GPS测量原理与应用复习要点.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流GPS测量原理与应用复习要点.精品文档. GPS测量原理与应用第一章 1GPS系统组成空间部分GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。24颗在轨卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55°，各个轨道平面之间相距60°。在地球表面上任何地点任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达9颗卫星。 GPS卫星的作用：a、接受地面注入站发送的导航电文 b、接受地面主控站命令，适时改正运行偏差或启用备用时钟等 c、连续地向用户发送GPS卫星导航定位系统，并用电文的形式提供卫星的现势位置与其他在轨卫星的概略位置。d、GPS卫星关键在于卫星的寿命要长，时间精度要高。地面控制系统地面监控系统1个主控站（美国科罗拉多）3个注入站（阿森松岛,迪哥加西亚岛，卡瓦加兰）5个监控站（1+3+夏威夷）地面监控系统的作用：a、提供每颗GPS卫星所播发的星历 b、监测和控制卫星上各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行c、保持各种卫星处于同一时间标准GPS时间系统。用户设备系统GPS信号接收机接收机的任务：接受GPS卫星发射的信号，以及获得必要的导航和定位信息及观测量，并经数据处理而完成导航和定位工作。2全球导航卫星系统GNSS美国GPS系统，俄罗斯GLONASS系统，欧盟伽利略GALILEO系统，中国北斗二号卫星导航地位系统，日本MSAS系统3我国北斗二号卫星导航地位系统与其他定位系统的主要区别：它不仅能使用户测定自己的点位坐标，而且还可以告诉别人自己处在什么点位。4GPS系统的特点：定位精度高 观测时间短 测站间无需通视 可提供三位坐标 操作简便 全天候作业 功能多，应用广5GPS系统的应用前景用于建立高精度的国家性大地测量控制网，测定全球性的地球动态参数用于建立陆地海洋大地测量基准，进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘用于监测地球板块运动状态和地壳形变用于工程测量，成为建立城市与工程控制网的主要手段用于测定航空航天摄影瞬间的相机位置第二章1.完全定义一个空间直角坐标系必须明确：坐标原点位置三个坐标轴的指向长度单位2.参心坐标系和质心坐标系的定义：参心是椭球的几何中心，质心是椭球的质量中心3.WGS84坐标系的定义原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CIP）方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CIP赤道的交点，Y轴与Z,X轴构成右手坐标系。4.我国目前常用的两个国家大地坐标系统1954年北京坐标系（参心坐标系）1980年国家大地坐标系（参心坐标系，大地原点设在我国西部陕西省泾阳县永乐镇）5.两个不同坐标系之间的坐标转换方法需要求出坐标系统之间的转换参数，转换参数一般式利用重合点的两套坐标值通过一定的数学模型进行计算，当重合点数为三个以上时，可以用布尔萨七参数法进行转换。6.GPS时间系统如何定义？采用原子时ATI秒长作为时间基准，时间起算的原点定在1980年1月6日UTC 0时。第三章1二体问题：忽略所有的摄动力，仅考虑地球质心引力研究卫星相对于地球的运动，在天体力学中，称之为二体问题。2卫星的无摄运动（二体运动）： 只考虑地球质心引力作用的卫星运动。3开普勒轨道参数（轨道根数）有几个，各代表什麽含义？长半径a 扁心率e（或短半径b） 真近点角V（在轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距）升交点半径（在赤道面上，升交点N与春分点之间的地心夹角） 轨道面倾角（卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角）近地点角距（在轨道平面上近地点A与升交点N之间的地心角距）注：确定椭圆的形状和大小需要两个参数 确定卫星在轨道上的位置需要一个参数 两个参数唯一确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向4卫星的受摄运动在摄动力的作用下，卫星的运动将偏离二体问题的运动轨道，通常称考虑了摄动力作用的卫星运动为卫星的受摄运动。5卫星星历及其作用？卫星星历就是一组对应某一时刻的轨道参数及其变率。有了卫星星历就可以计算出任意时刻的卫星位置及其速度。6GPS卫星星历的分类：预报星历(广播星历)通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正项参数后处理星历是一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪站所获得的对GPS卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似的方法而计算的卫星星历。