GPS原理与应用复习题及参考答案

全球定位系统原理和应用综述参考一、对错题(共5题，每题1分，共5分)(请在答题卡上对错题的答案区回答)1.()全球定位系统网络的精度要求主要取决于网络的应用和定位技术能够达到的精度。精度指数通常用相邻点之间弦长的标准偏差来表示。2.()全球定位系统测距码(C/A码和P码)是伪随机噪声码。3.()电离层延迟的大小与载波频率无关。4.()通过全球定位系统定位直接获得的高程是准大地水准面上的正常高度。5.()图形强度因子是一个直接影响定位精度的量，但与观察值和其他误差无关。它的值总是大于1，最大值可以达到100，并且它的大小随时间和站点位置而变化。在全球定位系统测量中，多普勒效应越小越好。2.对错题(共5题，每题1分，共5分)(请在答题卡上对错题的答案区回答)1.()全球定位系统测量的站间伪距是指全球定位系统卫星和地面站之间的几何距离。2.()码长较短，易于捕获，但码宽较大，测距精度较低，所以也称为捕获码或粗码。3.()全球定位系统(卫星星座部分)的空间部分由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成，它们均匀分布在6个轨道上。4.()通过全球定位系统定位直接获得的高程是准大地水准面上的正常高度。5.()需要长期观测全球定位系统静态定位的原因是为了削弱卫星星历误差的影响。三、填空(这道题是15题，每题空1题，共15分)(请在答题纸上填空作答)1.根据规范的规定，我国的全球定位系统测量按精度分为AA、A、B、C、D和E级，其中C级网相邻点的平均距离为15 10km，最大距离为40 km。2.GPS定位系统包括空间部分、地面控制部分和用户设备部分。3.从误差源的分析来看，全球定位系统测量误差一般可分为以下三类：与卫星有关的误差、与信号传播有关的误差和与接收设备有关的误差。4.1984年，美国国防部测绘办公室开发了一种新的世界大地坐标系，称为1984年美国国防部世界大地坐标系，简称WGS-84。5.由三个或更多接收器的同步观测获得的基线向量组成的闭环称为同步环。6.在定位工作中，卫星跟踪的暂时中断可能是由于卫星信号的暂时阻断或外部干扰的影响，使计数器无法累计计数。这种现象被称为周跳。7.找到接收器和卫星之间的二次差可以消除两个站的接收器的相对时钟差校正。8.有许多方法可以使用全球定位系统进行定位。如果涉及用户接收天线的状态，定位方法分为静态定位和动态定位。根据基准点的不同位置，可分为单点定位和相对定位。9.GPS卫星信号由载波、导航信息和测距码组成。10.对流层延迟校正模型中的大气折射率N与温度、气压和湿度等因素有关。11.差分全球定位系统根据观测值的类型可分为伪距差和相位差。12.全球定位系统和GLONASS目前正在运行全球卫星导航和定位系统。中国建立的第一代卫星导航定位系统称为北斗卫星导航系统，欧盟规划的卫星导航定位系统称为伽利略系统。13.在接收机之间计算一次差后可以消除卫星时钟差参数，在卫星之间连续计算二次差后可以消除接收机之间的相对时钟差参数，在历元之间计算三次差后可以消除双差模糊参数。四.名词解释1.导航消息导航信息是数据地球高度是指从地球表面上的一个点沿着地球椭球的法线穿过该点到地球椭球的距离3.静态定位将全球定位系统接收器放置在固定的测量站上，观察几分钟至2小时或更长时间，以确定测量站位置的卫星定位。它是一个定位应用程序，不考虑轨道的存在或不存在，并确定点的位置。4.差分全球定位系统差分全球定位系统是指利用差分全球定位系统参考表和已知的精确三维坐标获得伪距修正或位置修正，然后实时或事后将修正发送给用户，以修正用户的测量数据，从而提高全球定位系统的定位精度。5.相对论效应卫星时钟和接收器时钟之间的相对时钟误差是由两个时钟的不同重力位和不同移动速度引起的。6.单点定位单点定位是根据接收机的观测数据确定接收机位置的方法。也被称为“绝对定位”7.同步观测环由三个或更多接收器的同步观测获得的基线向量组成的闭环。8.地球高度地球高度是指从地球表面上的一个点沿着地球椭球的法线穿过该点到地球椭球的距离9.伪距全球定位系统定位使用被动单向测距。其信号的发射时间由卫星时钟决定，而接收时间由接收机时钟决定，这不可避免地包括从卫星到接收机的测量距离中的两个时钟之间的不同步的误差效应，所以它被称为伪距。10.卫星星历误差从星历表计算出的卫星空间位置和实际位置之间的差值称为卫星星历误差。四.综合问题1.什么是多径误差？哪些方法可以用来消除或削弱全球定位系统测量中的多路径误差？(15分)如果由测量站附近的反射器反射的卫星信号进入全球定位系统接收器，它将干扰直接进入接收器的信号，从而导致观察值偏离，这就是所谓的多径误差。多径误差不仅与反射系数有关，还与反射镜离测量站的距离和卫星信号的方向有关。建立一个精确的误差校正模型是不可能的，只有站址可以被适当地选择以避开信号反射器。例如：(1)选择位置时，应远离平静水面。当地面被草、庄稼和其他植被覆盖时，它能更好地吸收微波信号的能量，并且具有弱反射，因此它是一个更好的地点。