GPS測量與大數(shù)據(jù)處理考點

GPS測量與數(shù)據(jù)處理名詞解釋。周跳與特點：整周計數(shù)出現(xiàn)系統(tǒng)偏差，而不足一整周的部分仍然保持正確的現(xiàn)象。多路徑效應(yīng):經(jīng)某些物體表面反射后到達接收機的信號與直接來自衛(wèi)星的信號疊加干擾后進入接收機，將使測量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。載波：可運載調(diào)制信號的高頻振蕩波。L1載波：由衛(wèi)星上的原子鐘所產(chǎn)生的的基準(zhǔn)頻率f0（=10.23MHz）倍頻154倍后形成的。L2載波：由f0倍頻120倍后形成的。L5載波：由f0倍頻115倍。作用：更好地消除電離層延遲，組成更多線性組合觀測值。測距碼：用于測定從衛(wèi)星至接收機間的距離的二進制碼O（GPS衛(wèi)星所用屬于偽隨機噪聲碼。）偽隨機噪聲碼相關(guān)系數(shù)：不同的碼相關(guān)系數(shù)為0或1/n,對齊的碼相關(guān)系數(shù)為1（GPS測距：衛(wèi)星發(fā)射天線的（平均）相位中心至接收機接收天線相位中心之間的距離。導(dǎo)航電文：由GPS向用戶播發(fā)的一組反映衛(wèi)星在空間的運行軌道、衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)、電離層延遲修正參數(shù)及衛(wèi)星的工作狀態(tài)等信息的二進制代碼。衛(wèi)星星歷：用于描述太空飛行體位置和速度的表達式（衛(wèi)星星歷的時間按世界標(biāo)準(zhǔn)時間（UTC）計算。GPS時不跳秒，UTC會跳秒。廣播星歷：由GPS的地面控制部分所確定和提供的，經(jīng)GPS衛(wèi)星向所有用戶公開播發(fā)的一種預(yù)報星歷（采用1984年世界大地坐標(biāo)系。精密星歷：為滿足精密應(yīng)用領(lǐng)域的需要而研制、生產(chǎn)的一種高精度的事后星歷。按一定時間間隔（通常15min）來給出衛(wèi)星在空間的三維坐標(biāo)、三維運動速度及衛(wèi)星鐘改正數(shù)等信息。整周模糊度：相對定位：確定同步跟蹤相同的GPS衛(wèi)星信號的若干臺接收機之間的相對位置（坐標(biāo)差）的定位方法。靜態(tài)定位：如果待定點在地固坐標(biāo)系中的位置只存在可忽略的變化，數(shù)據(jù)處理時，整個時段內(nèi)的待定點坐標(biāo)都可以認為是固定不變的一組常數(shù)。確定這些待定點的位置稱為靜態(tài)定位。動態(tài)定位：一個時段內(nèi)，待定點在地固坐標(biāo)系中位置有顯著變化，數(shù)據(jù)處理時，每個歷元的帶頂點坐標(biāo)均需作為一組未知參數(shù)，確定這些載體在不同時刻的瞬時位置的工作稱為動態(tài)定位。衛(wèi)星天線相位中心偏差：衛(wèi)星天線相位中心與衛(wèi)星質(zhì)心之間的差異。衛(wèi)星星歷誤差：衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星位置和速度與衛(wèi)星實際位置與速度之差。相對論效應(yīng)：由于衛(wèi)星鐘和接收機鐘所處的狀態(tài)不同而引起的相對鐘誤差。電離層延遲（折射）：60km-1000km大氣層在紫外線、X射線、y射線和高能粒子的作用下，該區(qū)域內(nèi)的氣體分子和原子產(chǎn)生電離，形成自由電子和正離子，影響無線電信號的傳播，使傳播速度發(fā)生變化，傳播路徑產(chǎn)生彎曲，使信號傳播時間與真空中光速的乘積不等于衛(wèi)星至接收機間的幾何距離。對流層延遲（折射）：50km以下的大氣層，大氣折射率取決于氣溫、氣壓和相對濕度等因子，信號的傳播路徑也會產(chǎn)生彎曲。多路徑效應(yīng):經(jīng)某些物體表面反射后到達接收機的信號與直接來自衛(wèi)星的信號疊加干擾后進入接收機，將使測量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。相關(guān)系數(shù)R=（相同碼元數(shù)-不同碼元數(shù)）/總碼元數(shù)。