版空間大地測量思考題答案

1、空間大地測量學(xué)思慮題簡述天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系的差異。答：天球坐標(biāo)系：不隨地球自轉(zhuǎn)的地心坐標(biāo)系，是空間固定坐標(biāo)系，用于對衛(wèi)星地址描述。地球坐標(biāo)系：與地球固聯(lián)的地心坐標(biāo)系，用于描述用戶空間地址。也就是把地球視為理想球體，以其旋轉(zhuǎn)軸兩極的最短球面連線為經(jīng)線，垂直于經(jīng)線的是緯線形成的角度坐標(biāo)系。兩者差異：天球坐標(biāo)是天文用的，地球坐標(biāo)是地理用的；天球坐標(biāo)能描述星體有對于地球的角度地址，地球坐標(biāo)只描述物體在地球表面的地址。它們都是角坐標(biāo)系，但是地球坐標(biāo)是以地球表面為球面的，是有半徑的；而天球坐標(biāo)半徑?jīng)]關(guān)，只若是某一球面即可試述歷元天球坐標(biāo)系到協(xié)議地球坐標(biāo)系的變換過程。答：（1）歲差旋轉(zhuǎn)變換ZM（t0)表

2、示歷元J2000.0年平天球坐標(biāo)系z軸指向，ZM（t）表示所論歷元時刻t真天球坐標(biāo)系z軸指向。兩個坐標(biāo)系間的變換式為：xyzM(t)Rz(ZA)Ry(A)Rz(xA)yzM(t0)式中：A，A，ZA為歲差參數(shù)。（2）章動旋轉(zhuǎn)變換近似地有章動旋轉(zhuǎn)變換式：xyzc(t)Rx()Rz()Rx()xyzM(t)式中：為所論歷元的平黃赤交角，分別為黃經(jīng)章動和交角章動參數(shù)。（3）瞬時極天球坐標(biāo)系與瞬時極地球坐標(biāo)系的變換關(guān)系為：xxyRz(G)yzetzct下標(biāo)et表示對應(yīng)t時刻的瞬時極地球坐標(biāo)系，ct表示對應(yīng)t時刻的瞬時極天球坐標(biāo)系。G為對應(yīng)平格林尼治子午面的真春分點時角。（4）平川球坐標(biāo)系與瞬時地球坐標(biāo)

3、系的變換公式：xxyRy(xp)Rx(yp)yzemzet下標(biāo)em表示平川球坐標(biāo)系，et表示t時的瞬時地球坐標(biāo)系，xp,yp為t時刻以角度表示的極移值。簡述恒星時、真太陽時與平太陽時的差異。恒星時是以春分點為參照點，同春分點的周日視運(yùn)動所確定的時間，春分點兩次經(jīng)過地方上子午圈的時間間隔為一恒星日。平太陽時假設(shè)一個參照點的視運(yùn)動速度等于真太陽周年運(yùn)動平均速度，且其在天球赤道上作周年視運(yùn)動，這個參照點稱為平太陽。平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過當(dāng)?shù)刈游缛Φ臅r間間隔為一平太陽日，包括24個平太陽時。真太陽時以真實的太陽為參照點，太陽視圓面中心連續(xù)兩次上中天的時間間隔叫一個真太陽日，一個真太陽日分為24小時。由于真

4、太陽的運(yùn)行速度和時角變化率不平均，不適于作為計量平均時間的基準(zhǔn)。一個恒星日=一個平太陽日-355.909。真太陽時與平太陽時的時刻之差即為時差。簡述衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動所受的力的作用。除地球引力外，還有其他攝動力：地球引力場攝動力地球體的非球性及其質(zhì)量分布不平均而引起的作用力日月引力日月引力引進(jìn)的衛(wèi)星地址攝動主要表現(xiàn)為一各長周期攝動太陽光壓力衛(wèi)星在運(yùn)行中將直接或間接受太陽光輻射壓力的影響而使軌道產(chǎn)生攝動其他攝動力a固體潮及大浪潮汐攝動固體潮和大浪潮汐將改變地球重力位對衛(wèi)星產(chǎn)生攝動加速度b大氣的攝動力大氣阻力對低軌道衛(wèi)星特別敏感地球引力場攝動力對衛(wèi)星的運(yùn)動有那些影響。主若是與地極扁率相關(guān)的二階諧系數(shù)

