GPS全球卫星导航考试复习资料解析

1、、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 右手坐标系。4.G

2、 PS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：1973.1219782 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， 成为继阿波罗登月计划和航天 飞机

3、计划之后的第三项庞大空间计划5.G PS 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 GPS不一致的处理方法：GPST二UTC+1S*n-19s 7、载波相位测量的基本原理和方法：若卫星S发出一载波信号*该信号向各

4、处传播： 设瞬I可，该彳百号在收机R处的相位为耳慎在卫星S处的相位为4滋和Cpfe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 =入5 9 r但因无法观测號，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.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.赛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：（帖（pp ）=-单代3）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）C基准信号相位）和接收到的来自卫星qCJ （载波信号的 相位）之差口可以进一步

5、求出该瞬间从卫星到接收机的距离8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；接收机位置误差

6、）；潮汐造成误差；其他误差：（软件、硬件和人为造成的误差相对误差） 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) ,L2(f 2=1227.6OM 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，观测数分钟乃至较长时间

7、，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 构成的多边形闭合环15. 独立观测

8、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跟踪站所获得的 精密观测数据

9、，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)=( PDOP+TDOP"2 23.平面位置精度因子 HDORHorizontal DOP )24.高程精度因子 VDOpVertical 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，进而求出各网点坐标，并进行精度评定

10、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、（需4台以上接收机）相邻同步图形之间有两个以上公网连式：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：把点连式与边连式有机结合

11、起来的 GPS组网方式。 可靠指标大为提高，减少外业工作量，降低成本。36、网。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。导线网连接（环形图）：非同步图形，适用于精度较低的 GPS布37、差低的工程测量、地质、边界测量等。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 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 三.公式或原理推导1.卫星位置计算:轨道平冋1：计算卫星运行的平均角速度A：WGS-84坐标系下的地球引力常数 他二二3. 986005X10='/s：地

12、球自转角速率ty, = 7.2921151467 IQ'rad/s计算轨道长半轴3 =3 7L A?厂平均角速度修正S （电文）平均角速度为屁二360。/周期二阿7?二/（需）' 则卫星运行的平均角速度为n - no+ Az7轨道平面二：计算归化时刻4卫星轨道参数是相对于基准时刻十“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，如为相对于纵的归化时刻，考虑星期的开始或结束:当 302400s 时 t tk =*6048005 $当 ti-302400s 时，4= 4+604800s其中，6勿8加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厶4：计算

13、偏近点角Ek5：计算卫星矢3、有基准时刻的平近点角MO "4、偏心率和廊Sk =滋 + esw Ek(ifjSk 以弧度计)*即先令&厂滋代入上式求解亦5：计算卫星矢径丛Fk=a(l-ecosEk)轨道平面心计算真近点角匕7：计算升兗点角距0牛6=计算真近点角匕cosV =(cos Ek- e)/(lYcos E/su% =( Jir? Ef)/(l-ecos Ej 即g毛窘7：计宾升亩上迁距Pt巾 Jc =G轨道平面8:计算摄动改正项&、6、6合产C堆82竝+ G涉jw2如5= C貧 8$2权+L§= Cic g2 如+ C,sin2ffhz丿其中:&am

14、p;由4项引起的升交距fZ的摄动量5由4项引起的卫星矢径的摄动量&由4项引起的轨道倾角f的摄动S轨道平面9=计算魏阚做M升交距角0 耳二V和轨道倾角4 _ -i(h计算卫星在轨道卑面上的位置弘升交距角加>和轨道倾角诋n=nflecosEk +&ik= io+i 矗 JHI10：计算卫星在轨道平面上的位置Ukierksht L/k2.伪距法卫星定位: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

15、技 术在自相关系数斤G丿Fax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。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U和复制码 t? 3 之间的自相关系数可以表 示为:R禺W旷a3、在自相关系数最大情 况下测定的传播时间，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（J i各种随机 误差，t精度）C伪距法定位伪距的另外一种解释AfZ) =inax, c* r-pR （t） =max卫星钟和接收机钟完全同步 （成立）O而实际，r 6寸延丿不严格=加（T. 星信号的传

16、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）O伪距法定位-伪距测量的观测方程伪距? «#lllA P （卫星与接收机之I'司的几何距S） 为此.和户口司的羞S J檯在某一瞬间卫昆发出一个信号.冒一瞬河二呈沦读数八一瞬间卫讨无钟差标准时 T b_js号到达活收K的标？t时 珂一倍号到达佞收机读到含弊差的时间r时延，即T规一尸=P化 设r则有发射时刻卫星钟的改正数以及接收时刻接收机呻的改正數呱-叮吃-门呱-帀丄一卫駐8卿飙遍鼬旦星踐酣曲離；一卫星競將燃卫翱藪：雇蹴怫垃属騙毎帧啊：:剋隹艄廉疑甜1 捕沏卫謝搦正做匸巾一髒再側扌：$翩韌詞口星理iTtt眾氏删 帼C

17、7 1坊+厂7；=%/于是有；伪距法定位-伪距测量的观测方程和电离层折射改正矽网一对流层折射改正P = ©- +叽 +沁二为:P二P+叽+叽厂叫+c?3.伪距法定位数学模型:伪距法定位-数学模型假忌SESaSateS kK_心.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咋G緒确已知那么测定了伪距E就等于测定了几何距离几而P与卫星坐标 （"4 与接收机坐标（天线相&中心的坐标）（兀Y. Z） 之间有如下关系：（兀3 玉尸 + （二剪一N尸卡一cE”<1 =1* 2, 3,4，.>-近十（切）5十（）5 "24.伪距差分动态

18、定位：单点动态定位的基本方法为:如(今分 zJF+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，若将距离偏差予以具体化，则在基准 站R测得至GPS卫星j的伪距为Pr - Prf +一 £理）+ Pr + 伽+丈蚀 （注倉和洗豹站的差别、式中为基准站和第j颗GPS卫星之间的真实距离；Jp： 是GPS卫星星历误差所引起的距离偏差；乩”为接收机时钟 相对于GPS时系的偏差星钟偏差）："7是第j颗GPS卫星 时钟相对于GPS时系的偏差星钟偏差）；r,.为电离层时延 所引起的距离偏差：讣叱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 确算得真实距离邮"而伪距“7是用基准接收机测得的，故知=几-P： =Y（g