GPS測量原理知識點總結(jié)

1、簡答題：1、1954年北京坐標系、2000國家大地坐標系、ITRF坐標框、WGS-84坐標系的定義，以及他們的區(qū)別和聯(lián)系。P22P26定義：北京54坐標系(BJZ54)，北京54坐標系為參心大地坐標系，大地上的一點可用經(jīng)度L54、緯度M54和大地高H54定位，它是以克拉索夫斯基橢球為基礎(chǔ)，經(jīng)局部平差后產(chǎn)生的坐標系。CGCS2000是右手地固直角坐標系。原點在地心，Z軸為國際地球旋轉(zhuǎn)局（IERS）參考級（IRP）方向，X軸為IERS的參考子午面（IRM）與垂直于Z軸的赤道面的交線，Y軸與Z軸和X軸構(gòu)成右手正交坐標系。參考橢球采用2000參考橢球。ITRF框架實質(zhì)上也是一種地固坐標系，其原點在地球

2、體系（含海洋和大氣圈）的質(zhì)心，以WGS-84橢球為參考橢球。WGS-84坐標系是一種國際上采用的地心坐標系.坐標原點為地球質(zhì)心,其地心空間直角坐標系的Z軸指向國際時間局（BIH）1984.0定義的協(xié)議地極（CTP）方向,X軸指向BIH1984.0的協(xié)議子午面和CTP赤道的交點,Y軸與Z軸、X軸垂直構(gòu)成右手坐標系。對應(yīng)于WGS84大地坐標系有WGS84橢球。區(qū)別：1.北京54，CGCS2000，WGS84,ITRF坐標都是是大地坐標，也就是我們通常所說的經(jīng)緯度坐標，但是它們基于的橢球體不同。2.1954年北京坐標系是采用常規(guī)的大地測量技術(shù)建立的二維參心坐標系。2000國家大地坐標系是三維地心坐標

3、系統(tǒng)。國際地球參考框架ITRF是一個地心參考框架。WGS-84坐標系原點是地球的質(zhì)心，它是一個地心地固坐標系。聯(lián)系：坐標系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換包括不同參心大地坐標系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換、參心大地坐標系與地心大地坐標系之間的轉(zhuǎn)換以及大地坐標與高斯平面坐標之間的轉(zhuǎn)換等。所以1954年北京坐標系、2000國家大地坐標系、WGS-84坐標系之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。2、為什么說確定整周模糊度是載波相位測量中的重要問題？確定整周模糊度有哪些方法？P63P64原因：整周模糊度（ambiguity of whole cycles）又稱整周未知數(shù)，是在全球定位系統(tǒng)技術(shù)的載波相位測量時，載波相位與基準相位之間相位差的首觀測值所對應(yīng)

4、的整周未知數(shù)。載波信號是一種周期性的正弦信號，而相位測量又只能測定其不足一個波長的部分，因而存在著整周數(shù)不確定的問題，使得結(jié)算過程變得比較復(fù)雜。方法：（1）偽距法（2）經(jīng)典方法分整數(shù)解和實數(shù)解兩種（3）多普勒法（三差法）（4）快速確定整周未知數(shù)法（5）動態(tài)初始化法3、GPS的誤差來源？P100來源分為：（1）衛(wèi)星部分：星歷誤差、鐘誤差、相對論效應(yīng)（2）信號傳播：電離層、對流層、多路徑效應(yīng)（3）信號接收：鐘的誤差、位置誤差、天線相位中心變化（4）其他影響：地球潮汐、負荷潮4、GPS數(shù)據(jù)的處理流程是什么？P147P1491、數(shù)據(jù)采集 2、數(shù)據(jù)傳輸 3、預(yù)處理 4、基線解算 5、GPS網(wǎng)平差。第一步

