GPS全球卫星导航考试复习资料

1、一、主要1 周跳产生的原因与探测修复方法 ： 原因：仪器线路的瞬间故障； 卫星信号被障碍物暂时阻断； 载波锁相环路的短暂失锁； 无线电影响。修复方法： 三差探测周跳法； 用高次差多项式探测周跳法； 卫 星间求差法； 残差分析； 屏幕扫描法2、易产生周跳的 因素和对待周跳的态度 :因素：与GPS接收机的质量和野外观测环境密切相关。态度： 为了取得优良的成果，必须选择质量好的接收机、组织 观测、选择良好的观测站和观测星座环境。3. WGS-8坐标系定义：原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向，X 轴指向BIH1984.0的零子午面和赤道的交点，丫轴与Z轴、X轴构成 右手坐

2、标系。4. GPS发展历程：1973年由美国国防部开始建立，称为全球定位系统（ GPS，目的 是用于美国军队的定位、导航、武器制导等。拟定由（21 + 3）颗 卫星组成。到今天为止经历了4个阶段：1973.121978.2,理论研究阶段；19781989年2月14日为建设阶段；19901999为建成运行阶段， 1993年满 24 颗， 1995 年达预定工作能力；2000 年 5 月 2 日 2030为改进更新阶段。从GPS的提出到1993年建成，经历了 20年，实践证实，GPS对人类 活动影响极大，应用价值极高，所以得到美国政府和军队的高度重视， 不惜投资 300 亿美元来建立这一工程， 成

3、为继阿波罗登月计划和航天 飞机计划之后的第三项庞大空间计划。5. GPS RTK的优势：工作距离长、精度高、效率高、经济而又不存在误差积累等优势应用于：建立或改善工程和城市控制网以及地形测量，道路测量，曲 线测设及工程放样等方面。能在现场实时求解流动站坐标、且能实时知道定位的精度（内 符合精度）；1拖N的作业模式（流动和基准站间有数据链）,设置好基准站 后，每个流动站仅需一人，大大提高工作效率，输入转换参数后可以进行WGS8坐标与本地要求坐标间的正确 转换；用于放样精度高，且异常便捷6、UTC GPST不一致的处理方法：GPST二UTC+1s*n-19s7、载波相位测量的基本原理和方法：若卫星

4、S发出一载波信号*该信号向各处传播： 设某一瞬间，该信号在接收机R处的相位为血 在卫星S处的相位为牡 和周为载波相位某一起始点，包括整周数九 若载波的波长为九 则卫星S至接收机R间的距离：P =兄（0主0应）但因无法观测眠因此该方法无法实施。若接收机的震荡器能产生一个频率与初相和卫星载波信号 完全相同的基准信号口这样有：任何一个瞬间在接收机处的基 准信号的相位等于卫星处载波信号的相位口赛阪）等于接收机产生的基准信号的相位和接收到的来 自卫星的载波信号相位之差：（洙）=帆5）沖心）某一瞬间的载波相位测量值指的是该瞬间接收机所产生的（6）（基准信号相位）和接收到的来自卫星哄甸（载波信号的 相位）之

5、差口可以进一步求出该瞬间从卫星到接收机的距离&基线解算完成后的成果分析（4个）：观测值残差分析；基线长度的精度分析；双差固定解与双差实数解分析；9、观测文件 标准化内容 ： 记录格式标准化； 记录项目标准化； 采样密度标准化；数据单位标 准化。10、GPS野外观测成果需要哪些 项目检核：各时段的同步观测数据检核； 重复观测边的检核 ；同步观测环检核； 独立观测环的检核11 、卫星定位 误差源分类：与卫星有关：（ SA ；卫星星历 ； 卫星钟差 ； 卫星天线标称 相位中心偏差 ；相对论效应。） 与传播路径有关： （电离层折射； 对流层折射 ；多路径误差） 与接收机有关的误差：（接收机钟差

6、；接收机位置误差 ） 其他误差：（软件、硬件和人为造成的误差 ；潮汐造成误差； 相对误差）二、专用术语6. 导航电文：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。7. GPS载波：可运载调制信号的震荡波称为载波，GPS中有Li （fi=10.23MH Z,入 i=19.03cm）丄 2（f 2=1227.60M HZ,入 2=24.42cm）两种载波 .8. 测距码：测距码是用于测定卫星至接收机之间距离的二进制码。 9. 绝对定位：指的是对于固定不动的的待定点， 将GPS接收机安置与 其上

