GPS复习资料汇编

GPS原理及应用复习填空题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 接收机 。3 地面监控系统：1个主控站3个注入站5个监控站4、GPS卫星位置采用 WGS-84 大地坐标系。 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。5、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 。7、 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）。8、GPS接收机依据其用途可分为：导航型 接收机、测地型 接收机和 授时型 接收机。 GPS接收机按载波频率分为：单频接收机 、双频接收机。GPS接收机按接通道数分为：多通道接收机、序贯通道接收机和多路多用通道接收机。10、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 。11、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。12GPS测量误差来源 与信号传播有关的误差：电离层折射误差，对流层折射误差，多路径效应误差。与卫星有关的误差：卫星星历误差，卫星钟误差，相对论效应。与接收机信号接收有关的误差：接收机钟误差，接收机位置误差，天线相位中心位置误差等。其他误差：地球自转、 地球潮汐。13、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。14.GPS卫星定位原理和方法包括：伪距法定位，载波相位测量定位，差分GPS定位。15、GPS卫星信号包含 载波 、 测距码 、 数据码 （导航电文）三类。16、GPS定位时的误差源，常用的差分法有如下三种：在接收机间求一次差；在接收机和卫星间求二次差；在接收机、卫星和 观测历元间 求三次差。17.利用载波相位观测进行定位首先解决整周模糊度和整周跳变两个问题18、测地型GPS测量时，其基本观测量是 伪距 、 载波相位 。19、在进行GPS 测量时，观测量中存在着 系统误差 和偶然误差。其中 系统 误差影响尤其显著。20、GPS网一般是求得测站点的三维坐标，其中高程为 大地 高，而实际应用的高程系统为 正常 高系统。21、GPS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 空间距离后方交会的方法，确定待定点的空间位置。23. 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，定位方式分为静态 定位和 动态 定位；若按参考点的不同位置，又可分为单点定位和相对定位。25.在接收机和卫星间求二次差，可消去两测站接收机的 相对钟差改正。26.GPS基线向量属于WGS-84坐标系的三维坐标差27.GPS预处理的目的是：对数据平滑滤波检验，剔除粗差；统一数据文件格式并将数据文件加工成和标准化文件；找出整周跳变点并修复观测值；对观测值进行各种模型的改正28.相对点位的结果是空间坐标差和大地坐标差29同一条基线，其直接解算结果与独立基线推算所得结果之差就产生了所谓的坐标闭合差条件30.同步环路的站间距离总数为m（m-1）/2 独立基线：m-132.GPS网技术设计的依据：GPS测量规范和测量任务书。名词解释1.大地原点，称大地基准点，是国家地理坐标经纬度的起算点和基准点2.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。3、天球：指以地球质心为中心，半径r为任意长度的一个假想球体，为建立球面坐标系统，必须确定球面上的一些参考点、线、面和圈。4、天球坐标系：以天球及天球上的点线圈为基础所建立的坐标系。5、地球坐标系：以地球及地球上的点线圈为基础所建立的坐标系6. 岁差：春分点除因地球自转轴方向改变引起的变化外还因黄道的缓慢变化而变化7. 章动：地球瞬时自转轴在惯性空间不断改变方向的周期性运动。8.静态定位：指的是对于固定不动的待定点，将GPS接收机安置于其上，观测数分钟乃至更长的时间，以确定该点的三维坐标，也叫绝对定位。9.动态定位：至少有一台接收机处于运动状态，测定的是各观测时刻运动中的接收机的点位。10、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。11.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.12.单点动态定位：用安设在一个运动载体上的GPS信号接收机，自主地测得该运动载体的实时位置，从而描绘出该运动载体的运行轨迹，所以单点动态定位又叫绝对动态定位。13、静态相对定位：接收机处于相对静止状态下，采用至少两台GPS接收机同步观测相同的GPS卫星，确定基线端点的相对位置或基线向量。14、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。15.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.16.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。17.同步观测环：三台或以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环（同步环）18 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，则独立基线数为N-1.19、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。