GPS原理与应用5.21教学提纲

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。GPS原理与应用5.21-GPS原理与应用名词解释（2.510）原子时：由原子钟导出的时间叫原子时预报星历：又称广播星历。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。升交点：当卫星由南向北运动时，其轨道与地球赤道面的一个交点。黄道：地月系质心绕太阳公转的瞬时平均轨道平面与天球相交的大圆。黄道是天球上黄道坐标系的基圈。截止高度角：在GPS测量中，为了屏蔽遮挡物（如建筑物、树木等）及多路径效应的影响所设定的蔽遮高度角，低于此角视空域的卫星不予跟踪。同步观测：两台或两台以上接收机同时对

2、一组卫星进行的观测。10.章动：由于日月引力以及地球非规划球体因素，使瞬时北天极绕平天极运动的现象。伪距：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。等效距离误差：距离测量误差与接收机和外界条件有关，与卫星星历误差有关。多种误差对接收机至卫星间的距离综合影响，又叫等效距离误差0岁差：由于日月引力以及地球非规划球体因素，使北天极绕北黄极运动的现象。9.整周跳变：如果由于某种原因在两个观测历元之间的某一段时间工作计数器中止了正常的累积工作,从而使整周计数较应有值少了n周,那么当计数器恢复正常工作后,所有的载波相位观测值中的整周计数Int()便都会含有同一偏差值较正常值少

3、n周.这种整周计数Int()出现系统偏差而不足一周的部分Fr()仍然保持正确的现象称为整周跳变,简称周跳.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

4、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的卫星星历。静态定位：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。GPS卫星的导航电文：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。GPS全球定位系统：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。星历误差：实际上就是卫星位置的确定误差

5、。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。SA技术：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。差分GPS：利用设置在坐标已知的点（基准站）上测定GPS测量定位误差，用以提高在一定范围内其它GPS接收机（流动站）测量定位精度的方法相对定位：确定进行同步观测的接收机之间相对位置的定位方法，称为相对定位。实测星历：它是根据实测资料进行拟合处理而直接得出的星历。它需要

6、在一些已知精确位置的点上跟踪卫星来计算观测瞬间的卫星真实位置，从而获得准确可靠的精密星历.相对论效应：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。轨道摄动：卫星的真实轨道与正常轨道之间的差异，称为轨道摄动。极移：地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称极移单点定位：仅单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系中的绝对位置的方法天球坐标系：是一个不随地球转动的坐标系，原点位于地球质心，Z轴与地球自转轴一致，X轴指向赤道上的春分点，Y轴为右手坐标系。恒星时：以春分

7、点为参考点，春分点的周日视运动所定义的时间系统。异步观测环：不同时间段观测的GPS基线向量所组成的闭合多边形环。或由独立基线组成的闭合多边形环。5、双差观测值：某一时刻二台接收机对同一卫星K观测距离之差为站间单差，同一时刻对J卫星也可求站间单差，再在卫星间求二次差，得到双差观测值。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RTK系统的技术关键：RTK系统之所以得以实现，其关键技术是：快速准确的求解整周未知数及数据传输技术。间隙段：某时某地虽可观测四颗卫星，但是用其定位时，精度要比平时差，甚至不能解算该点的三维坐标

8、，这个时间段为间隙段。原子时：1967年国际计量委员会决定采用铯原子零场在基态的两个超精细能级结构间跃迁辐射频率9192631770个周期的时间间隔为1秒，这样长度的秒，定义为原子时秒，以此为基准的时间系统，称为原子时。UT2世界时：在UT1世界时中虽然考虑了极移改正，但尚存在地球自转速度不均匀的影响。为此，在UT1中加入观测瞬间的季节性变化改正数。对流层折射：对流层的折射率与大气压力、温度和湿度密切相关。由于大气的对流作用很强，大气状态变化复杂，所以大气折射率的变化及其影响，难以准确地模型化。多普勒定位法：根据多普勒效应原理，利用GPS卫星较高的射电频率，由积分多普勒计数得出伪距差。主动式测