它可以向用户提供在用户观测时间内的卫星星历，避免了星历外推的误差。第四章1导航电文（卫星电文、数据码/D码）：GPS卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。主要包括：卫星星历，时钟改正，电离层时延延正，工作状态信息以及C/A码转换到捕获P码的信息。卫星星历每小时更新一次，12.5min播完一次。2.描述卫星的运行需要几大类参数？开普勒六参数轨道摄动九参数时间二参数3.GPS卫星信号是GPS卫星向广大用户发送的用于导航定位的调制波，它包含有：载波，测距码，数据码4.GPS使用L1,L2两种载波的目的： L1波长19.032cm，L2波长24.42cm目的在于测量出或消除掉由于电离层效应而引起的延迟误差。5.C/A码和P码的含义？C/A码是用于粗测距和捕获GPS卫星信号的伪随机码。P码是卫星的精测码。6.GPS接收机的分类： 按用途：导航型、测地型、授时型接收机按载波频率：单频和双频接收机按通道数：多通道、序贯通道、多路多用通道接收机按工作原理：码相关型、平方型、混合型、干涉型接收机7.GPS接收机的组成：由GPS接收机天线单元，GPS接收机天线主机单元和电源三部分组成。前置放大器是将GPS信号电流放大。第五章1GPS定位原理： 设在时刻t在测站点P用GPS接收机同时测得P点至三颗卫星S1，S2，S3的距离1，2，3，通过GPS电文解译出该时刻三颗GPS卫星的三维坐标分别为（xi，yi，zi），i=1，2，3。用距离交会法解算出P点的三维坐标（X,Y,Z）的观测方程为：2伪距的定义？伪距就是由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。由于卫星钟，接收机钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层的延迟，实测出的距离与几何距离有一定差值，因此成为伪距。伪距法距离测量的原理：GPS卫星依据自己的时钟发出某一结构的测距码，该测距码经过T时间的传播后到达接收机。接收机在自己的时钟控制下产生一组结构完全相同的测距码复制码，并通过时延器使其延迟时间t将这两组测距码进行相关处理，若自相关系数R（t）1，则继续调整延迟时间t直至自相关系数R（t）=1为止。3.载波相位测量原理载波相位测量的观测值是GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位数。4.载波相位测量中如何确定整周未知数N ?伪距法将整周未知数当作平差中的待定参数经典方法多普勒法（三差法）快速确定整周未知数5整周跳变：在跟踪过程中，由于某种原因造成卫星信号所锁，计数器无法连续计数。当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的，这种现象成为整周跳变。5GPS绝对定位（单点定位）： 利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在WGS84坐标系中相对于坐标原点地球质心的绝对位置。静态绝对定位：接收机天线处于静止状态下，确定观测站坐标的方法。动态绝对定位：接收机天线处于运动状态（或静止时间较短）注：空间位置精度因子PDOP6是最好的状态，8凑合。6GPS相对定位是至少两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置（坐标差）。7差分GPS定位技术是将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。包括：基准站、卫星和接收机三部分9差分GPS可分为单基准站差分、多基准站局域差分和广域差分。10多基准站RTK 技术也叫网络RTK，是对普通RTK方法的改进。它是一种基于多基准站网络的实时差分定位系统，可克服常规RTK的缺陷，实现长距离（70-100km）RTK定位。第六章1GPS用于测速、测时、测姿态确定运动载体的实时位置，瞬时速度，精确地时间，姿态等第七章1GPS误差来源：卫星部分：a、星历误差 b、钟误差 c、相对论效应信号部分: a、电离层 b、对流层 c、多路径效应接收部分: a、钟的误差 b、位置误差 c、天线相位中心的变化2减弱电离层影响的措施： 利用双频观测 利用电离层改正模型加以修正 利用同步观测值求差3减弱对流层折射改正残差影响的主要措施： 利用对流层改正模型加以修正 引用描述对流层影响的附加代估参数 利用同步观测值求差 利用水汽辐射计直接测定信号传播的影响4消弱多路径误差的方法： 选择合适的站址远离大面积平静的水面、高层建筑物，不宜选在山坡、山谷和盆地中 对接收机天线的要求 在天线中设置抑径板，接收天线对于极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用5解决星历误差的方法： 建立自己的卫星跟踪网独立定轨 轨道松弛法同步观测值求差第八章1GPS网图形构成的几个基本概念： 观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续观测的时段，简称时段。 