5、項引起，其對衛(wèi)星的影響有3點分別為：引起軌道平面在空間旋轉(zhuǎn)，是升交點赤經(jīng)產(chǎn)生周期性變化、引起近地址在軌道平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，以致近升角距的變化、引起平近點角的變化日、月引力對衛(wèi)星的運(yùn)動有哪些影響。日月引力對衛(wèi)星軌道的影響，是由太陽和月亮的質(zhì)量，對衛(wèi)星所產(chǎn)生的引力加速度而產(chǎn)生的。日月引力的影響還會產(chǎn)生潮汐現(xiàn)象，而地球的潮汐現(xiàn)象也將影響衛(wèi)星的運(yùn)動。主要表現(xiàn)為一種長周期攝動；太陽力的影響僅為月球引力影響的46%。試述多普勒測距的基根源理。簡述GPS定位時間系統(tǒng)與協(xié)調(diào)世界時UTC之間的差異。:UTC：原子時誠然是秒長平均的，牢固度很高的時間系統(tǒng)，但其與地球自轉(zhuǎn)沒關(guān)。世界時雖不平均，但與地球自轉(zhuǎn)親密相關(guān)。原子時

6、的秒長與世界時的秒長不相等，兩者每年相差1秒，這樣積累下去兩者會愈差愈大。為了協(xié)調(diào)原子時與世界時的關(guān)系，建立了一種折衷的時間系統(tǒng)稱之為協(xié)調(diào)世界時UTC。GPS定位時：由GPS主控站的高精度原子鐘準(zhǔn)時與授時。長采用原子時秒長。起點：1980年1月6日0時。表示方法：GPS周+一周內(nèi)的秒數(shù)兩者的的關(guān)系：GPST=UTC+n119(s)1980年1月6日0時,n=19,GPST與UTC時相一至。簡述GPS定位系統(tǒng)的組成，并說明各部分的作用。空間星座GPS衛(wèi)星星座由24顆（3顆備用）衛(wèi)星組成，分布在6個軌道內(nèi)，每個軌道4顆。基本功能：接收和儲藏由地面監(jiān)控站發(fā)出的導(dǎo)航信息，接收并執(zhí)行監(jiān)控站的控制指令；利

7、用衛(wèi)星的微辦理機(jī)，對部分必要的數(shù)據(jù)進(jìn)行辦理；經(jīng)過星載原子鐘供應(yīng)精美時間標(biāo)準(zhǔn)；向用戶發(fā)送定位信息；在地面監(jiān)控站的指令下，經(jīng)過推進(jìn)器調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星。(2)地面監(jiān)控地面監(jiān)控部分由分布在全球的5個地面站組成，包括5個監(jiān)測站，1個主控站，3個信息注入站。監(jiān)測站：對GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)察看，進(jìn)行數(shù)據(jù)自動采集并監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀況。主控站：協(xié)調(diào)停管理地面監(jiān)控系統(tǒng)，主要任務(wù)：依照本站和其他監(jiān)測站的察看資料，計算編制各衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣修正參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳達(dá)到注入站；供應(yīng)全球定位系統(tǒng)時間基準(zhǔn)；各監(jiān)測站和衛(wèi)星原子鐘，均應(yīng)與主控站原子鐘同步，測出此間的鐘差，將鐘差信息編入導(dǎo)航電文，送入注入站；調(diào)GPS

8、整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預(yù)定軌道運(yùn)行；啟用備用衛(wèi)星代替無效工作衛(wèi)星。注入站：在主控站控制下，將主控站計算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文和其他控制指令等，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的儲藏系統(tǒng)，并監(jiān)測注入信息的正確性。(3)用戶設(shè)備由GPS接收機(jī)硬件和數(shù)據(jù)辦理軟件以及微辦理機(jī)和終端設(shè)備組成。GPS接收機(jī)硬件主要接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及察看量，并經(jīng)簡單數(shù)據(jù)辦理而實現(xiàn)實時導(dǎo)航和定位。GPS軟件主要對察看數(shù)據(jù)進(jìn)行精加工，以便獲得精美定位結(jié)果。10.什么是廣播星歷？什么是精美星歷？兩者的差異是什么？答廣播星歷：共有16個星歷參數(shù)：1個參照歷元，6個相應(yīng)歷元下的橢圓軌道參數(shù)和9個反響攝動

