長半徑；（1分）軌道橢圓偏心率（或軌道橢圓的短半徑）；（1分）衛(wèi)星的真近點角；（1分）升交點赤經(jīng)；（1分）軌道面傾角；（1分）近地點角距。（1分）4. 簡述偽距定位觀測方程中劃橫線參數(shù)的含義。 5. 減弱電離層影響的措施。利用雙頻觀測;（2分）利用電離層改正模型加以改正;（2分）利用同步觀測值求差。 （2分）6. 簡述快速靜態(tài)定位的作業(yè)方式。 在測區(qū)中部選擇一個基準站，并安置一臺接收設備連續(xù)跟蹤所有可見

8、衛(wèi)星(3分)；另一臺接收機依次到各點流動設站，每點觀測數(shù)分鐘(3分)。四 、論述（共23分）1. 什么是偽距單點定位？說明用戶在使用GPS接收機進行偽距單點定位時，為何需要同時觀測至少4顆GPS衛(wèi)星？（13分）根據(jù)GPS衛(wèi)星星歷和一臺GPS接收機的偽距測量觀測值來直接獨立確定用戶接收機天線在WGS-84坐標系中的絕對坐標的方法叫單點定位，也叫絕對定位。（5分）由于進行偽距單點定位時，每顆衛(wèi)星的偽距測量觀測值中都包含有接收機鐘差這一誤差，造成距離測量觀測值很不準確。（4分）需要將接收機鐘差作為一個未知數(shù)加入到偽距單點定位的計算中，再加上坐標三個未知數(shù)，所以至少需要4個偽距觀測值，即需要同時觀測至

9、少4顆GPS衛(wèi)星。 （4分）2、什么是多路徑誤差?試述消弱多路徑誤差的方法。（10分） 在GPS測量中，如果測站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號進入接收機天線，這 就和直接來自衛(wèi)星的信號產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值，產(chǎn)生多路徑誤差。（5分）消多路徑誤差的方法:（1）選擇合適的站址 a、 測站應遠離大面積平靜地水面; （1分）b、 測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中; （1分）c、 測站應離開高層建筑物 . （1分）（2）對接收機天線的要求 a、在天線中設置抑徑板（1分）b、接收天線對于極化特性不同的反射信號應該有較強的抑制作用。（1分）五 、綜合分析（共13分） 僅為參考答案。（1）編寫

10、定位的先后次序。（6分） 觀測時段1：A點（接收機1）、B點（接收機2）、D點（接收機3）（2分）觀測時段2：A點（接收機1）、B點（接收機2）、C點（接收機3）（2分）觀測時段3：B點（接收機2）、C點（接收機3）、D點（接收機1）（2分）（2）寫出三個同步觀測環(huán)和一個獨立環(huán)。（4分）同步觀測環(huán)：觀測時段1的AB、BD、AD三邊所組成的閉合環(huán)；（1分）觀測時段2的AB、BC、AC三邊所組成的閉合環(huán)；（1分）觀測時段3的BC、CD、BD三邊所組成的閉合環(huán)；（1分）獨立環(huán)：觀測時段1的獨立邊AB、AD和觀測時段3的獨立邊BD三邊所組成的閉合環(huán)；（1分）；（沒有明確寫明是獨立邊的酌情處理）（3）根

11、據(jù)下圖PDOP值選擇每一個同步觀測環(huán)最佳的觀測時段。（3分）在這三個時間段內選擇較好：觀測時段1： 5：00 - 6：00（1分）觀測時段2： 13：30：- 14：30（1分）觀測時段3： 18：00 - 19：00（1分） （其他答案酌情處理）GPS測量原理與應用 試卷B卷一、填空（每空0.5分，共10分） 1、 衛(wèi)星定位中常采用空間直角坐標系及其相應的大地坐標系，一般取 為坐標系原點。2、我國目前常采用的兩個國家坐標系是 和 。3、GPS接收機的天線類型主要有： 、 、 和錐形天線。4、GPS接收機主要由 、 和 三部分組成。5、單站差分按基準站發(fā)送信息的方式來分，可分為 、 和載波相位

