GPS測(cè)量原理與應(yīng)用-復(fù)習(xí)參考11

1、GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分——GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分——地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶部分——GPS接收機(jī)。2、GPS系統(tǒng)的空間部分由21顆工作衛(wèi)星與3顆備用衛(wèi)星組成，它們均勻分布在6個(gè)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(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站。4、GPS衛(wèi)星位置采用WGS-84大地坐標(biāo)系。5、GPS系統(tǒng)中衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘均采用穩(wěn)定而連續(xù)的GPS時(shí)間系統(tǒng)。6、GPS衛(wèi)星星歷分為預(yù)報(bào)星歷(廣播星歷)和后處理星歷（精密星歷）。7、GPS接收機(jī)依據(jù)其用途可分為：導(dǎo)航型接收機(jī)、測(cè)地（量）型接收機(jī)和授時(shí)型接收機(jī)。8、在GPS定位工作中，由于某種原因，如衛(wèi)星信號(hào)被暫時(shí)阻擋，或受到外界干擾影響，引起衛(wèi)星跟蹤的暫時(shí)中斷，使計(jì)數(shù)器無(wú)法累積計(jì)數(shù)，這種現(xiàn)象稱為整周跳變（周跳）根據(jù)不同的用途，GPS網(wǎng)的圖形布設(shè)通常有：點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式和邊點(diǎn)混合連接四種基本方式。選擇什么樣的組網(wǎng)，取決于工程所要求的精度、野外條件與GPS接收機(jī)臺(tái)數(shù)等因素。10、衛(wèi)星定位中常采用空間直角坐標(biāo)系與其相應(yīng)的大地坐標(biāo)系，一般取地球質(zhì)心為坐標(biāo)系原點(diǎn)。11、我國(guó)目前常采用的兩個(gè)國(guó)家坐標(biāo)系是1954年北京坐標(biāo)系和1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系。12、GPS接收機(jī)的天線類型主要有：?jiǎn)伟逄炀€；四螺旋形天線；微帶天線和錐形天線。13、GPS接收機(jī)主要由GPS接收機(jī)天線單元、GPS接收機(jī)主機(jī)單元和電源三部分組成。14、單站差分按基準(zhǔn)站發(fā)送信息的方式來(lái)分，可分為、位置差分偽距差分和載波相位差分。15、與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差有電離層折射誤差、對(duì)流層折射誤差與多路徑效應(yīng)誤差。16、GPS的數(shù)據(jù)處理基本流程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)預(yù)處理、基線結(jié)算、GPS網(wǎng)平差。17、GPS衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站。18、對(duì)于N臺(tái)GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步觀測(cè)環(huán)，有J條同步觀測(cè)基線，其中獨(dú)立基線數(shù)為N-119、雙頻接收機(jī)可以同時(shí)接收L1和L2信號(hào)，利用雙頻技術(shù)可以消除或減弱對(duì)流層折射對(duì)觀測(cè)量的影響，所以定位精度較高，基線長(zhǎng)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）偽距：就是由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所得出的量側(cè)距離。由于衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘的誤差以與信號(hào)經(jīng)過(guò)電離層和對(duì)流層的延遲，量側(cè)距離的距離與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離有一定的差值，因此，稱量側(cè)距離的偽距。GPS相對(duì)定位：是至少用兩臺(tái)GPS接收機(jī)，同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對(duì)位置。觀測(cè)時(shí)段：測(cè)站上開(kāi)始接收衛(wèi)星信號(hào)到觀測(cè)停止，連續(xù)工作的時(shí)間段稱為觀測(cè)時(shí)段，簡(jiǎn)稱時(shí)段。同步觀測(cè)環(huán)：三臺(tái)或三臺(tái)以上接收機(jī)同步觀測(cè)獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)。后處理星歷：一些國(guó)家某些部門，根據(jù)各自建立的衛(wèi)星跟蹤占所獲得的對(duì)GPS衛(wèi)星的精密觀測(cè)資料，應(yīng)用與確定廣播星歷相似的方法而計(jì)算三、簡(jiǎn)答（每題6分，共36）簡(jiǎn)述GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)定位精度高（1分）觀測(cè)時(shí)間短（1分）測(cè)站間無(wú)需通視（1分）可提供三維坐標(biāo)（1分）操作簡(jiǎn)便（0.5分）全天候作業(yè)（1分）功能多，應(yīng)用廣（0.5分）回答：全能性、全球性、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的也各1分。簡(jiǎn)述接收機(jī)的主要任務(wù)。當(dāng)GPS衛(wèi)星在用戶視界升起時(shí)，接收機(jī)能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星，并能夠跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行（2分）；對(duì)所接收到的GPS信號(hào)，具有變換、放大和處理的功能（2分）；測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間（2分）。3．簡(jiǎn)述無(wú)攝運(yùn)動(dòng)中開(kāi)普勒軌道參數(shù)。軌道橢圓的長(zhǎng)半徑；（a）（1分）軌道橢圓偏心率（e）（或軌道橢圓的短半徑）；（1分）衛(wèi)星的真近點(diǎn)角；（V）（1分）升交點(diǎn)赤經(jīng)；（Ω）（1分）軌道面傾角；（i）（1分）近地點(diǎn)角距。（ω）（1分）5.減弱電離層影響的措施。利用雙頻觀測(cè);（2分）利用電離層改正模型加以改正;（2分）利用同步觀測(cè)值求差。（2分）6.簡(jiǎn)述快速靜態(tài)定位的作業(yè)方式。在測(cè)區(qū)中部選擇一個(gè)基準(zhǔn)站，并安置一臺(tái)接收設(shè)備連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星(3分)；另一臺(tái)接收機(jī)依次到各點(diǎn)流動(dòng)設(shè)站，每點(diǎn)觀測(cè)數(shù)分鐘(3分)。四、論述（共23分）什么是偽距單點(diǎn)定位？說(shuō)明用戶在使用GPS接收機(jī)進(jìn)行偽距單點(diǎn)定位時(shí)，為何需要同時(shí)觀測(cè)至少4顆GPS衛(wèi)星？（13分）根據(jù)GPS衛(wèi)星星歷和一臺(tái)GPS接收機(jī)的偽距測(cè)量觀測(cè)值來(lái)直接獨(dú)立確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中的絕對(duì)坐標(biāo)的方法叫單點(diǎn)定位，也叫絕對(duì)定位。（5分）由于進(jìn)行偽距單點(diǎn)定位時(shí)，每顆衛(wèi)星的偽距測(cè)量觀測(cè)值中都包含有接收機(jī)鐘差這一誤差，造成距離測(cè)量觀測(cè)值很不準(zhǔn)確。（4分）需要將接收機(jī)鐘差作為一個(gè)未知數(shù)加入到偽距單點(diǎn)定位的計(jì)算中，再加上坐標(biāo)三個(gè)未知數(shù)，所以至少需要4個(gè)偽距觀測(cè)值，即需要同時(shí)觀測(cè)至少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(cè)量中，如果測(cè)站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)天線，這就和直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)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）選擇合適的站址測(cè)站應(yīng)遠(yuǎn)離大面積平靜地水面;