5、數(shù)據(jù)采集的是GPS接收機野外觀測記錄的原始觀測數(shù)據(jù)，野外觀測記錄的同時用隨機軟件解算出測站點的位置和運動速度，提供導(dǎo)航服務(wù)。數(shù)據(jù)傳輸至基線解算一般是用隨機軟件（后處理軟件）將接收機記錄的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，在計算機上進行預(yù)處理和基線解算。GPS網(wǎng)平差包括GPS基線向量網(wǎng)平差、GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)聯(lián)合平差內(nèi)容。整個數(shù)據(jù)處理過程可以建立數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。5、全球正在使用的定位系統(tǒng)有哪些？他們的區(qū)別是什么？P2P10全球正在使用的定位系統(tǒng)有:俄羅斯GLONASS系統(tǒng)、中國北斗星系統(tǒng)、歐洲伽利略系統(tǒng)、美國全球定位系統(tǒng)（GPS）。區(qū)別：美國的GPS全球定位系統(tǒng)：碼分多址、保密性好、防干擾、限民用精度。蘇聯(lián)的GL

6、ONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)：頻分多址，多條通道，按頻率多少分布，有規(guī)則可行，規(guī)定民用通道。歐盟的GALILEO全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)：定位精度高、提供多信號、具有全球搜救功能。我國的北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)：雙星快速定位，衛(wèi)星少，投資少；具備短信通信功能；不能覆蓋兩級地區(qū)，赤道附近定位精度差；高動態(tài)及保密性不好。6、為什么要消除鐘差？怎么消除？P109P113鐘差包括衛(wèi)星鐘差和接收機鐘差，它們屬于系統(tǒng)誤差。在GPS測量中，無論是碼相位觀測或載波相位觀測，均要求衛(wèi)星鐘和接收機鐘保持嚴格同步。衛(wèi)星鐘差：GPS衛(wèi)星上所安裝的原子鐘的鐘面時與GPS標準時間的誤差。 接收機鐘差：接收機鐘差是GPS接收機所使用的鐘的鐘

7、面時與GPS標準時之間的差異。怎么消除：誤差特性減弱措施星歷誤差在一定觀測時間內(nèi)呈系統(tǒng)性精密定軌；觀測值求差星鐘誤差有系統(tǒng)性，也有隨機性電文改正；觀測值在接收機間求差相對論效應(yīng)系統(tǒng)性生產(chǎn)時將鐘頻改變電離層與頻率、電離層密度有關(guān)雙頻觀測；模型改正；觀測值求差對流層與衛(wèi)星高度、與氣象有關(guān)模型改正；觀測值求差；測定氣象多路徑效應(yīng)與衛(wèi)星方向、反射物有關(guān)注意選點、改進天線接收機鐘誤差系統(tǒng)性作為未知數(shù)；觀測值星間求差機位置誤差偶然性精密對中天線中心誤差系統(tǒng)性觀測時天線同一方位安置地球自轉(zhuǎn)系統(tǒng)性計算改正地球潮汐系統(tǒng)性計算改正7、開普勒軌道參數(shù)有哪些？他們的定義和作用是什么？P32P33長半軸a、偏心率e、升

8、交點赤經(jīng)、近地點角距、軌道傾角、真近角點。定義：a為軌道的長半徑。e為軌道橢圓偏心率。w為近地點角距：即在軌道平面上近地點A與升交點N之間的地心角距。W為升交點赤經(jīng)：即在地球赤道平面上，升交點N與春分點r之間的地心夾角。即當衛(wèi)星由南向北運動時，其軌道與地球赤道面的一個交點。i為軌道傾角：即衛(wèi)星給軌道平面與地球赤道面之間的夾角。f為衛(wèi)星的真近點角：即軌道平面上衛(wèi)星與近地點之間的地心角距。作用：升交點赤經(jīng)和軌道傾角唯一確定了衛(wèi)星軌道平面與地球體之間的相對定向。近地點角距表達了開普勒橢圓在軌道平面上的定向。長半軸偏心率和真近角點唯一確定了衛(wèi)星軌道的形狀、大小以及衛(wèi)星在軌道上的瞬時位置。長半徑和偏心率