12、差分。6、與信號傳播有關的誤差有電離層折射誤差、 及 。7、GPS的數(shù)據(jù)處理基本流程包括數(shù)據(jù)采集、 、數(shù)據(jù)預處理、 、GPS網(wǎng)平差。8、GPS衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個 、三個 和五個 。第1頁共6頁 第2頁共6頁9、對于N臺GPS接收機構成的同步觀測環(huán)，有J條同步觀測基線，其中獨立基線數(shù)為 。10、雙頻接收機可以同時接收L1和 L2信號，利用雙頻技術可以消除或減弱 對觀測量的影響，所以定位精度較高，基線長度不受限制，所以作業(yè)效率較高。 二、名詞解釋（每題3分，共18分） 1、WGS-84 大地坐標系 2、GPS絕對定位3、廣域差分4、同步觀測5、異步觀測環(huán)6、整周跳變 三、簡答（每題6分，共

13、36分） 1、簡述美國GPS衛(wèi)星的主要參數(shù)。2、簡述衛(wèi)星的受攝運動及其主要攝動力。3、簡述動態(tài)定位的作業(yè)方法。4、如何減弱GPS接收機鐘差。第 3頁共6頁 第4頁共6頁5、試說明載波相位觀測值的組成部分。 6、簡述GPS衛(wèi)星的主要作用。 四 、論述（每題10分，共20分） 1、如何重建載波？其方法和作用如何？（10分） 2、GPS網(wǎng)的布網(wǎng)原則。（10分）五 、綜合分析（共16分）根據(jù)下列控制網(wǎng)的圖形，用三臺天寶4800雙頻GPS接收機作業(yè)，相臨點之間的距離約1 km，儀器遷移時間約2030分鐘，同步觀測時間為1小時，已知接收機的使用序號和天線編號如下表，試編寫GPS作業(yè)調度表。序 號機 號12

14、29192293031353066根據(jù)右圖編寫定位的先后次序。4根據(jù)下圖PDOP值選擇最佳的觀測時段，填入GPS作業(yè)調度表中。第 5頁共6頁 第6頁共6頁5根據(jù)控制網(wǎng)的圖形的觀測順序和觀測時間填寫GPS作業(yè)調度表。GPS作業(yè)調度表時段編號觀測時間測站號/名測站號/名測站號/名機號機號機號0123GPS測量原理與應用 試卷B卷 答案一、填空（每空0.5分，共10分）10. 地球質心 11. 1954年北京坐標系；1980年國家大地坐標系12. 單板天線；四螺旋形天線；微帶天線 13. GPS接收機天線單元 ； GPS接收機主機單元； 電源14. 位置差分；偽距差分 15. 對流層折射誤差；多路徑

15、效應誤差16. 數(shù)據(jù)傳輸；基線結算17. 主控站；注入站；監(jiān)測站18. N-119. 對流層折射二 、名詞解釋（每題3分，共18分）1. WGS-84 大地坐標系：原點位于地球質心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0定義的零子午面和CTP赤道的交點，Y軸與Z、X軸構成右手坐標系。2. GPS絕對定位:也叫單點定位，即利用GPS衛(wèi)星和用戶接收機之間的距離觀測值直接確定用戶接收機天線在WGS-84坐標系中相對坐標系原點的決對位置.3. 廣域差分:基本思想是對GPS觀測量的誤差源加以區(qū)分，并單獨對每一種誤差源分別加以“模型化”，然后將計算的每一種誤差