（1分）測(cè)站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中;（1分）測(cè)站應(yīng)離開(kāi)高層建筑物.（1分）（2）對(duì)接收機(jī)天線的要求a、在天線中設(shè)置抑徑板（1分）b、接收天線對(duì)于極化特性不同的反射信號(hào)應(yīng)該有較強(qiáng)的抑制作用。（1分）二、名詞解釋（每題3分，共18分）WGS-84大地坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)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(diǎn)，Y軸與Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。GPS絕對(duì)定位:也叫單點(diǎn)定位，即利用GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離觀測(cè)值直接確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中相對(duì)坐標(biāo)系原點(diǎn)的決對(duì)位置.廣域差分:基本思想是對(duì)GPS觀測(cè)量的誤差源加以區(qū)分，并單獨(dú)對(duì)每一種誤差源分別加以“模型化”，然后將計(jì)算的每一種誤差源的數(shù)值，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈傳輸給用戶，以對(duì)用戶GPS定位誤差加以改正，達(dá)到削弱這些誤差源，改善用戶GPS定位精度的目的。同步觀測(cè):同步觀測(cè)是指兩臺(tái)或兩臺(tái)以上接收機(jī)同時(shí)對(duì)一組衛(wèi)星進(jìn)行的觀測(cè).異步觀測(cè)環(huán):在構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測(cè)基線向量，則該改多邊形環(huán)路叫異步觀測(cè)環(huán)。整周跳變：在定位過(guò)程中，衛(wèi)星信號(hào)可能被暫時(shí)阻擋，或受外界干擾影響，引起衛(wèi)星跟蹤的暫時(shí)中斷，使計(jì)數(shù)器無(wú)法累計(jì)計(jì)數(shù)，出現(xiàn)信號(hào)失鎖，使其后的相位觀測(cè)值均含有同樣的整周誤差，這種現(xiàn)象叫整周跳變，簡(jiǎn)稱周跳。三、簡(jiǎn)答（每題6分，共36）1、簡(jiǎn)述美國(guó)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)星與3顆備用衛(wèi)星組成(2分)，它們均勻分布在6相對(duì)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(yùn)行周期為11小時(shí)58分(2分)。載波頻率為1575.42MHz和1227.60MHz(2分)。2、簡(jiǎn)述衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)與其主要攝動(dòng)力?？紤]了攝動(dòng)力作用的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)稱為衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)(2分)。主要的攝動(dòng)力有：日月引力(1分)；地球潮汐作用力(1分)；太陽(yáng)輻射壓力(1分)；大氣阻力(1分)。3、簡(jiǎn)述動(dòng)態(tài)定位的作業(yè)方法建立一個(gè)基準(zhǔn)站安置接收機(jī)連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星(2分)；流動(dòng)站接收機(jī)先在出發(fā)點(diǎn)上靜態(tài)觀測(cè)數(shù)分鐘，然后流動(dòng)站接收機(jī)從出發(fā)點(diǎn)開(kāi)始連續(xù)運(yùn)動(dòng)(2分)；按指定的時(shí)間和間隔自動(dòng)測(cè)定運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)體位置(2分)。4、如何減弱GPS接收機(jī)鐘差。把每個(gè)觀測(cè)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中與觀測(cè)站的位置參數(shù)一并求解。(2分)認(rèn)為各觀測(cè)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差間是相關(guān)的，像衛(wèi)星鐘那樣，將接收機(jī)鐘差表示為時(shí)間多項(xiàng)式，并在觀測(cè)量的平差計(jì)算中求解多項(xiàng)式的系數(shù)。此法可大大減少未知數(shù)，其成功與否關(guān)鍵在與鐘誤差模型的有效程度。(2分)通過(guò)在衛(wèi)星間求一次差來(lái)消除接收機(jī)的鐘差。(2分)5、試說(shuō)明載波相位觀測(cè)值的組成部分。完整的載波相位觀測(cè)值是由三部分組成的：即載波相位在起始時(shí)刻沿傳播路徑延遲的整周數(shù)(2分)，和從某一起始時(shí)刻至觀測(cè)時(shí)刻之間載波相位變化的整周數(shù)(2分)，以與接收機(jī)所能測(cè)定的載波相位差非整周的小數(shù)部分(2分)。