20、整周跳变：接收机在信号跟踪接收过程出现信号中断使计数器无法连续计数，恢复正常后小数部分正确，但整周数发生跳跃，即出现整周跳变。21整周模糊度：载波在空间传输的整周期数，无法通过观测获得的未知数。22、导航电文：包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（或D码），是利用GPS进行定位的数据基础。23. 卫星星历：描述卫星运动轨道的信息。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。25、广播星历: 卫星将地面监测站注入的有关卫星运行轨道的信息，通过发射导航电文传递给用户，用户接收到这些信号进行解码即可获得所需要的卫星星历，这种星历就是广播星历。26、调制：将频率较低的信号加载在频率较高的载波上的过程称为调制。27、相对论效应：GPS测量中由于卫星钟和接收机钟在惯性空间钟的运动速度不同以及所处的位置引力位的不同而引起的测量误差。28、多路径效应：在GPS测量中，测站周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线，并和直接来自卫星信号产生干涉，从而使观测值偏离真值。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。29【伪距定位法】伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测出得到4颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。32.GPS水准：利用GPS和水准测量成果确定大地水准面的方法称GPS水准简答题1、GPS定位基本原理：根据地面已知点坐标，用空间前方交会求出卫星在轨位置；根据空中卫星的已知坐标，用空间后方交会的方法求出测站点的位置。2、GPS系统的特点：1定位精度高，2观测时间短，3测站间无需通视，4可提供三维坐标，5操作简便，6全天候作业，7功能多，应用广。3. 开普勒轨道六参数（轨道根数a，e，V，i，）长半径a 扁心率e（或短半径b） 真近点角V升交点半径 轨道面倾角近地点角距4一次差（单差），二次差（双差），三次差可以消除哪些误差？ （1）一次差（两接收机间），可消除与卫星有关的载波相位及其钟差项，如卫星时钟误差同时减弱了卫星轨道误差、大气传播误差对两个测站同步观测的影响。 （2）二次差（两同步卫星间），不仅可消除与接收机有关的载波相位及其钟差项，如接收机时钟误差还可以消除卫星时钟误差。（双差模型优点） （3）三次差（两历元间），可消除与卫星和接收机有关的初始整周模糊度项N。5、什么是多路径误差?试述消弱多路径误差的方法。 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。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）6星历误差对定位的影响有哪些？减弱星历误差影响的途径有几种？答：对于单点定位时，星历误差的径向分量作为等价测距误差进入平差计算，配赋到星站坐标和接收机钟改正数中去，具体配赋方式则与卫星的几何图形有关。减弱星历误差影响的途径： （1）建立卫星跟踪网独立定轨； （2）相对定位； （3）轨道松弛法。7电离层折射及其影响有哪些？减弱电离层影响的有效措施有几种？答：当GPS信号通过电离层时，如同其它电磁波一样，信号的路径会发生弯曲，传播速度会发生变化。此时再用光速乘上信号传播时间就不会等于卫星至接收机的实际距离。对于GPS信号，这种距离差在天顶方向最大可达50m，在接近地平方向时可达150m。减弱电离层影响的有效措施：（1）相对定位；（2）双频接收。8、 如何减弱GPS接收机钟差。（10分）答：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。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。通过在卫星间求一次差来消除接收机的钟差。9接收机天线的相位中心与其几何中心的区别在哪里？答：在GPS测量中，观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准的，天线的相位中心也应该与其几何中心保持一致。但实际上天线的相位中心位置随信号输入的强度和方向不同会发生变化，使其偏离几何中心。10、 简述GPS网的布网原则。（10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11.什么是伪距单点定位？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12. GPS技术设计中应考虑哪些因素？（10分）答：（1）测站因素；（2）卫星因素；（3）仪器因素；（4）后勤因素。14.实时差分动态定位：所谓差分动态定位，就是用两台接收机在两个测站上同时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号，用以联合测得动态用户的精确位置。其中一个测站是位于已知坐标点，设在该已知点（又称基准点）的GPS信号接收机，叫做基准接收机。如果及时将GPS改正值发送给若干台共视卫星用户的动态接收机，而改正后者所测得的实时位置，便叫做实时差分动态定位。15、阐述伪距测量和载波相位测量的基本原理，并写出它们的观测方程。