GPS測(cè)量與大數(shù)據(jù)處理考點(diǎn)

GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理名詞解釋。周跳與特點(diǎn)：整周計(jì)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(dá)接收機(jī)的信號(hào)與直接來自衛(wèi)星的信號(hào)疊加干擾后進(jìn)入接收機(jī)，將使測(cè)量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。載波：可運(yùn)載調(diào)制信號(hào)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(cè)值。測(cè)距碼：用于測(cè)定從衛(wèi)星至接收機(jī)間的距離的二進(jìn)制碼O（GPS衛(wèi)星所用屬于偽隨機(jī)噪聲碼。）偽隨機(jī)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(duì)齊的碼相關(guān)系數(shù)為1（GPS測(cè)距：衛(wèi)星發(fā)射天線的（平均）相位中心至接收機(jī)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(yùn)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(jìn)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(dá)式（衛(wèi)星星歷的時(shí)間按世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（UTC）計(jì)算。GPS時(shí)不跳秒，UTC會(huì)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(bào)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(shí)間間隔（通常15min）來給出衛(wèi)星在空間的三維坐標(biāo)、三維運(yùn)動(dòng)速度及衛(wèi)星鐘改正數(shù)等信息。整周模糊度：相對(duì)定位：確定同步跟蹤相同的GPS衛(wèi)星信號(hào)的若干臺(tái)接收機(jī)之間的相對(duì)位置（坐標(biāo)差）的定位方法。靜態(tài)定位：如果待定點(diǎn)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(shí)，整個(gè)時(shí)段內(nèi)的待定點(diǎn)坐標(biāo)都可以認(rèn)為是固定不變的一組常數(shù)。確定這些待定點(diǎn)的位置稱為靜態(tài)定位。動(dòng)態(tài)定位：一個(gè)時(shí)段內(nèi)，待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中位置有顯著變化，數(shù)據(jù)處理時(shí)，每個(gè)歷元的帶頂點(diǎn)坐標(biāo)均需作為一組未知參數(shù)，確定這些載體在不同時(shí)刻的瞬時(shí)位置的工作稱為動(dòng)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(shí)際位置與速度之差。相對(duì)論效應(yīng)：由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)不同而引起的相對(duì)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(hào)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(hào)傳播時(shí)間與真空中光速的乘積不等于衛(wèi)星至接收機(jī)間的幾何距離。對(duì)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(duì)濕度等因子，信號(hào)的傳播路徑也會(huì)產(chǎn)生彎曲。多路徑效應(yīng):經(jīng)某些物體表面反射后到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)與直接來自衛(wèi)星的信號(hào)疊加干擾后進(jìn)入接收機(jī)，將使測(cè)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)?；€解算：利用同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，確定接收機(jī)間的相對(duì)位置。固定解：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，也稱整數(shù)解。浮點(diǎn)解：當(dāng)整周模糊度參數(shù)取實(shí)數(shù)時(shí)所求得的基線向量解，也稱實(shí)數(shù)解。單點(diǎn)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(tái)接收機(jī)測(cè)定的從衛(wèi)星至接收機(jī)的距離，通過距離交會(huì)法來獨(dú)立測(cè)定該接收機(jī)在地球坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)（及接收機(jī)鐘差）的定位方法。DOP：三維點(diǎn)位精度衰減因子PDOP；時(shí)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(diǎn)定位（PPP）：利用載波相位觀測(cè)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(jìn)行高精度單點(diǎn)定位的方法。差分GPS：RTK：利用GPS載波相位觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位的技術(shù)。CORS系統(tǒng)：連續(xù)運(yùn)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(cè)環(huán)RINEX格式：與接收機(jī)無關(guān)的通用標(biāo)準(zhǔn)格式?；€向量：由2臺(tái)以上GPS接收機(jī)所采集的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)形成的差分觀測(cè)值，通過參數(shù)估計(jì)方法所計(jì)算出的接收機(jī)間的三維坐標(biāo)差。網(wǎng)平差簡(jiǎn)答。C/A碼（粗碼）的作用：捕獲衛(wèi)星信號(hào)；粗略測(cè)距。【P碼為精碼，原本用于軍方嚴(yán)格保密?，F(xiàn)被Y碼取代?！啃盘?hào)調(diào)制：1.調(diào)幅；調(diào)頻；調(diào)相。GPS衛(wèi)星信號(hào)采用二進(jìn)制相位調(diào)制法。GPS測(cè)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(shí)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(shí)的GPS時(shí)間之差。