6、簡(jiǎn)述GPS衛(wèi)星的主要作用。接收地面注入站發(fā)送的導(dǎo)航電文和其它信號(hào)；(2分)接收地面主控站的命令，修正其在軌運(yùn)行偏差與啟用備件等；(2分)連續(xù)地向廣大用戶發(fā)送GPS導(dǎo)航定位信號(hào)，并用電文的形式提供衛(wèi)星自身的現(xiàn)勢(shì)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(hào)中由于已用相位調(diào)整的方法在載波上調(diào)制了測(cè)距碼和導(dǎo)航電文，因而接收到的載波的相位已不在連續(xù)，所以在進(jìn)行載波相位測(cè)量之前，首先要進(jìn)行解調(diào)工作，設(shè)法將調(diào)制在載波上的測(cè)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(guān)法，另一種是平方法(3分)。采用前者，用戶可同時(shí)提取測(cè)距信號(hào)和衛(wèi)星電文，但用戶必須知道測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)；采用后者，用戶無(wú)須掌握測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)，但只能獲得載波信號(hào)而無(wú)法獲得測(cè)距碼和衛(wèi)星電文(4分)。2、簡(jiǎn)述GPS網(wǎng)的布網(wǎng)原則。答：為了用戶的利益，GPS網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：（1）GPS網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)視其目的，作業(yè)時(shí)衛(wèi)星狀況，預(yù)期達(dá)到的精度，成果的可靠性以與工作效率，按照優(yōu)化設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。(2分)（2）GPS網(wǎng)一般應(yīng)通過(guò)獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成閉合圖形，例如一個(gè)或若干個(gè)獨(dú)立觀測(cè)環(huán)，或者附合路線形式，以增加檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性。(2分)（3）GPS網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)與點(diǎn)之間雖不要求通視，但應(yīng)有利于按常規(guī)測(cè)量方法進(jìn)行加密控制時(shí)應(yīng)用。(2分)（4）可能條件下，新布設(shè)的GPS網(wǎng)應(yīng)與附近已有的GPS點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)；新布設(shè)的GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)盡量與地面原有控制網(wǎng)點(diǎn)相聯(lián)接，聯(lián)接處的重合點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于三個(gè)，且分布均勻，以便可靠地確定GPS網(wǎng)與原有網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。(2分)（5）GPS網(wǎng)點(diǎn)，應(yīng)利用已有水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)高程。(2分)GPS測(cè)量原理與應(yīng)用第一章1．GPS系統(tǒng)組成①空間部分——GPS衛(wèi)星星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，記作（21+3）GPS星座。24顆在軌衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55°，各個(gè)軌道平面之間相距60°。在地球表面上任何地點(diǎn)任何時(shí)刻，在高度角15°以上，平均可同時(shí)觀測(cè)到6顆衛(wèi)星，最多可達(dá)9顆衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星的作用：a、接受地面注入站發(fā)送的導(dǎo)航電文b、接受地面主控站命令，適時(shí)改正運(yùn)行偏差或啟用備用時(shí)鐘等c、連續(xù)地向用戶發(fā)送GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，并用電文的形式提供衛(wèi)星的現(xiàn)勢(shì)位置與其他在軌衛(wèi)星的概略位置。d、GPS衛(wèi)星關(guān)鍵在于衛(wèi)星的壽命要長(zhǎng)，時(shí)間精度要高。