16、源的數(shù)值，通過數(shù)據(jù)鏈傳輸給用戶，以對用戶GPS定位誤差加以改正，達到削弱這些誤差源，改善用戶GPS定位精度的目的。4. 同步觀測:同步觀測是指兩臺或兩臺以上接收機同時對一組衛(wèi)星進行的觀測.5. 異步觀測環(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，則該改多邊形環(huán)路叫異步觀測環(huán)。6. 整周跳變：在定位過程中，衛(wèi)星信號可能被暫時阻擋，或受外界干擾影響，引起衛(wèi)星跟蹤的暫時中斷，使計數(shù)器無法累計計數(shù)，出現(xiàn)信號失鎖，使其后的相位觀測值均含有同樣的整周誤差，這種現(xiàn)象叫整周跳變，簡稱周跳。三 、簡答（每題6分，共36）1、簡述美國GPS衛(wèi)星的主要參數(shù)。GPS系統(tǒng)的空間部分由21顆工作衛(wèi)星及

17、3顆備用衛(wèi)星組成(2分)，它們均勻分布在6相對與赤道的傾角為55°的近似圓形軌道上，它們距地面的平均高度為20200Km，運行周期為11小時58分(2分)。載波頻率為1575.42MHz和1227.60MHz(2分)。2、簡述衛(wèi)星的受攝運動及其主要攝動力?？紤]了攝動力作用的衛(wèi)星運動稱為衛(wèi)星的受攝運動(2分)。主要的攝動力有：日月引力(1分)；地球潮汐作用力(1分)；太陽輻射壓力(1分)；大氣阻力(1分)。3、簡述動態(tài)定位的作業(yè)方法建立一個基準站安置接收機連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星 (2分)；流動站接收機先在出發(fā)點上靜態(tài)觀測數(shù)分鐘，然后流動站接收機從出發(fā)點開始連續(xù)運動(2分)；按指定的時間和

18、間隔自動測定運動載體的實體位置(2分)。4、如何減弱GPS接收機鐘差。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)處理中與觀測站的位置參數(shù)一并求解。(2分)認為各觀測時刻的接收機鐘差間是相關的，像衛(wèi)星鐘那樣，將接收機鐘差表示為時間多項式，并在觀測量的平差計算中求解多項式的系數(shù)。此法可大大減少未知數(shù)，其成功與否關鍵在與鐘誤差模型的有效程度。(2分)通過在衛(wèi)星間求一次差來消除接收機的鐘差。(2分)5、試說明載波相位觀測值的組成部分。完整的載波相位觀測值是由三部分組成的：即載波相位在起始時刻沿傳播路徑延遲的整周數(shù)(2分)，和從某一起始時刻至觀測時刻之間載波相位變化的整周數(shù)(2分)，以及接收

19、機所能測定的載波相位差非整周的小數(shù)部分(2分)。6、簡述GPS衛(wèi)星的主要作用。接收地面注入站發(fā)送的導航電文和其它信號；(2分)接收地面主控站的命令，修正其在軌運行偏差及啟用備件等；(2分)連續(xù)地向廣大用戶發(fā)送GPS導航定位信號，并用電文的形式提供衛(wèi)星自身的現(xiàn)勢位置與其它在軌衛(wèi)星的概略位置，以便用戶接收使用。(2分)四 、論述（每題10分，共20分）1、如何重建載波？其方法和作用如何？ 答：在GPS信號中由于已用相位調整的方法在載波上調制了測距碼和導航電文，因而接收到的載波的相位已不在連續(xù)，所以在進行載波相位測量之前，首先要進行解調工作，設法將調制在載波上的測距碼和衛(wèi)星電文去掉，重新獲取載波 (3分) 。重建載波一般可采用兩種方法：一是碼相關法，另一種是平方法 (3分) 。采用前者，用戶可同時提取測距信號和衛(wèi)星電文，但用戶必須知道測距碼的結構；采用后者，用戶無須掌握測距碼的結構，但只能獲得載波信號而無法獲得測距碼和衛(wèi)星電文 (4分) 。2、簡述GPS網(wǎng)的布網(wǎng)原則。答：為了用戶的利益，GPS網(wǎng)圖形設計時應遵循以下原則：（1）GPS網(wǎng)的布設應視其目的，作業(yè)時衛(wèi)星狀況，預期達到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照優(yōu)化設計原則進行。(2分)（2）GPS網(wǎng)一般應通過獨立觀測邊構成閉合圖形，例如一