9、確定橢圓形狀和大小。真近角點確定任意時刻衛(wèi)星在軌道上的位置。8、周跳的定義，如何探測和處理？P64P67周跳的定義：在跟蹤衛(wèi)星過程中，由于某種原因，如衛(wèi)星信號被障礙物擋住而暫時中斷，或受無限電信號干擾造成失鎖。這樣，計算器無法連續(xù)計數(shù)，因此，當信號重新被跟蹤后，整周計數(shù)就不正確，但是不到一個整周的相位觀測仍是正確的。處理的方法：1、屏幕掃描法2、用高次差或多項式擬合法3、在衛(wèi)星間求差法4、用雙頻觀測值修復(fù)周跳5、根據(jù)平差后的殘差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)周跳變9、進行組合觀測的原因是什么？有哪些線性組合的方式？（繪圖表示）教材70-71原因：在兩個觀測站或多個觀測站同步觀測相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)

10、星鐘差、接收機鐘差以及電離層和對流層的折射誤差等對觀測量的影響具有一定的相關(guān)性，利用這些觀測量的不同組合（求差）進行相對定位，可有效地消除或減弱相關(guān)誤差的影響，從而提高相對定位的精度。設(shè)測站1和測站2分別在ti和ti+1時刻對衛(wèi)星K，j進行了載波相位觀測，ti時刻在測站1和測站2對K衛(wèi)星的載波相位觀測值為1k(t1)，2kti，對二者求差，得到接收機間對K衛(wèi)星的一次差分觀測值為：SD12kti=2kti-1k(t1) 。同樣對j衛(wèi)星，一次觀測值為：SD12jti=2jti-1j(t1)。二次差分即雙差觀測值為：DD12kjti=SD12jti-SD12kti =2jti-1jti- 2kti+

11、1k(t1)。三差觀測值為：TD12kjti,ti+1=DD12kjti+1-DD12kj(ti)10、第8章計算1題背公式。P116、P118、P144題目一、例：某GPS網(wǎng)由80個站組成，現(xiàn)準備用5臺GPS接收機來進行觀測，每站設(shè)站次數(shù)為4次，則觀測時段數(shù)、總基線數(shù)、獨立基線數(shù)、必要基線數(shù)和多余基線數(shù)分別是多少？n=80,N=5,m=4觀測時段數(shù)：C=n×m÷N=80×4÷5=64總基線數(shù)：J總=C×N×(N-1) ÷2=64×5×(5-1) ÷2=640獨立基線數(shù)：J獨=C ×(

12、N-1) =64 ×(5-1) =256必要基線數(shù)：J必= n-1=80-1=79多余基線數(shù)：J多= J獨-J必=256-79=177題目二、決定對某市的基礎(chǔ)控制網(wǎng)進行維護，現(xiàn)處于技術(shù)設(shè)計階段。根據(jù)實際情況，控制網(wǎng)采用三等GPS網(wǎng)，擬用10臺儀器，采用點連式進行觀測。布設(shè)37個GPS C級點。（第1，2問只用來知識拓展，只看第3問。）1、簡述三等大地控制網(wǎng)的目的和技術(shù)要求。2、簡述技術(shù)設(shè)計的目的和步驟。3、計算該網(wǎng)的總基線數(shù)、必要基線數(shù)、獨立基線數(shù)和多余基線數(shù)。1、 三等大地控制網(wǎng)布設(shè)的目的是建立和維持省級（或區(qū)域）大地控制網(wǎng)，滿足國家基本比例尺測圖的基本需要；結(jié)合水準測量、重力測量