7、，观测数分钟乃至较长时间，确定该点的三维坐标10. 相对定位：若以两台GPS接收机安置于两个不变的待定点，通过 一定时间的观测，可以确定两个点之间的相对位置称为相对定位11. 周跳：在跟踪卫星过程中，由于某种原因，如卫星信号被障碍物 挡住而暂时中断或受无线电信号干扰造成失踪，则计数器无法计数，当信号重新被跟踪以后，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，这种现象称为周跳。12. 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13. 同步观测：两台及以上接收机同时对同一组卫星进行的连续观测 14. 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

8、多边形闭合环15. 独立观测环：由独立观测所获得的基线向量所构成的多边形闭合 环16. 异步观测环：含有异步基线的多边形闭合环。17. 独立基线：对于N台GPS接收机构成的同步观测环中，有 J条同 步观测基线，其中独立基线数为 N-1条18. 高程系统有：大地高程系统、正高、正常高高程系统。它们分别对应参考椭球面、大地水准面、似大地水准面19. G.PS作业模式：静态定位、快速静态定位、准动态定位、动态 相对定位。20. 广播星历：通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文传递给用户 的，用户接收机接收到这些信息，经过解码便可获得所需要的卫星星 历。21. 精密星历：一些国家的某些部门根据各自建立的

9、跟踪站所获得的 精密观测数据，用于确定预报星历相似的方法计算的卫星星历。22. 几何精度因子GDQP(Geometric DOP)。描述三维位置和时间误 差综合影响的精度因子，称为几何精度因子GDOP=(q11+q22+g33+g44)=(PDOdTDOP1/223. 平面位置精度因子 HDORHorizontal DOP )24. 高程精度因子 VDOI(Vertical DOP)25. 空间位置精度因子PDOPPosition DOP)26、接收机钟差精度因子TDOpTime DOP）27、平差：以GPS基线向量作为观测值，以期方差的逆矩阵为权进行 平差，消除许多图形不符值，进而求出各网点

10、坐标，并进行精度评定28、数据剔除率：在参与同步基线解算的数据段之内，被剔除的观测值 个数的比值称为数据剔除率。29、基线向量：对两接收机的观测数据进行解算所得到的两测站间的 三维坐标点称为基线向量。30、同步基线：采用相同的处理模型和处理方案，用相同的基线解算 软件，对两台或多台接收机的同步观测数据进行解算所获得的基线向 量。31、点连式：指相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接方式。32、边连式：同步图形之间由一条公共基线连接的连接方式。33、网连式：（需4台以上接收机）相邻同步图形之间有两个以上公 共点相连接。可靠指标高，花费时间和金钱多，适用于较高精度的控 制测量。34、边点混连式：把点

11、连式与边连式有机结合起来的 GPS组网方式。 可靠指标大为提咼，减少外业工作量，降低成本。35、三角锁：（或多边形连接）：用点连式或边连式组成连续发展的 三角锁同步图形。适用于狭长地区的 GPS布网，如铁路，公路，管线 工程勘测等。36、导线网连接（环形图）：非同步图形，适用于精度较低的 GPS布 网。37、星形布设：观测边之间不构成任何图形，检查与发现粗差能力更 差，但只需两台仪器即可作业。方法简便，作业速度快，用于精度较 低的工程测量、地质、边界测量等。三. 公式或原理推导1. 卫星位置计算：轨道平面I:计算卫星运行的平均角速度WGS-84坐标系下的地球引力常数GH二p二3. 986005

12、 X 101;m7s2地球自转角速率= 7.2921151467 rad Is计算轨道长半轴d二（巫尸 亦,A/r平均角速度修正量（电文） 平均角速度为皿二360°/周期二何乔二血/（需）' 则卫星运行的平均角速度为nf n 匚 A 77轨道平面2：计算归化时刻“卫星轨道参数是相对于基准时刻么而言。为此须计算观测时刻相对于基 准时刻的差值：tk=t-toe其中，如为相对于块的归化时刻，考虑星期的开始或结束：当 比302400s 时,tt 604800s ；当 t$302400s 时，tk= 604800so其中，604800是一个星期的秒数轨道平面3：计算观测时刻的平近点角A

13、/ 4：计算偏近点角Ek 5：计算卫星矢径心3、有基准时刻的平近点角Mk=M0+nt4、偏心率和廊Ek - esin Ek(M E± 以弧度计)"即先令场二滋代入上式求解弘5：计算卫星矢径丛rk=a(l-ecosEk)轨道平面心计算真近点角匕|7：计算升交点角距力*6：计算真近点角匕cosVk =(cos Ek- e)/(l-ecos EjsinVk =(4-e2 sin E/(l-ecosEj即 =arctg(b k = 02+ 3和轨道倾角触轨道平面8：计算摄动改正项戈、和6n=a(JecosE)fj5r >ik=帀+a+f 推10：计篦卫星在轨道平面上的位匸岛=