②地面控制系統(tǒng)——地面監(jiān)控系統(tǒng)1個(gè)主控站（美國(guó)科羅拉多）3個(gè)注入站（阿森松島,迪哥加西亞島，卡瓦加蘭）5個(gè)監(jiān)控站（1+3+夏威夷）地面監(jiān)控系統(tǒng)的作用：a、提供每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷b、監(jiān)測(cè)和控制衛(wèi)星上各種設(shè)備是否正常工作，以與衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行c、保持各種衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)——GPS時(shí)間系統(tǒng)。③用戶設(shè)備系統(tǒng)——GPS信號(hào)接收機(jī)接收機(jī)的任務(wù)：接受GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，以與獲得必要的導(dǎo)航和定位信息與觀測(cè)量，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理而完成導(dǎo)航和定位工作。2．全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS，美國(guó)GPS系統(tǒng)，俄羅斯GLONASS系統(tǒng)，歐盟伽利略GALILEO系統(tǒng)，中國(guó)北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航地位系統(tǒng)，日本MSAS系統(tǒng)3．我國(guó)北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航地位系統(tǒng)與其他定位系統(tǒng)的主要區(qū)別：它不僅能使用戶測(cè)定自己的點(diǎn)位坐標(biāo)，而且還可以告訴別人自己處在什么點(diǎn)位。4．GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)：①定位精度高②觀測(cè)時(shí)間短③測(cè)站間無(wú)需通視④可提供三位坐標(biāo)⑤操作簡(jiǎn)便⑥全天候作業(yè)⑦功能多，應(yīng)用廣5．GPS系統(tǒng)的應(yīng)用前景①用于建立高精度的國(guó)家性大地測(cè)量控制網(wǎng)，測(cè)定全球性的地球動(dòng)態(tài)參數(shù)②用于建立陸地海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)，進(jìn)行高精度的海島陸地聯(lián)測(cè)以與海洋測(cè)繪③用于監(jiān)測(cè)地球板塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和地殼形變④用于工程測(cè)量，成為建立城市與工程控制網(wǎng)的主要手段⑤用于測(cè)定航空航天攝影瞬間的相機(jī)位置第二章1.完全定義一個(gè)空間直角坐標(biāo)系必須明確：①坐標(biāo)原點(diǎn)位置②三個(gè)坐標(biāo)軸的指向③長(zhǎng)度單位2.參心坐標(biāo)系和質(zhì)心坐標(biāo)系的定義：參心是橢球的幾何中心，質(zhì)心是橢球的質(zhì)量中心3.WGS—84坐標(biāo)系的定義：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極（CIP）方向，X軸指向BIH1984.0的零子午面和CIP赤道的交點(diǎn)，Y軸與Z,X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。4.我國(guó)目前常用的兩個(gè)國(guó)家大地坐標(biāo)系統(tǒng)①1954年北京坐標(biāo)系（參心坐標(biāo)系）②1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系（參心坐標(biāo)系，大地原點(diǎn)設(shè)在我國(guó)西部—陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)）5.兩個(gè)不同坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法需要求出坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，轉(zhuǎn)換參數(shù)一般式利用重合點(diǎn)的兩套坐標(biāo)值通過(guò)一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)重合點(diǎn)數(shù)為三個(gè)以上時(shí)，可以用布爾薩七參數(shù)法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。6.GPS時(shí)間系統(tǒng)如何定義？采用原子時(shí)ATI秒長(zhǎng)作為時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)間起算的原點(diǎn)定在1980年1月6日UTC0時(shí)。第三章1．二體問(wèn)題：忽略所有的攝動(dòng)力，僅考慮地球質(zhì)心引力研究衛(wèi)星相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)，在天體力學(xué)中，稱之為二體問(wèn)題。2．