13、技術(shù)，精化省級（或區(qū)域）似大地水準面。 三等大地控制網(wǎng)相鄰點間基線水平分量的中誤差應(yīng)不大于±10mm,垂直分量的中誤差不大于±20mm；各控制點的相對精度應(yīng)不低于1×10-6，其點間平均距離不應(yīng)超過20km。2、 技術(shù)設(shè)計的目的是制定切實可行的技術(shù)方案，保證測繪產(chǎn)品符合相應(yīng)的技術(shù)標準和要求，并獲得最佳的社會效益和經(jīng)濟效益。一般步驟如下： （1）收集資料。收集測區(qū)有關(guān)資料，包括測區(qū)的自然地理和人文地理，交通運輸，各種比例尺地形圖、交通圖，氣象資料以及已有的大地測量成果資料，如點之記、成果表及技術(shù)總結(jié)等。對收集的資料加以分析和研究，選取可靠和有價值的部分作為設(shè)計時的參

14、考。 （2）實地踏勘。擬定布網(wǎng)方案和計劃時，需要到測區(qū)進行必要的踏勘和調(diào)查，作為設(shè)計時的參考。（3）圖上設(shè)計。根據(jù)大地測量任務(wù)，按照有關(guān)規(guī)范和技術(shù)規(guī)定，在地形圖上擬定出控制點的位置和網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)，包括：控制網(wǎng)的精度、密度設(shè)計；控制網(wǎng)的基準設(shè)計；控制網(wǎng)的網(wǎng)形設(shè)計。（4）編寫技術(shù)設(shè)計書。按照編寫設(shè)計書的要求編制技術(shù)設(shè)計書。3、觀測點數(shù)n=37個，重復(fù)點3個，每點平均設(shè)站數(shù)為m=（37+3）/37=1.08，N=10 觀測時段數(shù)：C=n×m÷N=37×1.08÷10=4 總基線數(shù)：J總=C×N×(N-1) ÷2=4×10

15、×(10-1) ÷2=180 獨立基線數(shù)：J獨=C ×(N-1) =4 ×(10-1) =36 必要基線數(shù)：J必= n-1=37-1=36多余基線數(shù)：J多= J獨-J必=36-36=0題目三、課堂例題求閉合差：11、對流層對導(dǎo)航、定位的影響是怎么回事？如何消除？它的氣象學(xué)研究的現(xiàn)狀、前景、意義。P103P105影響：對流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能，其溫度隨高度的上升而降低，GPS信號通過對流層時，使傳播的路徑發(fā)生彎曲，從而使測量距離產(chǎn)生偏差。對流層折射誤差是由于信號傳播路徑的彎曲和大氣折射率的變化而使距離測量值產(chǎn)生的系統(tǒng)性偏差，當GPS發(fā)出的信號穿

16、過大氣層中的對流層時,會受到對流層大氣的折射影響,信號要發(fā)生彎曲和延遲,其中信號的彎曲量很小,而信號的延遲量卻很大，影響導(dǎo)航定位消除：（1）引用對流層模型加以改正，通過對流層延遲誤差修正模型來消除對流層對導(dǎo)航定位的影響，其氣象參數(shù)在測站直接測定。（2）引入描述對流層的附加待估參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中一并求得。（3）利用同步觀測量求差。（4）利用水汽輻射計直接測定信號傳播影像。意義：對流層改正一方面修正的模型精度不高，另一方面在組合觀測值中不能有效消除，因此，在形變監(jiān)測網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理中，計算并削弱這種由對流層折射所引起的延遲，獲得準確可靠的三維坐標，尤其是高程坐標是一個關(guān)鍵且迫切的任務(wù)準確計算出對流層延