9、力影響的改正項參數(shù)。每小時宣布一組最新星歷，即參照歷元相互相隔1小時；星歷精度在2040m之間。精美星歷：按一準(zhǔn)時間間隔給出衛(wèi)星在地固坐標(biāo)系下的三維地址、三維速度和鐘差。精度可達(dá)分米級，有償索取，技術(shù)復(fù)雜，投資較高。說明C/A碼及P碼的產(chǎn)生過程及其特點。C/A碼：2個10級反響移位寄存器相組合產(chǎn)生，碼長Nu=1010-1=1023。P碼：2組各有2個12級反響移位寄存器組成，碼長Nu=2.35X1014。1）C/A碼特點：碼長較短，易于捕獲，經(jīng)過捕獲C/A碼所得信息，可以方便捕獲P碼（捕獲碼）；碼元寬度較大，精度較底（粗捕獲碼）。2）P碼特點：多經(jīng)過C/A碼捕獲，碼長更短，周期長，精度高，用于

10、較精美導(dǎo)航和定位（精碼）。簡述偽隨機(jī)噪聲碼測距原理及載波相位測距原理。偽隨機(jī)噪聲碼測距原理：在某一瞬時利用GPS接收機(jī)同時測定最少四顆衛(wèi)星的偽距，依照已知的衛(wèi)星地址和偽距察看值，采用距離交會法求出接收機(jī)的三維坐標(biāo)和時鐘改正數(shù)。偽距定位法定一次位的精度其實不高，但定位速度快，經(jīng)幾小時的定位也可達(dá)米級的若再增加察看時間，精度還可以提高。載波相位測量原理：若衛(wèi)星S發(fā)出一載波信號，該信號向各處流傳。設(shè)某一瞬時，該信號在接收機(jī)R處的相位為?R，在衛(wèi)星S處的相位為?S。?R和?S為從某一起始點開始計算的包括整周數(shù)在內(nèi)的載波相位，為方便計，均以周數(shù)為單位。但因無法察看?S，所以該方法無法推行。試以兩個GPS

11、接收機(jī)、兩顆衛(wèi)星和兩個時間歷元為例，寫出單差、雙差和三差察看方程，并說各自特點。單差：在不相同察看站同步察看相同衛(wèi)星所得察看量之差。j(t)雙差：在不相同察看站同步察看k(t)k(t)j(t)同一組衛(wèi)星所得單差之差。三差：于不相同歷元同步察看同一組衛(wèi)星所得察看量的雙差之差。設(shè)有a個測站，察看了b顆衛(wèi)星，c個歷元單差：察看方程數(shù)（a-1)*b*c,未知參數(shù)總數(shù)(a-1)(3+b+c)雙差：察看方程數(shù)(a-1)*(b-1）*（c-1），未知參數(shù)總數(shù)3（a-1)+(b-1)*(c-1)三差：察看方程數(shù)（a-1)(b-1)(c-1),未知參數(shù)總數(shù)3(a-1)各自的特點：2j(t)2k(t)(t)2k(

12、t2)2k(t1)1j(t)1k(t)1k(t2)1k(t1)2j(t)(t2)2j(t2)2j(t1)1j(t)(t1)1j(t2)1j(t1)單差：除掉了衛(wèi)星鐘差影響削弱了電離層折射影響削弱了對流層折射影響削弱了衛(wèi)星軌道誤差的影響。雙差：除掉了接收機(jī)鐘差的影響三差：消去了整周未知數(shù)參數(shù)試述GPS測量定位中誤差的種類，并說明產(chǎn)生的原因。（1）誤差種類：與衛(wèi)星相關(guān)的誤差（衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、相對論效應(yīng)）、與流傳路子相關(guān)的誤差（電離層延緩、對流層延緩、多路徑效應(yīng)）、與接收設(shè)備相關(guān)的誤差（接收機(jī)天線相位中心的誤差和變化、接收機(jī)鐘差、接收機(jī)內(nèi)部噪聲）、其他誤差（地球自轉(zhuǎn)）。（2）產(chǎn)生原因：a.衛(wèi)