14、« cas2+ Cu,sin2 祝其中:5= Ctc cos2 C0n2札JSr= Ckcos2+ Crisin2 、5U由4项引起的升交距（/的摄动量Sr曲4项引起的卫星矢径厂的摄动量企升交距角加S二血+氐10：计算卫星在轨道平面上的位置首矢径和轨道倾角石5i由刀项引起的轨道倾角i的摄动量 轨道平面9=计算跻ea改正的升交距角02.伪距法卫星定位:测距码（C/A与P码）二进制（0,1）编码，常由一个幅度为±1的 矩形波来表示。根据乘法规则， 于是，测距码厂（t-At）和复制码U'冶）之间的自相矣系数可 示为：R（沪出（7帅"3、在自相关系数最大情 况下测

15、定的传播时间，从 某种意义上讲就是用於 标志测定的信号传播时间 的平均值（I I各种随机 误差，t精度）。1、测距码按照某一规律编排，可 以复制，每个码都对应着某一特 定的时间（一周期内）2、码在产生（随机误差），传播 过程（于外界干扰产生变形）， 因而仅根据测距码中的某一标志（如某个码的前沿）来进行量测 会带来较大误差，利用码相关技 术在自相关系数斤69 =max的情况 下来确定信号的传播时间，实际 上就是根据参加比对的於码来共 同确定传播时间。伪距法定位伪距的另外一种解释M =max, c* t二 P rR （t） =max卫星钟和接收机钟完全同步 （成立）o而实际，t 6寸延丿不严格=如

16、a 星信号的传播时间）受两台钟不同步、信号并不 是完全在真空中传播（大气延迟）。伪距法定位-伪距测量的观测方程伪距PP （卫星与接蜥之间的几何距離为此，飆Mtt旎Si是購定0和P之间的关设在某一聲间卫常发出一个倩号.产一瞬间卫口读数T *瞬阿卫量怦无钟差标准时Tb«号到达接收机捷时7ifH号到达接收机读到含怦蔓的时间T时延，即 T =Tb - f = P icF产一一发射时刻卫星忡的改正数 厂臨接收时刻搂收机岬的改正效 则有于是有;-孑=£才=叶兔片创g）叫叫瓷中：#卫軽 期械几轆鼬*卫星至珮 铀解；F卫星鈿常聖的卫星轉瓠械肄額師踊袴帧彌：严一鎏塚躺正槪館；V b/ 斟m淞

17、斜搦蹟；"歸梱耿杠檢理；冷呷一輙$卷那翔瀬加話口堇至粥翩胡伪距法定位伪距测量的观测方程考虑和涮一电离层折射改正矽呵一对流层折射改正以及站星间的几何距离P:P = C（_O+勿期+ Ptrop于是GPS伪距观测方程为：Q二"+勿期4罚孕叫+C堆3. 伪距法定位数学模型:伪距法定位数学模型假定：a）电离层和对流层折射改正均可梢确求得b）卫星钟和接收机钟的改正数卩汕* 5桶确已知那么测定了伪距总就等于测定了几何距离几而P与卫星塑标S&与接收机坐标（天线相位中心的坐标）（X Y. Z） 之间有如下关系： = -x）2 +（i；-r）2+-z）2）f（亠一兀尸+ （片一 +

18、（二刃一NF卡一c丘=门 +（*>5 十（&口）£8戸_8；<i =1, 2. 3,4. .>4. 伪距差分动态定位：单点动态定位的基本方法为：14喀-研+盼驸中® 纾F+d（1）现在讨论伪距差分动态定位的基本工作原理： 依式1）可知，若将距离偏差6?予以具体化，则在基准 站R测得至GPS卫星j的伪距为Pr = Pit +cdTrr -妣»dp； +玖伽+瓦吨 （注査和诡餉站的差事） 式中川为基准站和第J颗GP呂卫星之间的真实距离；dp-! 是GPS卫星星历误差所引起的距离偏差：为接收机时钟 相对于GPS时系的偏差（星钟偏差）：/*是第j颗GPS卫星 时钟相对于GPS时系的偏差星钟偏差）；上山”为电离层时延 所引起的距离偏差；匸爲是对流层时延所引起的距离偏差；c 为电磁波的传播速度°根据基准站的三维坐标已知值和GPS卫星星历，可以精 碓算