衛(wèi)星的無(wú)攝運(yùn)動(dòng)（二體運(yùn)動(dòng)）：只考慮地球質(zhì)心引力作用的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)。3．開(kāi)普勒軌道參數(shù)（軌道根數(shù)）有幾個(gè)，各代表什麼含義？①長(zhǎng)半徑a②扁心率e（或短半徑b）③真近點(diǎn)角V（在軌道平面上衛(wèi)星與近地點(diǎn)之間的地心角距）④升交點(diǎn)半徑Ω（在赤道面上，升交點(diǎn)N與春分點(diǎn)γ之間的地心夾角）⑤軌道面傾角?（衛(wèi)星軌道平面與地球赤道面之間的夾角）⑥近地點(diǎn)角距ω（在軌道平面上近地點(diǎn)A與升交點(diǎn)N之間的地心角距）注：確定橢圓的形狀和大小需要兩個(gè)參數(shù)①②確定衛(wèi)星在軌道上的位置需要一個(gè)參數(shù)③④⑤兩個(gè)參數(shù)唯一確定了衛(wèi)星軌道平面與地球體之間的相對(duì)定向⑥表達(dá)了開(kāi)普勒橢圓在軌道平面上的定向4．衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)在攝動(dòng)力的作用下，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)將偏離二體問(wèn)題的運(yùn)動(dòng)軌道，通常稱考慮了攝動(dòng)力作用的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)為衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)。5．衛(wèi)星星歷與其作用？衛(wèi)星星歷就是一組對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻的軌道參數(shù)與其變率。有了衛(wèi)星星歷就可以計(jì)算出任意時(shí)刻的衛(wèi)星位置與其速度。6．GPS衛(wèi)星星歷的分類：①預(yù)報(bào)星歷(廣播星歷)通常包括相對(duì)某一參考?xì)v元的開(kāi)普勒軌道參數(shù)和必要的軌道攝動(dòng)改正項(xiàng)參數(shù)②后處理星歷是一些國(guó)家某些部門，根據(jù)各自建立的衛(wèi)星跟蹤站所獲得的對(duì)GPS衛(wèi)星的精密觀測(cè)資料，應(yīng)用與確定廣播星歷相似的方法而計(jì)算的衛(wèi)星星歷。它可以向用戶提供在用戶觀測(cè)時(shí)間內(nèi)的衛(wèi)星星歷，避免了星歷外推的誤差。第四章1．導(dǎo)航電文（衛(wèi)星電文、數(shù)據(jù)碼/D碼）：GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文是用戶用來(lái)定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。主要包括：衛(wèi)星星歷，時(shí)鐘改正，電離層時(shí)延延正，工作狀態(tài)信息以與C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的信息。衛(wèi)星星歷每小時(shí)更新一次，12.5min播完一次。2.描述衛(wèi)星的運(yùn)行需要幾大類參數(shù)？①開(kāi)普勒六參數(shù)②軌道攝動(dòng)九參數(shù)③時(shí)間二參數(shù)3.GPS衛(wèi)星信號(hào)是GPS衛(wèi)星向廣大用戶發(fā)送的用于導(dǎo)航定位的調(diào)制波，它包含有：載波，測(cè)距碼，數(shù)據(jù)碼4.GPS使用L1,L2兩種載波的目的：L1波長(zhǎng)19.032cm，L2波長(zhǎng)24.42cm目的在于測(cè)量出或消除掉由于電離層效應(yīng)而引起的延遲誤差。5.C/A碼和P碼的含義？C/A碼是用于粗測(cè)距和捕獲GPS衛(wèi)星信號(hào)的偽隨機(jī)碼。P碼是衛(wèi)星的精測(cè)碼。6.GPS接收機(jī)的分類：①按用途：導(dǎo)航型、測(cè)地型、授時(shí)型接收機(jī)②按載波頻率：?jiǎn)晤l和雙頻接收機(jī)③按通道數(shù)：多通道、序貫通道、多路多用通道接收機(jī)④按工作原理：碼相關(guān)型、平方型、混合型、干涉型接收機(jī)7.GPS接收機(jī)的組成：由GPS接收機(jī)天線單元，GPS接收機(jī)天線主機(jī)單元和電源三部分組成。前置放大器是將GPS信號(hào)電流放大。第五章1．GPS定位原理：設(shè)在時(shí)刻t在測(cè)站點(diǎn)P用GPS接收機(jī)同時(shí)測(cè)得P點(diǎn)至三顆衛(wèi)星S1，S2，S3的距離ρ1，ρ2，ρ3，通過(guò)GPS電文解譯出該時(shí)刻三顆GPS衛(wèi)星的三維坐標(biāo)分別為（xi，yi，zi），i=1，2，3。用距離交會(huì)法解算出P點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X,Y,Z）的觀測(cè)方程為：2．偽距的定義？①偽距就是由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所得出的量測(cè)距離。②由于衛(wèi)星鐘，接收機(jī)鐘的誤差以與無(wú)線電信號(hào)經(jīng)過(guò)電離層和對(duì)流層的延遲，實(shí)測(cè)出的距離與幾何距離有一定差值，因此成為偽距。