（14分）答：伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测得四颗以上GPS卫星的伪距及已知的卫星位置，采用距离交会法求定接收机天线所在点的三维坐标。GPS卫星依据自己的时钟发出某一结构测距码，该测距码经过t时间传播后到达接收机。接收机同时产生一组结构完全相同测距码（复制码）并通过时延器进行相关处理使两者完全对齐，则其延迟时间即为传播时间，与光速乘积即得伪距观测值。观测方程： 载波相位测量以GPS接收机接收到的载波信号与本振参考信号的相位差作为观测量，接收机跟踪卫星信号，不断测定小于一周的相位差。对载波相位观测量运用各种求差模型解算接收机天线的位置。观测方程：jk=f/c*+f*ta- f*tb-f/c*1-f/c*2+Njk16、GPS测量误差主要来源于哪几个方面？并根据测量误差对定位结果的影响说明在外业工作中，选择GPS点时的注意事项。(12分)答：误差源：卫星部分、信号传播、信号接收、其他影响（一）卫星部分 星历误差钟误差相对论效应（二）信号传播 电离层对流层多路径效应（三）信号接收 接收机钟误差位置误差天线相位中心变化（四）其他影响 地球潮汐负荷潮选择GPS点时的注意事项：主要要考虑消除多路径效应测站应远离大面积平静水域。灌木丛、草和其他地面植被能较好吸收微波信号的能量，是较为理想的设站地址。测站不宜选择在山坡、山谷、和盆地中。以避免反射信号从天线抑径板上方进入天线，产生多路径效应。测站设置应远离高层建筑物。19、定位类型：根据所用观测值：伪距定位 载波相对定位根据定位模式：绝对定位（单点定位） 相对定位（差分定位）根据获取定位结果的时间：实时定位 事后定位根据接收机的运动状态：静态定位 动态定位20.伪距法定位：由GPS接收机在某一时刻测出得到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标和时钟改正数。所测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中的延迟，实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此一般称量测的距离为伪距。21.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。22.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。23.整周模糊度（整周未知数）的确定：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。24.GPS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）26.GPS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-1.7.非独立基线：除独立基线外的其他基线叫非独立基线，总基线数和独立基线数之差就是非独立基线数。27.布网设计时应注意以下几个原则：第一，每点应有一个以上通视方向；第二,应采用原有城市坐标系统；第三，GPS网必须由非同步独立观测边构成若干个闭合环或附合线路。在进行GPS外业工作之前，必须做好实施前的测区踏勘、资料收集、器材筹备、观测计划拟定、GPS仪器检校及设计书编写等工作。28主控站的主要作用有哪些？答：主控站的作用有：（1）、收集数据；（2）、数据处理；（3）、监测与协调 ；（4）、控制卫星29 地面监控站部分的工作程序是怎样的？GPS卫星的主要作用有哪些方面？答：地面监控部分的工作程序为：由监测站连续接收GPS卫星信号，不断积累测距数据（伪距和伪距差），并将这些测距数据以及气象数据、卫星状态数据等发送到主控站；再由主控站对测距数据进行包括电离层、对流层、相对论效应、天线相位中心的偏移及地球自转和时标改正等的传播时延改正。并用卡尔曼数学滤波器进行连续数据平滑处理及最小二乘与多项式拟合，以提供卫星的位置和速度的六个轨道根数的摄动，每个卫星的三个太阳压力常数，卫星的时钟偏差，漂移和漂移率，各监测站的时钟偏差，对流层残余偏差及三个极移偏差状态数据，并将这些数据编成导航电文传送到注入站。最后由注入站将这些导航电文注入卫星。GPS卫星的主要作用有三方面：（1）、接收地面注入站发送的导航电文和其它信号；（2）、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；（3）、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。30.什么是同步网？同步网之间的连接方式有哪几种？什么是异步网？答：当投入作业的接收机数目多于二台时，就可以在同一时段内，几个测站上的接收机同步观测共视卫星。此时，由同步观测边所构成的几何图形，称为同步网。同步网之间的连接方式有以下三种：点连式、边连式、混连式。由多个同步网相互连接的GPS网，称作异步网。31.GPS控制网数据处理的目的？答： GPS控制网数据处理的目的是将采集的数据经测量平差后归化到参考椭球面上并投影到所采用的平面上，得到点的准确位置。32、GPS测量数据处理的基本过程？答：GPS测量数据处理的基本过程可分为：数据采集、数据传输、预处理，基线解算，网平差计算，坐标系统转换，与原有地面网的联合平差基本步骤。33什么叫GPS水准？其作用是什么？答：当测区中有一部分点已用GPS定位技术和常规高程测量方法求得其大地高和正常高，可计算出该点处的高程异常，若测区内测量点的数量足够多，且分布较为均匀，则可拟合测区的似大地水准面形状，进而推算测区中其余未进行水准联测的GPS