多余參數(shù)：用戶不感興趣，但為了模型精度不得不引入的參數(shù)。基線解算：利用同步觀測數(shù)據(jù)，確定接收機間的相對位置。固定解：當(dāng)整周模糊度參數(shù)取整數(shù)時所求得的基線向量解，也稱整數(shù)解。浮點解：當(dāng)整周模糊度參數(shù)取實數(shù)時所求得的基線向量解，也稱實數(shù)解。單點定位：根據(jù)衛(wèi)星星歷給出的瞬間衛(wèi)星在空間的位置和衛(wèi)星鐘差，由一臺接收機測定的從衛(wèi)星至接收機的距離，通過距離交會法來獨立測定該接收機在地球坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)（及接收機鐘差）的定位方法。DOP：三維點位精度衰減因子PDOP；時間精度衰減因子TDOP；幾何精度衰減因子GDOP；二維平面精度衰減因子HDOP；高程精度衰減因子VDOP。中誤差m=m0*DOP。精密單點定位（PPP）：利用載波相位觀測值以及由IGS等組織提供的高精度的衛(wèi)星星歷及衛(wèi)星鐘差來進行高精度單點定位的方法。差分GPS：RTK：利用GPS載波相位觀測值進行實時動態(tài)相對定位的技術(shù)。CORS系統(tǒng)：連續(xù)運行參考系統(tǒng)，以提供衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)為主的多功能服務(wù)系統(tǒng)。閉合環(huán)及環(huán)閉合差同步觀測環(huán)RINEX格式：與接收機無關(guān)的通用標(biāo)準(zhǔn)格式。基線向量：由2臺以上GPS接收機所采集的同步觀測數(shù)據(jù)形成的差分觀測值，通過參數(shù)估計方法所計算出的接收機間的三維坐標(biāo)差。網(wǎng)平差簡答。C/A碼（粗碼）的作用：捕獲衛(wèi)星信號；粗略測距?！綪碼為精碼，原本用于軍方嚴格保密?，F(xiàn)被Y碼取代?！啃盘栒{(diào)制：1.調(diào)幅；調(diào)頻；調(diào)相。GPS衛(wèi)星信號采用二進制相位調(diào)制法。GPS測量中的誤差：與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：a） 衛(wèi)星星歷誤差：衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星位置和速度與衛(wèi)星實際位置與速度之差。b） 衛(wèi)星鐘的鐘誤差：衛(wèi)星鐘讀數(shù)與真實的GPS時間之差。c） 相對論效應(yīng)：由于衛(wèi)星鐘和接收機鐘所處的狀態(tài)不同而引起的相對鐘誤差。d） 信號在衛(wèi)星內(nèi)的時延:開始生成測距信號至信號生成并離開發(fā)射天線相位中心間的時間。e） 衛(wèi)星天線相位中心偏差：衛(wèi)星天線相位中心與衛(wèi)星質(zhì)心之間的差異。與信號傳播有關(guān)的誤差：a） 電離層延遲（折射）：60km-1000km大氣層在紫外線、X射線、y射線和高能粒子的作用下，該區(qū)域內(nèi)的氣體分子和原子產(chǎn)生電離，形成自由電子和正離子，影響無線電信號的傳播，使傳播速度發(fā)生變化，傳播路徑產(chǎn)生彎曲，使信號傳播時間與真空中光速的乘積不等于衛(wèi)星至接收機間的幾何距離。b） 對流層延遲（折射）：50km以下的大氣層，大氣折射率取決于氣溫、氣壓和相對濕度等因子，信號的傳播路徑也會產(chǎn)生彎曲。c） 多路徑效應(yīng):經(jīng)某些物體表面反射后到達接收機的信號與直接來自衛(wèi)星的信號疊加干擾后進入接收機，將使測量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。與接收機有關(guān)的誤差：a） 接收機鐘的鐘誤差。b） 接收機的位置誤差。c） 接收機測量的噪聲。d） 接收機天線相位中心誤差。e） 信號在接收機內(nèi)的時延。消除或削弱GPS誤差影響的方法和措施：模型改正法。（理論公式/經(jīng)驗公式。）求差法。（誤差具有較強的相關(guān)性。）參數(shù)法。（參數(shù)估計。）回避法。電離層改正：經(jīng)驗?zāi)Ｐ透恼?。雙頻改正模型。三頻觀測值改正。