(2)车站不应选在山坡、山谷或盆地。(3)测量站附近不应有高层建筑，观察时车辆不应停在测量站附近。2.简要描述选点时对全球定位系统台站的基本要求。(15分)(1)点位的选择应符合技术设计要求，并有利于其他测量方法的扩展和联合测量；(2)点位基础应坚实稳定，便于长期保存，有利于安全运行；(3)接收设备和操作点应便于放置，视野应开阔，视野内周围障碍物的高度角一般应小于15；(4)点位应远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站)，距离不小于200米，远离高压输电线路，距离不小于50米，以避免周围磁场对卫星信号的干扰；(5)在该点附近不应有强烈反射(或吸收)电磁波的物体，以减少多径效应的影响；(6)交通应方便运营，提高运营效率；(7)应充分利用符合上述要求的原控制点及其标志，但在使用旧点时，应检查旧点的稳定性和完整性，符合要求后方可使用；(8)选点后，按照合理的方法对GPS点进行编号。此外，有时有必要考虑测试区域的通信设施和电源对于地面全球定位系统接收机时钟差，对于全球定位系统卫星时钟差，对于电离层延迟，对于对流层延迟，是载波相位观测值的波长，c是真空中光速，伪距和载波的观测噪声和多径效应误差，分别代表接收器和卫星的硬件延迟，表示载波观测、天线相位旋转以及卫星和接收器硬件延迟的整周模糊度。由于硬件延迟，此项目没有整数特征。4.试述全球定位系统在测绘行业的应用(15分)全球定位系统在测绘中的主要应用有：(1)建立和维护全球参考框架；(2)建立各级国家平面控制网；(3)建立城市控制网和工程测量控制网，开展各种工程测量；(4)广泛应用于航空摄影测量、地籍测量和海洋测量。5.尝试描述全球定位系统定位的误差来源(15点)在GPS定位过程中，会受到各种因素的影响，从误差来源上可以分为三类。这些因素主要影响电磁波传播时间的测量和卫星精确位置的获取。误差通过测量调整方程传输到全球定位系统定位结果。全球定位系统中的精确定位是使用各种模型来估计下面列出的各种误差。1.与全球定位系统卫星有关的误差(1)卫星星历误差卫星星历误差基于全球定位系统卫星计算的卫星轨道和实际轨道之间的差异。(2)卫星时钟差卫星时钟差是安装在全球定位系统卫星上的原子钟时间和全球定位系统标准时间之间的误差。(3)相对论效应相对论效应是指由于卫星时钟和接收器时钟的不同状态(不同的运动速度和重力势)，它们之间出现相对时钟差的现象。(4)卫星信号发射天线相位中心偏差卫星信号发射天线的相位中心偏差是全球定位系统卫星上信号发射天线的标称相位中心与其实际相位中心之间的差值。2.与信号传播相关的误差(1)电离层延迟电离层是一种高度在50千米到1000千米之间的大气。这个区域的气体分子和原子被电离成自由电子和正离子。带有带电粒子的全球定位系统信号的传播速度会改变，传播路径也会改变。这种变化被称为电离层延迟。码伪距观测和载波相位观测的电离层延迟相同，但符号相反。(2)对流层延迟对流层是海拔低于50公里的大气层。对流层对电磁波的折射效应导致全球定位系统信号的传播速度和路径发生变化，这被称为对流层延迟。对流层对伪距观测和载波相位观测有相同的影响。(3)多径误差接收器周围的物体表面反射到达接收器的信号，因此接收器接收的卫星信号也包括反射和折射信号的影响，这被称为多径误差。3.与接收设备相关的错误(1)接收器时钟差像卫星时钟一样，接收器也有时钟差异。接收器时钟差是全球定位系统接收器使用的时钟的钟面时间与全球定位系统标准时间之间的差。(2)接收机天线相位中心的偏差和变化全球定位系统接收器天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异是接收器天线相位中心的偏差。(3)接收器噪声用全球定位系统接收机测量时，由于仪器和外部环境的影响而引起的误差。4.其他错误这主要包括通道误差、测量噪声、电路噪声和延迟。这些误差通常影响很小，一些随机误差可以通过建立数学模型来消除。6.试着描述整个周期跳跃的定义、原因和特征。(15分)在接收机跟踪全球定位系统卫星进行观测的过程中，由于各种原因(例如，接收机天线被阻塞、外部噪声信号的干扰等)。)，载波相位观测值中的整个周期数可能不正确，但小于1个完整周期的小数部分仍然正确，简称为周期滑移。周跳的原因是：卫星信号被障碍物阻挡，无法到达接收器；国家周跳的特征在于载波相位观测值中的整个周期数不正确，但是小于1个整个周期的小数部分仍然是正确的。7.如何用双频观测消除电离层延迟？(15分)消除电离层延迟误差的常用方法包括：(1)本特，IRI等经验模型修正方法(2)半总和校正法(3) Klobuchar模型修正(4)数学拟合方法，如曲面拟合模型和球面调和函数模型对于双频接收机，可以直接利用双频观测值或组合观测值进行电离层延迟校正，校正效果非常好。此外，可以通过使用测量的双频观测值来建立局部或全局TEC测量模型。8.试着描述一下全球定位系统的应用(1