同步观测：两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。 同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环，简称同步环。 独立同步环：由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称独立环。 异步观测环：在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该多边形环路叫异步观测环，简称异步环。 独立基线：对于N台GPS接收机构成的同步观测环，有J条同步观测基线，其中独立基线数为N-1.2GPS网的图形布设：点连式 边连式 网连式 边点混合连接式 三角锁（多边形）连接 导线网形连接（环形图） 星形布设3GPS测量外业准备： 测区踏勘，资料收集，仪器筹备，观测计划拟定，GPS仪器检校及设计书编写等工作。拟定观测计划的主要依据：GPS网的规模大小 点位精度要求 GPS卫星星座几何图形强度 参加作业的接收机数量 交通、通信及后勤保障4GPS测量的外业实施： 包括：选埋、观测、数据传输及数据处理等工作 A选点：点位应设在易于安装接收机设备、视野开阔的较高点上 点位目标要显著，视场周围15°以上不应有障碍物 点位应远离高压电线 点位附近不应有大面积水域或不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，以减弱多路径效应的影响 点位应选在交通方便，有利于其他观测手段扩展与联测的地方 地基稳定，易于点的保存 B标志埋设 C观测工作：观测工作主要依据的技术指标 天线安装 开机观测 观测记录5经典静态定位模式： 作业方法：采用两台（或两台以上）接受设备，分别安置在一条或数条基线的两个端点，同时观测四颗以上卫星，每时段长45min至2h或更多。 精度：5mm+1*（0.0000001）*D ，D为基线长度（km）.6.快速静态定位： 作业方法：在测区选择一个基准站，并安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星，另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测数分钟。7.准动态定位（实时相对定位）： 作业方法：在测区选择一个基准站，安置接收设备连续跟踪所有可见卫星，将另一台流动接收机先置于1号站观测数分钟，在保持对所测卫星连续跟踪而不失锁的情况下，将流动接收机分别在2、3、4各点观测数秒钟。 注意事项：应确保在观测时段上有5颗以上卫星可供观测；流动站与基准站距离不超过20km；观测过程中流动接收机不能失锁，否则应在失锁的流动站上延长观测时间12min。第九章1.数据处理的基本流程：数据采集数据传输预处理基线解算GPS网平差2.GPS基线向量网平差的分类： 经典的自由网平差，又叫无约束平差 非自由网平差，又叫约束平差 GPS网与地面网联合平差3.GPS高程： 由GPS相对定位得到的三线基线向量，通过GPS网平差，可以得到高精度的大地高。第十章GPSRTK施工方样1、GPS系统包括三大部分：空间部分GPS卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户部分GPS接收机。2、GPS系统的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成，它们均匀分布在6个近似圆形轨道上。3、GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。4、GPS卫星位置采用WGS-84大地坐标系。5、GPS系统中卫星钟和接收机钟均采用稳定而连续的GPS时间系统。6、GPS卫星星历分为预报星历(广播星历)和后处理星历（精密星历）。7、GPS接收机依据其用途可分为：导航型接收机、测地（量）型接收机和授时型接收机。8、在GPS定位工作中，由于某种原因，如卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象称为整周跳变（周跳）· 根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有：点连式、边连式、网连式和边点混合连接四种基本方式。选择什么样的组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。10、卫星定位中常采用空间直角坐标系及其相应的大地坐标系，一般取地球质心为坐标系原点。11、我国目前常采用的两个国家坐标系是1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系。12、GPS接收机的天线类型主要有：单板天线；四螺旋形天线；微带天线和锥形天线。13、GPS接收机主要由GPS接收机天线单元、GPS接收机主机单元和电源 三部分组成。14、单站差分按基准站发送信息的方式来分，可分为、位置差分伪距差分和载波相位差分 。15、与信号传播有关的误差有电离层折射误差、对流层折射误差及多路径效应误差。