c） 相對(duì)論效應(yīng)：由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)不同而引起的相對(duì)鐘誤差。d） 信號(hào)在衛(wèi)星內(nèi)的時(shí)延:開始生成測(cè)距信號(hào)至信號(hào)生成并離開發(fā)射天線相位中心間的時(shí)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(hào)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(hào)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(hào)傳播時(shí)間與真空中光速的乘積不等于衛(wèi)星至接收機(jī)間的幾何距離。b） 對(duì)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(duì)濕度等因子，信號(hào)的傳播路徑也會(huì)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(dá)接收機(jī)的信號(hào)與直接來自衛(wèi)星的信號(hào)疊加干擾后進(jìn)入接收機(jī)，將使測(cè)量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。與接收機(jī)有關(guān)的誤差：a） 接收機(jī)鐘的鐘誤差。b） 接收機(jī)的位置誤差。c） 接收機(jī)測(cè)量的噪聲。d） 接收機(jī)天線相位中心誤差。e） 信號(hào)在接收機(jī)內(nèi)的時(shí)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(yàn)公式。）求差法。（誤差具有較強(qiáng)的相關(guān)性。）參數(shù)法。（參數(shù)估計(jì)。）回避法。電離層改正：經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼?。雙頻改正模型。三頻觀測(cè)值改正。高精度GPS測(cè)量中的對(duì)流層改正:待定參數(shù)法。隨機(jī)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(jī)；適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間；數(shù)據(jù)處理。（參數(shù)法、模型法等。）測(cè)距碼測(cè)距的特點(diǎn)：易于將微弱的衛(wèi)星信號(hào)提取出來；與脈沖信號(hào)相比可提高測(cè)距精度；便于用CDMA（碼分多址）技術(shù)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和處理；便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。偽距觀測(cè)值：p波浪線=衛(wèi)星與接收機(jī)真正距離p-（電離層延遲改正Vion）-（對(duì)流層延遲改正Vtrop）+c*衛(wèi)星鐘改正數(shù)Vts-c*接收機(jī)鐘改正數(shù)VtR.至少要觀測(cè)四個(gè)衛(wèi)星才能獲得接收機(jī)位置。精度較低。載波相位測(cè)量：優(yōu)點(diǎn)：精度高缺點(diǎn)：整周模糊度問題（：平方法恢復(fù)的是半波長(zhǎng)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(cè)值①=N0+整周計(jì)數(shù)Int0+不足整周部分Fr（①）。單差、雙差、三差觀測(cè)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(jī)之間求一次差。站間星間：在接收機(jī)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(jìn)行差分。）引入基線矢量替代了位置矢量。差分觀測(cè)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(diǎn)：（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(jī)天線運(yùn)動(dòng)。接收衛(wèi)星信號(hào)信噪比低。接收機(jī)衛(wèi)星故障。周跳的特點(diǎn)：全波長(zhǎng)載波相位觀測(cè)值周跳大小為載波波長(zhǎng)的整數(shù)倍。平方法的觀測(cè)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(huì)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(cè)周跳的方法：高次差法：將誤差的量逐次放大。多項(xiàng)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(duì)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(diǎn)）求固定解。相對(duì)定位的優(yōu)缺點(diǎn)：（與所用的星歷屬同一坐標(biāo)系。）優(yōu)點(diǎn)：高精度缺點(diǎn)：至少需要2臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)；數(shù)據(jù)處理較麻煩；不能直接獲取絕對(duì)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：?jiǎn)吸c(diǎn)定位。將GPS單點(diǎn)定位結(jié)果與已知站坐標(biāo)比較。計(jì)算較為簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸量也少，基準(zhǔn)站與流動(dòng)站需要觀測(cè)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(jì)算的站星距-觀測(cè)距離。位置改正數(shù)：接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)確定的觀測(cè)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(shí)所設(shè)定的起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確。少數(shù)衛(wèi)星觀測(cè)時(shí)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(cè)、修復(fù)不正確。（可通過殘差圖判別。）觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，多路徑效應(yīng)比較嚴(yán)重，觀測(cè)值的改正數(shù)普遍較大。對(duì)流層或電離層折射影響過大。無電離層觀測(cè)值進(jìn)行基線解算可以改善殘差系統(tǒng)分布趨勢(shì)，