高精度GPS測量中的對流層改正:待定參數(shù)法。隨機模型法。削弱多路徑誤差的方法：選擇合適的站址；選擇合適的接收機；適當(dāng)延長觀測時間；數(shù)據(jù)處理。（參數(shù)法、模型法等。）測距碼測距的特點：易于將微弱的衛(wèi)星信號提取出來；與脈沖信號相比可提高測距精度；便于用CDMA（碼分多址）技術(shù)對衛(wèi)星信號進行識別和處理；便于對系統(tǒng)進行控制和管理。偽距觀測值：p波浪線=衛(wèi)星與接收機真正距離p-（電離層延遲改正Vion）-（對流層延遲改正Vtrop）+c*衛(wèi)星鐘改正數(shù)Vts-c*接收機鐘改正數(shù)VtR.至少要觀測四個衛(wèi)星才能獲得接收機位置。精度較低。載波相位測量：優(yōu)點：精度高缺點：整周模糊度問題（：平方法恢復(fù)的是半波長的載波，難以確定）；整周跳變問題。重建載波（：碼相關(guān)法、平方法、互相關(guān)技術(shù)、Z跟蹤技術(shù)。）周跳；整周模糊度。載波相位觀測值①=N0+整周計數(shù)Int0+不足整周部分Fr（①）。單差、雙差、三差觀測值：（消除鐘差、整周模糊度等未知參數(shù)。）站間一次差分：在接收機之間求一次差。站間星間：在接收機和衛(wèi)星間求二次差。站間、星間、歷兀間各求一次：三次差。數(shù)據(jù)利用率低。（只有同步數(shù)據(jù)才能進行差分。）引入基線矢量替代了位置矢量。差分觀測值間有相關(guān)性，使問題復(fù)雜化。解的通用性差，某些參數(shù)無法求出。周跳與特點：（電源故障或振蕩器本身故障不屬于整周跳變。）產(chǎn)生周跳的原因：障礙物阻擋。接收機天線運動。接收衛(wèi)星信號信噪比低。接收機衛(wèi)星故障。周跳的特點：全波長載波相位觀測值周跳大小為載波波長的整數(shù)倍。平方法的觀測值周跳為kA/2.如果在歷元T1與T2之間發(fā)生了周跳，從T2歷元開始的后續(xù)各歷元上整周數(shù)減少了n周，曲線會變得不連續(xù)不規(guī)則，用戶只需將后半段有周跳的曲線平行上移與前半段保持平滑連續(xù)就能完成周跳的修復(fù)。探測周跳的方法：高次差法：將誤差的量逐次放大。多項式擬合法。雙頻相位擬合法。外部約束法。整周模糊度：確定方法：取整法；置信區(qū)間搜索法。FARA法、已知基線法、交換天線法等。意義：獲得高精度定位結(jié)構(gòu)的必要條件；對作業(yè)效率具有決定性作用?；€解算的過程：求初始解；將整周模糊度固定為整數(shù)；（重點）求固定解。相對定位的優(yōu)缺點：（與所用的星歷屬同一坐標(biāo)系。）優(yōu)點：高精度缺點：至少需要2臺接收機同步觀測；數(shù)據(jù)處理較麻煩；不能直接獲取絕對坐標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)RTK的組成：基準(zhǔn)站網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理中心及數(shù)據(jù)播發(fā)中心；數(shù)據(jù)通信鏈路；用戶。差分GPS：單點定位。將GPS單點定位結(jié)果與已知站坐標(biāo)比較。計算較為簡單，數(shù)據(jù)傳輸量也少，基準(zhǔn)站與流動站需要觀測相同的一組衛(wèi)星。（不需完全相同，不能完全不同。）差分改正數(shù)：距離改正數(shù)：基站坐標(biāo)與衛(wèi)星星歷計算的站星距-觀測距離。位置改正數(shù)：接收機對衛(wèi)星進行觀測確定的觀測坐標(biāo)與已知坐標(biāo)之差。廣域差分與單站、局域差分的基本區(qū)別在于：后兩者將綜合影響播發(fā)給用戶，前者將誤差分別估算出來播發(fā)給用戶。影響基線解算結(jié)果的因素：基線解算時所設(shè)定的起點坐標(biāo)不準(zhǔn)確。少數(shù)衛(wèi)星觀測時間太短，導(dǎo)致這些衛(wèi)星的整周未知數(shù)無法準(zhǔn)確確定。周跳探測、修復(fù)不正確。（可通過殘差圖判別。）觀測時段內(nèi)，多路徑效應(yīng)比較嚴重，觀測值的改正數(shù)普遍較大。對流層或電離層折射影響過大。無電離層觀測值進行基線解算可以改善殘差系統(tǒng)分布趨勢，