16、GPS的数据处理基本流程包括数据采集、数据传输、数据预处理、基线结算、GPS网平差。17、GPS卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。18、对于N台GPS接收机构成的同步观测环，有J条同步观测基线，其中独立基线数为N-119、双频接收机可以同时接收L1和 L2信号，利用双频技术可以消除或减弱对流层折射对观测量的影响，所以定位精度较高，基线长度不受限制，所以作业效率较高。二 、名词解释（每题3分，共18分）· 伪距：就是由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量侧距离。由于卫星钟、接收机钟的误差以及信号经过电离层和对流层的延迟，量侧距离的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此，称量侧距离的伪距。· GPS相对定位：是至少用两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。· 观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段称为观测时段，简称时段。· 同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。· 后处理星历：一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪占所获得的对GPS卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似的方法而计算三 、简答（每题6分，共36）· 简述GPS系统的特点· 定位精度高 （1分）· 观测时间短 （1分）· 测站间无需通视 （1分）· 可提供三维坐标 （1分）· 操作简便（0.5分）· 全天候作业（1分）· 功能多，应用广（0.5分）· 回答：全能性、全球性、连续性和实时性的也各1分。· 简述接收机的主要任务。 当GPS卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行（2分）；对所接收到的GPS信号，具有变换、放大和处理的功能（2分）；测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间（2分）。3简述无摄运动中开普勒轨道参数。轨道椭圆的长半径；（a）（1分）轨道椭圆偏心率（e）（或轨道椭圆的短半径）；（1分）卫星的真近点角；（V）（1分）升交点赤经；（）（1分）轨道面倾角；（i）（1分）近地点角距。（）（1分）5. 减弱电离层影响的措施。利用双频观测;（2分）利用电离层改正模型加以改正;（2分）利用同步观测值求差。 （2分）6. 简述快速静态定位的作业方式。 在测区中部选择一个基准站，并安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星(3分)；另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测数分钟(3分)。四 、论述（共23分）· 什么是伪距单点定位？说明用户在使用GPS接收机进行伪距单点定位时，为何需要同时观测至少4颗GPS卫星？（13分）根据GPS卫星星历和一台GPS接收机的伪距测量观测值来直接独立确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中的绝对坐标的方法叫单点定位，也叫绝对定位。（5分）由于进行伪距单点定位时，每颗卫星的伪距测量观测值中都包含有接收机钟差这一误差，造成距离测量观测值很不准确。（4分）需要将接收机钟差作为一个未知数加入到伪距单点定位的计算中，再加上坐标三个未知数，所以至少需要4个伪距观测值，即需要同时观测至少4颗GPS卫星。 （4分）2、什么是多路径误差?试述消弱多路径误差的方法。（10分） 在GPS测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线，这 就和直接来自卫星的信号产生干涉，从而使观测值偏离真值，产生多路径误差。（5分）消多路径误差的方法:（1）选择合适的站址 · 测站应远离大面积平静地水面; （1分）· 测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中; （1分）· 测站应离开高层建筑物 . （1分）（2）对接收机天线的要求 a、在天线中设置抑径板（1分）b、接收天线对于极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用。（1分）二 、名词解释（每题3分，共18分）· WGS-84 大地坐标系：原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0定义的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z、X轴构成右手坐标系。