17、遲不僅對提高GPS定位精度有很大的意義，而且可以作為結(jié)果，校正InSAR，改善成像質(zhì)量，還可以經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到對流層中的水汽含量，為氣象、交通等部門服務(wù)。現(xiàn)狀：對對流層延遲的影響，盡管可以選擇模型和彎曲函數(shù)加以改正，但是目前卻只能達到厘米級的精度，主要原因是對流層中的水汽在時間和空間上呈現(xiàn)隨機變化，這種變化靠建立一種數(shù)學(xué)模型來準確描述是困難的。理論分析與實踐研究表明，目前采用的各種對流層模型，難以將對流層的影像減少至92%95%.12、我國采用的高程系統(tǒng)是什么？大地高，正常高、正高之間的關(guān)系。（1）我國采用的高程系統(tǒng)是正常高系統(tǒng)（2）正高、正常高、大地高之間的關(guān)系 1.正高系統(tǒng)是以大地水準面為基準

18、面的高程系統(tǒng)。某點的正高是該點到通過該點的鉛垂線與大地水準面的交點之間的距離，正高用符號Hg表示。 2.正常高系統(tǒng)是以似大地水準面為基準的高程系統(tǒng)。某點的正常高是該點到通過該點的鉛垂線與似大地水準面的交點之間的距離，正常高用Hg表示。 3.大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準面的高程系統(tǒng)。某點的大地高是該點到通過該點的參考橢球的法線與參考橢球面的交點間的距離。大地高也稱為橢球高，大地高一般用符號H表示。大地高是一個純幾何量，不具有物理意義，同一個點，在不同的基準下，具有不同的大地高。大地高=正高+大地水準面差距；大地高=正常高+高程異常13、精密單點定位的定義，研究和發(fā)展現(xiàn)狀。P98P99定義：所謂

19、的精密單點定位指的是利用全球若干地面跟蹤站的GPS 觀測數(shù)據(jù)計算出的精密衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差, 對單臺GPS 接收機所采集的相位和偽距測量值進行定位解算。研究：利用這種預(yù)報的GPS 衛(wèi)星的精密星歷或事后的精密星歷作為已知坐標起算數(shù)據(jù)；同時利用某種方式得到的精密衛(wèi)星鐘差來替代用戶GPS 定位觀測值方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù)；用戶利用單臺GPS 雙頻雙碼接收機的觀測數(shù)據(jù)在數(shù)千萬平方公里乃至全球范圍內(nèi)的任意位置都可以2-4mm級的精度，進行實時動態(tài)定位或2-4cm級的精度進行較快速的靜態(tài)定位。 發(fā)展：實現(xiàn)全球精密實時動態(tài)定位與導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)，也是GPS 定位方面的前沿研究方向。14、廣播星歷和精密星歷的定義

20、，區(qū)別。P39P41廣播星歷又叫預(yù)報星歷，是定位衛(wèi)星發(fā)播的無線電信號上載有預(yù)報一定時間內(nèi)衛(wèi)星根數(shù)的電文信息。精密星歷是由若干衛(wèi)星跟蹤站的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)事后處理算得的供衛(wèi)星精密定位等使用的衛(wèi)星軌道信息。區(qū)別：（1）前者是接收機直接從天線接收到的衛(wèi)星所發(fā)射的信號中分離出來的。（2）后者是通過在地面上的固定已知精確坐標的觀測點聯(lián)合觀測數(shù)據(jù)反算出來的衛(wèi)星軌道。（3）利用廣播星歷進行短基線實時解算所得基線精度較高，但其誤差隨基線長度的增加而變大，故對于長基線且點位精度要求較高的用戶，還是需要用精密星歷來進行精確定位，使用精密星歷可以使精度提高幾個數(shù)量級。(4)二者更新頻率不同。論述題：16、如何認識3S集成技術(shù)（3S集成的作用與意義）。參考答案二：3S集成將GPS、航空航天遙感(RS)技術(shù)和GIS技術(shù)根據(jù)應(yīng)用需要，有機地組合成一體化的、功能更強大的新型系統(tǒng)的技術(shù)和方法。3S集成的作用：3S集成更多的是兩兩結(jié)合，即GPS與RS結(jié)合，GPS與GIS結(jié)合和RS與G