偽距法距離測(cè)量的原理：GPS衛(wèi)星依據(jù)自己的時(shí)鐘發(fā)出某一結(jié)構(gòu)的測(cè)距碼，該測(cè)距碼經(jīng)過(guò)T時(shí)間的傳播后到達(dá)接收機(jī)。接收機(jī)在自己的時(shí)鐘控制下產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)完全相同的測(cè)距碼—復(fù)制碼，并通過(guò)時(shí)延器使其延遲時(shí)間t將這兩組測(cè)距碼進(jìn)行相關(guān)處理，若自相關(guān)系數(shù)R（t）≠1，則繼續(xù)調(diào)整延遲時(shí)間t直至自相關(guān)系數(shù)R（t）=1為止。3.載波相位測(cè)量原理：載波相位測(cè)量的觀測(cè)值是GPS接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本振參考信號(hào)的相位數(shù)。4.載波相位測(cè)量中如何確定整周未知數(shù)N?①偽距法②將整周未知數(shù)當(dāng)作平差中的待定參數(shù)—經(jīng)典方法③多普勒法（三差法）④快速確定整周未知數(shù)5．整周跳變：在跟蹤過(guò)程中，由于某種原因造成衛(wèi)星信號(hào)所鎖，計(jì)數(shù)器無(wú)法連續(xù)計(jì)數(shù)。當(dāng)信號(hào)重新被跟蹤后，整周計(jì)數(shù)就不正確，但是不到一個(gè)整周的相位觀測(cè)值仍是正確的，這種現(xiàn)象成為整周跳變。5．GPS絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）：利用GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離觀測(cè)值直接確定用戶接收機(jī)天線在WGS—84坐標(biāo)系中相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)—地球質(zhì)心的絕對(duì)位置。①靜態(tài)絕對(duì)定位：接收機(jī)天線處于靜止?fàn)顟B(tài)下，確定觀測(cè)站坐標(biāo)的方法。②動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位：接收機(jī)天線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（或靜止時(shí)間較短）注：空間位置精度因子PDOP＜6是最好的狀態(tài)，＜8湊合。6．GPS相對(duì)定位：是至少兩臺(tái)GPS接收機(jī)，同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對(duì)位置（坐標(biāo)差）。7．差分GPS定位技術(shù)：是將一臺(tái)GPS接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測(cè)。根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將這一改正數(shù)發(fā)送出去。用戶接收機(jī)在進(jìn)行GPS觀測(cè)的同時(shí)，也接收到基準(zhǔn)站的改正數(shù)，并對(duì)其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。包括：基準(zhǔn)站、衛(wèi)星和接收機(jī)三部分9．差分GPS可分為單基準(zhǔn)站差分、多基準(zhǔn)站局域差分和廣域差分。10．多基準(zhǔn)站RTK技術(shù)，也叫網(wǎng)絡(luò)RTK，是對(duì)普通RTK方法的改進(jìn)。它是一種基于多基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)差分定位系統(tǒng)，可克服常規(guī)RTK的缺陷，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離（70-100km）RTK定位。第七章1．GPS誤差來(lái)源：①衛(wèi)星部分：a、星歷誤差b、鐘誤差c、相對(duì)論效應(yīng)②信號(hào)部分:a、電離層b、對(duì)流層c、多路徑效應(yīng)③接收部分:a、鐘的誤差b、位置誤差c、天線相位中心的變化2．減弱電離層影響的措施：①利用雙頻觀測(cè)②利用電離層改正模型加以修正③利用同步觀測(cè)值求差3．減弱對(duì)流層折射改正殘差影響的主要措施：①利用對(duì)流層改正模型加以修正②引用描述對(duì)流層影響的附加代估參數(shù)③利用同步觀測(cè)值求差④利用水汽輻射計(jì)直接測(cè)定信號(hào)傳播的影響4．消弱多路徑誤差的方法：①選擇合適的站址遠(yuǎn)離大面積平靜的水面、高層建筑物，不宜選在山坡、山谷和盆地中②對(duì)接收機(jī)天線的要求在天線中設(shè)置抑徑板，接收天線對(duì)于極化特性不同的反射信號(hào)應(yīng)該有較強(qiáng)的抑制作用5．解決星歷誤差的方法：①建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立定軌②軌道松弛法③同步觀測(cè)值求差第八章1．GPS網(wǎng)圖形構(gòu)成的幾個(gè)基本概念：①觀測(cè)時(shí)段：測(cè)站上開(kāi)始接收衛(wèi)星信號(hào)到觀測(cè)停止，連續(xù)觀測(cè)的時(shí)段，簡(jiǎn)稱時(shí)段。