· GPS绝对定位:也叫单点定位，即利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中相对坐标系原点的决对位置.· 广域差分:基本思想是对GPS观测量的误差源加以区分，并单独对每一种误差源分别加以“模型化”，然后将计算的每一种误差源的数值，通过数据链传输给用户，以对用户GPS定位误差加以改正，达到削弱这些误差源，改善用户GPS定位精度的目的。· 同步观测:同步观测是指两台或两台以上接收机同时对一组卫星进行的观测.· 异步观测环:在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该改多边形环路叫异步观测环。· 整周跳变：在定位过程中，卫星信号可能被暂时阻挡，或受外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累计计数，出现信号失锁，使其后的相位观测值均含有同样的整周误差，这种现象叫整周跳变，简称周跳。· 三 、简答（每题6分，共36）· 1、简述美国GPS卫星的主要参数。· GPS系统的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成(2分)，它们均匀分布在6相对与赤道的倾角为55°的近似圆形轨道上，它们距地面的平均高度为20200Km，运行周期为11小时58分(2分)。载波频率为1575.42MHz和1227.60MHz(2分)。· 2、简述卫星的受摄运动及其主要摄动力。· 考虑了摄动力作用的卫星运动称为卫星的受摄运动(2分)。主要的摄动力有：日月引力(1分)；地球潮汐作用力(1分)；太阳辐射压力(1分)；大气阻力(1分)。· 3、简述动态定位的作业方法· 建立一个基准站安置接收机连续跟踪所有可见卫星 (2分)；流动站接收机先在出发点上静态观测数分钟，然后流动站接收机从出发点开始连续运动(2分)；按指定的时间和间隔自动测定运动载体的实体位置(2分)。· 4、如何减弱GPS接收机钟差。· 把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数，在数据处理中与观测站的位置参数一并求解。(2分)· 认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的，像卫星钟那样，将接收机钟差表示为时间多项式，并在观测量的平差计算中求解多项式的系数。此法可大大减少未知数，其成功与否关键在与钟误差模型的有效程度。(2分)· 通过在卫星间求一次差来消除接收机的钟差。(2分)· 5、试说明载波相位观测值的组成部分。· 完整的载波相位观测值是由三部分组成的：即载波相位在起始时刻沿传播路径延迟的整周数(2分)，和从某一起始时刻至观测时刻之间载波相位变化的整周数(2分)，以及接收机所能测定的载波相位差非整周的小数部分(2分)。· 6、简述GPS卫星的主要作用。· 接收地面注入站发送的导航电文和其它信号；(2分)· 接收地面主控站的命令，修正其在轨运行偏差及启用备件等；(2分)· 连续地向广大用户发送GPS导航定位信号，并用电文的形式提供卫星自身的现势位置与其它在轨卫星的概略位置，以便用户接收使用。(2分)· 四 、论述（每题10分，共20分）· 1、如何重建载波？其方法和作用如何？ · 答：在GPS信号中由于已用相位调整的方法在载波上调制了测距码和导航电文，因而接收到的载波的相位已不在连续，所以在进行载波相位测量之前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取载波 (3分) 。重建载波一般可采用两种方法：一是码相关法，另一种是平方法 (3分) 。采用前者，用户可同时提取测距信号和卫星电文，但用户必须知道测距码的结构；采用后者，用户无须掌握测距码的结构，但只能获得载波信号而无法获得测距码和卫星电文 (4分) 。· 2、简述GPS网的布网原则。· 答：为了用户的利益，GPS网图形设计时应遵循以下原则：· （1）GPS网的布设应视其目的，作业时卫星状况，预期达到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照优化设计原则进行。(2分)· （2）GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如一个或若干个独立观测环，或者附合路线形式，以增加检核条件，提高网的可靠性。(2分)· （3）GPS网内点与点之间虽不要求通视，但应有利于按常规测量方法进行加密控制时应用。(2分)· （4）可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。(2分)· （5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程。(2分)GPS原理及应用模拟试题（1）一、填空（每空1分，共20分）1.子午卫星导航系统采用6颗卫星，并都通过地球的 运行。2.按照规范规定，我国GPS测量按其精度依次划分为AA、A、B、C、D、E六级，其中C级网的相邻点之间的平均距离为1510km，最大距离为 km。3.在GPS定位测量中，观测值都是以接收机的相位中心位置为准的，所以天线的相位中心应该与其 中心保持一致。