9、距：电磁波测距仪发射测距信号，通过另一端的反射器反射回来，再由测距仪接收。根据测距信号的往、返传播时间推求出往返距离。由于测站点需主动发出测距信号，故称这种测距方式为主动式测距。图形强度因子：图形强度因子是一个直接影响定位精度、但又独立于观测值和其它误差之外的一个量。其值恒大于1，最大值可达10，其大小随时间和测站位置而变化。在GPS测量中，希望DOP越小越好。实测星历：它是根据实测资料进行拟合处理而直接得出的星历。它需要在一些已知精确位置的点上跟踪卫星来计算观测瞬间的卫星真实位置，从而获得准确可靠的精密星历。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，

10、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。星历误差：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。被动式测距：发射站在规定的时刻内准确地发出信号，用户则根据自己的时钟记录信号到达的时间，根据这一时差求得单程距离。由于用户只需被动的接收信号，故将这种测距方式称为被动式测距。采样间隔：接收机连续两个观测历元间的时间间隔。独立基线：由相互函数独立的差分观测值所确定出的基线向量。当某一时段有m台接收机进行同步观测时，可得到m-1条独立基线。同步观测

11、环：由同一时段观测所得到的基线向量构成的闭合环。独立观测环：由相互独立的基线所构成的闭合环，也称为异步环。重复基线（复测基线）：具有两个时段以上同步观测结果的基线向量。GPS网是由GPS基线向量所形成的一种网络。1.参考站:在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别固定在一个或几个测站上，一直保持跟踪卫星，其余接收机在这些测站的一定范围内流动站作业，这些固定测站就称为参考站。2.主控站的作用：主控站拥有以大型电子计算机为主体的数据收集、计算、传播等设备。3.区域性GPS大地控制网：区域GPS大地控制网是指国家C、D、E级GPS网或专门为工程项目布测的工程GPS网。1.SA技术：其主要内容是：（1

12、）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。二、填空（0.550）1主控站的作用主要由有（1）收集数据；（2）数据处理；（3）监测与协调；（4）控制卫星。广播星历中包括的17个卫星星历参数为：二个参考时刻参数，六个开普勒轨道参数，九个反映摄动力影响参数。5GPS接收机按照信号通道的工作原理可分为：多通道接收机、序贯通道接收机、多路多用通道接收机。6在图形强度因子中，HDOP代表平面位置精度因子，VDOP代表高程精度因子，PDOP代表空间位置精度因子，GDOP代表几何精度因子。7

13、GPS提供的两种服务是定位和导航。8同步网的三种连接方式是：点连式、边连式、网连式。9GPS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、GPS网平差等基本步骤。10在预处理的数据分流中，自动生成的四个数据文件是：载波相位和伪距观测值文件、星历参数文件、电离层参数和UTC文件、测站信息文件。11描述卫星运行轨道的六个参数分别是：、升交点赤径、轨道面倾角、近地点角距、真近点角、椭圆长半轴、偏心率12载波L1上调制的信号有C/A码、P码和D码；载波L2上调制的信号有P码和D码。13JYD表示地极原点，BJ54表示北京54坐标系14RTK表示实时动态，GDZ80表示国家80坐

14、标系，UTC表示协调世界时。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。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。；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GPS卫星位置采用WGS-84大地坐标系。GPS系统中卫星钟和接收机钟均采用稳定而连续GPS时间系统。GPS卫星星历分为预报星历；后处理星历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。；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

15、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。描述地球几何和物理特性的四个参数是椭球的长半径、引力常数与地球质量的乘积GM、地球重力场二阶带球谐系数J2、地球自转角速度。5GPS定位误差的三大来源是：多台接收机公有的误差、传播延迟误差、接收机固有的误差。7载波相位测量的两个特有问题是重建载波和整周未知数N0的确定。13CIO表示国际协定原点，BIH表示国际时间局。1.子午卫星导航系统采用6颗卫星，并都通过地球的南北极运行。2.按照

16、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40km。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几何中心保持一致。4.按照GPS系统的设计方案，GPS定位系统应包括空间卫星部分、地面监控部分和用户接收部分。5.在使用GPS软件进行平差计算时，需要选择横轴墨卡托投影投影方式.从误差来源分析，GPS测量误差大体上可分为以下三类：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同步观测。双频