②同步觀測(cè)：兩臺(tái)或兩臺(tái)以上接收機(jī)同時(shí)對(duì)同一組衛(wèi)星進(jìn)行的觀測(cè)。③同步觀測(cè)環(huán)：三臺(tái)或三臺(tái)以上接收機(jī)同步觀測(cè)獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)，簡(jiǎn)稱同步環(huán)。④獨(dú)立同步環(huán)：由獨(dú)立觀測(cè)所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，簡(jiǎn)稱獨(dú)立環(huán)。⑤異步觀測(cè)環(huán)：在構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測(cè)基線向量，則該多邊形環(huán)路叫異步觀測(cè)環(huán)，簡(jiǎn)稱異步環(huán)。⑥獨(dú)立基線：對(duì)于N臺(tái)GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步觀測(cè)環(huán)，有J條同步觀測(cè)基線，其中獨(dú)立基線數(shù)為N-1.2．GPS網(wǎng)的圖形布設(shè)：①點(diǎn)連式②邊連式③網(wǎng)連式④邊點(diǎn)混合連接式⑤三角鎖（多邊形）連接⑥導(dǎo)線網(wǎng)形連接（環(huán)形圖）⑦星形布設(shè)3．GPS測(cè)量外業(yè)準(zhǔn)備：測(cè)區(qū)踏勘，資料收集，儀器籌備，觀測(cè)計(jì)劃擬定，GPS儀器檢校與設(shè)計(jì)書(shū)編寫等工作。擬定觀測(cè)計(jì)劃的主要依據(jù)：①GPS網(wǎng)的規(guī)模大?、邳c(diǎn)位精度要求③GPS衛(wèi)星星座幾何圖形強(qiáng)度④參加作業(yè)的接收機(jī)數(shù)量⑤交通、通信與后勤保障4．GPS測(cè)量的外業(yè)實(shí)施：包括：選埋、觀測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理等工作A．選點(diǎn)：①點(diǎn)位應(yīng)設(shè)在易于安裝接收機(jī)設(shè)備、視野開(kāi)闊的較高點(diǎn)上②點(diǎn)位目標(biāo)要顯著，視場(chǎng)周圍15°以上不應(yīng)有障礙物③點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離高壓電線④點(diǎn)位附近不應(yīng)有大面積水域或不應(yīng)有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號(hào)接收的物體，以減弱多路徑效應(yīng)的影響⑤點(diǎn)位應(yīng)選在交通方便，有利于其他觀測(cè)手段擴(kuò)展與聯(lián)測(cè)的地方⑥地基穩(wěn)定，易于點(diǎn)的保存B．標(biāo)志埋設(shè)C．觀測(cè)工作：①觀測(cè)工作主要依據(jù)的技術(shù)指標(biāo)②天線安裝③開(kāi)機(jī)觀測(cè)④觀測(cè)記錄5．經(jīng)典靜態(tài)定位模式：①作業(yè)方法：采用兩臺(tái)（或兩臺(tái)以上）接受設(shè)備，分別安置在一條或數(shù)條基線的兩個(gè)端點(diǎn)，同時(shí)觀測(cè)四顆以上衛(wèi)星，每時(shí)段長(zhǎng)45min至2h或更多。②精度：5mm+1*（0.0000001）*D，D為基線長(zhǎng)度（km）.6.快速靜態(tài)定位：①作業(yè)方法：在測(cè)區(qū)選擇一個(gè)基準(zhǔn)站，并安置一臺(tái)接收設(shè)備連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星，另一臺(tái)接收機(jī)依次到各點(diǎn)流動(dòng)設(shè)站，每點(diǎn)觀測(cè)數(shù)分鐘。7.準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位（實(shí)時(shí)相對(duì)定位）：①作業(yè)方法：在測(cè)區(qū)選擇一個(gè)基準(zhǔn)站，安置接收設(shè)備連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星，將另一臺(tái)流動(dòng)接收機(jī)先置于1號(hào)站觀測(cè)數(shù)分鐘，在保持對(duì)所測(cè)衛(wèi)星連續(xù)跟蹤而不失鎖的情況下，將流動(dòng)接收機(jī)分別在2、3、4……各點(diǎn)觀測(cè)數(shù)秒鐘。②注意事項(xiàng)：應(yīng)確保在觀測(cè)時(shí)段上有5顆以上衛(wèi)星可供觀測(cè)；流動(dòng)站與基準(zhǔn)站距離不超過(guò)20km；觀測(cè)過(guò)程中流動(dòng)接收機(jī)不能失鎖，否則應(yīng)在失鎖的流動(dòng)站上延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間1~2min。武漢大學(xué)2009～2010學(xué)年下學(xué)期《GPS原理與其應(yīng)用》試卷（B）一、填空（每空1分，共25分）1.