4.按照GPS系统的设计方案，GPS定位系统应包括 部分、 部分和 部分。5.在使用GPS软件进行平差计算时，需要选择 投影方式6.从误差来源分析，GPS测量误差大体上可分为以下三类： ，和 。7.根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有 式、 式、网连式及边点混合连接四种基本方式。选择什么方式组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。8.美国国防部制图局（DMA）于1984年发展了一种新的世界大地坐标系，称之为美国国防部1984年世界大地坐标系，简称 。9.当使用两台或两台以上的接收机，同时对同一组卫星所进行的观测称为 。10.双频接收机可以同时接收L1和 L2信号，利用双频技术可以消除或减弱 对观测量的影响，所以定位精度较高，基线长度不受限制，所以作业效率较高。11.在定位工作中，可能由于卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫 。12.PDOP代表 13.GPS工作卫星的主体呈圆柱形，整体在轨重量为843.68，它的设计寿命为 年，事实上所有GPS工作卫星均能超过该设计寿命而正常工作。14.用GPS定位的方法大致有四类：多普勒法 、伪距法、射电干涉测量法、 。目前在测量工作中应用的主要方法是静态定位中的伪距法和载波相位测量法。15.在接收机和卫星间求二次差，可消去两测站接收机的 改正。在实践中应用甚广。二、名词解释（每小题4分,共20分）1.GPS卫星的导航电文2. 同步观测环3.静态定位4.GPS全球定位系统5.岁差三、问答题（60分）1.试述WGS84坐标系的几何定义（8分）2.如何减弱多路径误差（8分）3.简述GPS网的布网原则（9分）4.试分别写出测距码伪距观测方程和载波相位伪距观测方程（标明各个符号的含义），并比较它们的异同。（10分）5. GPS技术设计中应考虑哪些因素？（10分）6.结合专业知识，论述GPS在GIS中的应用（15分）模拟试题（1）参考答案一、填空（每空1分，共20分）1） 南北极 2） 40 3）几何 4）空间卫星 地面监控 用户接收 5）横轴墨卡托投影6) 与GPS卫星有关的误差 与卫星信号传播有关的误差 与接收机有关的误差7) 点连 边连 8) WGS84 9)同步观测10）电离层折射 11）整周跳变 12）空间位置图形强度因子13） 7.5 14）载波相位测量法 15）相对钟差二、名词解释（每小题4分,共20分）1.GPS卫星的导航电文答：GPS卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码转换到捕捉P码的信息。2. 同步观测环答：三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。3.静态定位答：如果在定位时，接收机的天线在跟踪GPS卫星过程中，位置处于固定不动的静止状态，这种定位方式称为静态定位。4.GPS全球定位系统答：GPS全球定位系统是一个空基全天候导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间获取一个通用参照系中的位置，速度和时间信息的要求。5.岁差答：在日月引力和其他天体引力对地球隆起部分的作用下，地球自转轴方向不再保持不变，这使春分点在黄道上产生缓慢的西移现象，这种现象在天文学中称为岁差。三、问答题（60分）1.试述WGS84坐标系的几何定义（8分）答：坐标系的原点是地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。2.如何减弱多路径误差（8分）答：多路径误差不仅与反射系数有关，也和反射物离测站的距离及卫星信号方向有关，无法建立准确的误差改正模型，只能恰当地选择站址，避开信号反射物。例如：（1）选设点位时应远离平静的水面，地面有草丛、农作物等植被时能较好吸收微波信号的能量，反射较弱，是较好的站址。（2）测站不宜选在山坡、山谷和盆地中。（3）测站附近不应有高层建筑物，观测时也不要在测站附近停放汽车。3.简述GPS网的布网原则（9分）答：为了用户的利益，GPS网图形设计时应遵循以下原则：（1）GPS网的布设应视其目的，作业时卫星状况，预期达到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照优化设计原则进行。（2）GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如一个或若干个独立观测环，或者附合路线形式，以增加检核条件，提高网的可靠性。（3）GPS网内点与点之间虽不要求通视，但应有利于按常规测量方法进行加密控制时应用。（4）可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。（5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程。4.试分别写出测距码伪距观测方程和载波相位伪距观测方程（标明各个符号的含义），并比较它们的异同。