13、星星歷誤差：由星歷所給出的衛(wèi)星在空間中的地址與其實質(zhì)地址之差。b.衛(wèi)星鐘差：衛(wèi)星鐘讀數(shù)與真實的GPS時間之差。c.相對論效應(yīng)：相對論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)（運(yùn)動速度和重力位）不相同而引起衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘之間產(chǎn)生相對鐘誤差的現(xiàn)象。d.電離層折射：當(dāng)GPS信號經(jīng)過電離層時，信號的路徑會發(fā)生波折，流傳速度也會發(fā)生變化，所以用信號的流傳時間乘上真空中光速而獲得的距離就會不等于衛(wèi)星至接收機(jī)間的幾何距離，這種誤差叫電離層折射誤差。e.對流層折射：當(dāng)GPS信號經(jīng)過對流層時，信號的路徑會發(fā)生波折，流傳速度也會發(fā)生變化，所以用信號的流傳時間乘上真空中光速而獲得的距離就會不等于衛(wèi)星至接收機(jī)間的幾何距

14、離，這種誤差叫對流層折射誤差。f.多路徑誤差：在GPS測量中，被測站周邊的物體所反射的衛(wèi)星信號（反射波）被接收機(jī)天線所接收，與直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使察看值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。g.接收機(jī)鐘誤差：接收機(jī)鐘讀數(shù)與真實的GPS時間之差。h.接收機(jī)的地址誤差：特點與對中、整平、量高相關(guān)。i.天線相位中心的誤差與變化：天線相位中心與天線幾何中心之間的差異。j.其他誤差：地球自轉(zhuǎn)、地球潮汐什么是星歷誤差？它是怎樣產(chǎn)生的？怎樣削弱或除掉其對GPS測量定位的影響？定義：指衛(wèi)星星歷所供應(yīng)的衛(wèi)星空間地址與實質(zhì)地址的誤差。產(chǎn)生原因：由于衛(wèi)星在運(yùn)動中碰到多種攝動力的影響，單靠地面監(jiān)測

15、站難以精確可靠的測定這些作用對衛(wèi)星的運(yùn)動規(guī)律，所以在星歷預(yù)告時會產(chǎn)生較大的誤差，估計和辦理此類誤差也比較困難。削弱方法：建立衛(wèi)星追蹤網(wǎng)獨(dú)立測軌；采用軌道改進(jìn)法（半短弧法、短弧法、同步求差法）；電離層誤差、對流層誤差是怎樣產(chǎn)生的？采用何種方法來削弱它對GPS測量定位的影響？電離層誤差：當(dāng)GPS信號經(jīng)過電離層時，信號的路徑會發(fā)生波折，流傳速度也會發(fā)生變化，所以用信號的流傳時間乘上真空中光速而獲得的距離就會不等于衛(wèi)星至接收機(jī)間的幾何距離，這種誤差叫電離層折射誤差。減弱電離層影響的有效措施有：1）雙頻察看2）利用電離層改正模型加以改正對流層折射：由于地面輻射熱能的影響，對流層的溫度隨高度的上升而降低，

16、當(dāng)3）利用同步察看值求差GPS信號經(jīng)過對流層時，信號的路徑會發(fā)生波折，流傳速度也會發(fā)生變化，所以用信號的流傳時間乘上真空中光速而獲得的距離就會不等于衛(wèi)星至接收機(jī)間的幾何距離，這種誤差叫對流層折射誤差減弱對流層影響到的有效措施有：1）直接在測站測定氣象參數(shù)，用于對流層折射改正模型2）引入描述對流層影響的附加待估參數(shù)，在數(shù)據(jù)辦理中一并求得3）利用同步察看值求差簡述多路徑效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理，給出除掉多路徑效應(yīng)的對策。由于多路徑的信號流傳所引起的干涉時延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。在GPS測量中，被測站周邊的物體所反射的衛(wèi)星信號（反射波）被接收機(jī)天線所接收，與直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使察看值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。削弱多路徑效應(yīng)誤差的措施：在察看上，選擇合適的測站；在硬件上，采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備，抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天線，抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)；在數(shù)據(jù)辦理上，使用加權(quán)、參數(shù)法、濾波法、信號解析法來削弱誤差。試述與接收機(jī)相關(guān)的誤差種類，怎樣除掉其影響？誤差主要包括：察看誤差、接收機(jī)鐘誤差、天線相位中心地址誤差、載波相位察看的整周不牢固性影響；削弱方法：對于察看誤