GPS采用交會(huì)進(jìn)行定位，至少需要顆衛(wèi)星才能進(jìn)行定位計(jì)算。2.

衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了、、三個(gè)階段。3.

目前，GPS衛(wèi)星發(fā)送兩種頻率的載波信號(hào)，其目的是為了。4.

GPS信號(hào)調(diào)制時(shí)，先將調(diào)制在上，然后再將組合碼調(diào)制到上。5.

對(duì)于GPS衛(wèi)星信號(hào)而言，電離層是介質(zhì)，對(duì)流層是介質(zhì)。6.

目前衛(wèi)星定位系統(tǒng)除GPS外還有、、。7.

GPS衛(wèi)星軌道的基本軌道根數(shù)有個(gè)。8.

GPS測(cè)量中常用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式有和。9.

GPS觀測(cè)值在接收機(jī)間求一次差后可消除參數(shù)，繼續(xù)在衛(wèi)星間求二次差后可消除參數(shù)，再在歷元間求三次差后可消除參數(shù)。10.

GPS測(cè)量的誤差包括與衛(wèi)星有關(guān)誤差，與有關(guān)誤差與與有關(guān)誤差。11.

消除或減弱各種誤差影響的方法有：、、。二、名詞解釋（每題3分，共15分）1.

整周計(jì)數(shù)2.

觀測(cè)時(shí)段3.

差分觀測(cè)值4.

重建載波5.

相對(duì)定位三、問(wèn)答（每題6分，共30分）1.

在全球定位系統(tǒng)中，用測(cè)距碼測(cè)定偽距的