（10分）伪距观测方程 drion：电离层延迟改正；drtrop：对流层延迟改正。载波相位伪距观测方程：载波相位观测值（cycle）；：载波波长（m）：站星距（m）；c ：真空中的光速（m/s）：接收机钟差（s）； ：卫星钟差（s）：对流层折射（m）； ：电离层折射（m）：卫星星历误差（m）； ：整周模糊度 （cycle）；t ：观测历元时刻。5. GPS技术设计中应考虑哪些因素？（10分）答：技术设计主要是根据上级主管部门下达的测量任务书和GPS测量规范来进行的。它的总的原则是，在满足用户要求的情况下，尽可能减少物资、人力和时间的消耗。在工作过程中，要考虑下面一些因素：（1）测站因素；（2）卫星因素；（3）仪器因素；（4）后勤因素。6.结合专业知识，论述GPS在GIS中的应用（15分）GPS原理及应用模拟试题（2）一、填空（每空1分，共20分）1按照GPS系统的设计方案，GPS定位系统应包括 部分、 部分和 部分。2在使用GPS软件进行平差计算时，需要选择 投影方式3从误差来源分析，GPS测量误差大体上可分为以下三类： ，和 。4根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有 式、 式、网连及边点混合连接四种基本方式。选择什么方式组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。5VDOP代表 6当地球自转360°时，卫星绕地球运行两圈，环绕地球运行一圈的时间为小时58分。地面的观测者每天可提前4min见到同一颗卫星，可见时间约为 小时。这样，观测者至少能观测到4颗卫星，最多可观测到11颗卫星。7利用GPS进行定位有多种方式，如果就用户接收机天线所处的状态而言，定位方式分为 定位和 定位；若按参考点的不同位置，又可分为 定位和 定位。8GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采取 的方法，确定待定点的空间位置。9GPS信号接收机，按用途的不同，可分为 型、 和 等三种。二、名词解释（每小题4分,共20分）1.GPS全球定位系统2星历误差3SA技术4伪距三、问答题（60分）1.简述GPS网的布网原则（12分）2什么是相对论效应？（8分）3简述卫星大地测量的作用。（10分）4简述GPS卫星的主要作用。（10分）5结合专业知识，论述GPS在GIS中的应用（20分）GPS原理及应用模拟试题（2）参考答案一、填空（每空1分，共20分）1）空间卫星 地面监控 用户接收 2）横轴墨卡托投影3）与GPS卫星有关的误差 与卫星信号传播有关的误差 与接收机有关的误差4）点连 边连 5）垂直分量精度因子 6）11 57）静态 动态 单点 相对 8） 空间距离后方交会 9） 导航 测地型 授时型二、名词解释（每小题5分,共20分）1.GPS全球定位系统答：GPS全球定位系统是一个空基全天候导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间获取一个通用参照系中的位置，速度和时间信息的要求。2星历误差答：实际上就是卫星位置的确定误差。星历误差是一种起始数据误差，其大小主要取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。3SA技术答：其主要内容是：（1）在广播星历中有意地加入误差，使定位中的已知点（卫星）的位置精度大为降低；（2）有意地在卫星钟的钟频信号中加入误差，使钟的频率产生快慢变化，导致测距精度大为降低。4伪距答：GPS定位采用的是被动式单程测距。它的信号发射时刻是卫星钟确定的，收到时刻则是由接收机钟确定的，这就在测定的卫星至 接收机的距离中，不可避免地包含着两台钟不同步的误差影响，所以称其为伪距。三、问答题（60分）1.简述GPS网的布网原则（12分）答：为了用户的利益，GPS网图形设计时应遵循以下原则：（1）GPS网的布设应视其目的，作业时卫星状况，预期达到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照优化设计原则进行。（2）GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如一个或若干个独立观测环，或者附合路线形式，以增加检核条件，提高网的可靠性。（3）GPS网内点与点之间虽不要求通视，但应有利于按常规测量方法进行加密控制时应用。（4）可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。（5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程。2什么是相对论效应？（8分）答：GPS卫星在高20200km的轨道上运行，卫星钟受狭义相对论效应和广义相对论效应的影响，其频率与地面静止钟相比，将发生频率偏移，这是精密定位中必须顾及的一种误差影响因素。模拟试题（5）一、判断题（每小题2分,共20分）1. 20世纪50年代末期，美国开始研制多普勒卫星定位技术进行测速、定位的卫星导航系统，叫做子午卫星导航系统2.当利用两台或多台接收机对同一组卫星的同步观测值求差时，可以有