17、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电离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。.PDOP代表空间位置图形强度因子.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、载波相位测量法。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相对钟差改正。在实践中应用甚广。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5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。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

18、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。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。6数据码即导航电文，它包含着卫星的星历、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、由C/A码捕获P码的信息等。7动态定位是用GPS信号实时地测得运动载体的位置。按照接收机载体的运行速度，又将动态定位分成低动态、中等动态、高动态三种形式。利用双频技术可以消除或减弱电离层折射对观测量的影响，基线长度不受限制，所以定位精度和作业效率较高。6、GPS卫星星历分为预报星历(广

19、播星历)和后处理星历（精密星历）。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。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。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。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。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。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-1

20、1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功，标志着人类进入了空间技术的新时代。我国的GPS卫星跟踪网是由拉萨、乌鲁木齐、北京、武汉、上海、长春、昆明等七个跟踪站组成的。5.1968年国际时间局（BIH）决定，采用通过国际协议原点（CIO）和原格林尼治天文台的经线为起始子午线。起始子午线与相应于CIO的赤道的交点E为经度零点。这个系统称为“1968BIH”系统。协调世界时是综合了世界时与原子时的另一种记时方法，即秒长采用原子时的秒长，时刻采用世界时的时刻。我国西起东经72，东至东经135，共跨有5个时区，我国采用东8区的区时作为统一的标准时间。称作北京时间。在对卫星所有的作用力中,地

21、球重力场的引力是最重要的。如果将它的引力视为1，则其它作用力均小于10-5。卫星星历误差实际上就是卫星位置的确定误差。也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。.理想情况下的卫星运动，是将地球视作匀质球体，且不顾及其它摄动力的影响，卫星只是在地球质心引力作用下而运动。就整个地球空间而言，参心坐标系的不足之处主要表现在：它不适合建立全球统一坐标系的要求、它不便于研究全球重力场、平、高控制网分离，破坏了空间点三维坐标完整性。我国自行建立第一代卫星导航定位系统“北斗导航系统”是全天候、全天时提供卫星导航信息的区

22、域导航系统，它由两颗工作卫星和一颗备份星组成了完整的卫星导航定位系统。由于地球内部和外部的动力学因素，地球极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象叫极移。随时间而变化的极点叫瞬时极，某一时期瞬时极的平均位置叫平地极，简称平极。考虑到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。GPS定位精度同卫星与测站构成的图形强度有关，与能同步跟踪的卫星数和接收机使用的通道数有关。天线的定向标志线应指向正北。其中A与B级在顾及当地磁偏角修正后，定向误差不应大于5。天线底盘上的圆水准气泡必须居中。1.20世纪50年代末期，美

23、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.GPS全球定位系统具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。3.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个轨道上，距地面的平均高度为20200km，运行周期为11小时58分。6.在对卫星所有的作用力中，地球重力场的引力是最重要的。如果将它的引力视为1，则其它作用力均小于10-5。7.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，这种现象叫整周跳变。8.

24、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D级网的相邻点之间的平均距离为105km，最大距离15km。9.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。10.对于卫星精密定位来说，只考虑地球质心引力来计算卫星的运动状态是不能满足精度要求的。必须考虑地球引力场摄动力、日月摄动力、大气阻力、光压摄动力、潮汐摄动力对卫星运动状态的影响。11.当GPS信号通过电离层时，信号的路径会发生弯曲，传播速度会发生变化。这种距离改正在天顶方向最大可达50m，在接近地平线方向可达150m。12.在GPS测量定位中，与接收机有关的误差主要有接收机钟误差、接

25、收机位置误差、天线相位中心位置误差和几何图形强度误差等。13.按照GPS系统的设计方案，GPS定位系统应包括空间卫星部分、地面监控部分和用户接收部分。1.子午卫星导航系统采用6颗卫星，并都通过地球的南北极运行。2.自1974年以来，GPS计划已经历了方案论证、系统论证、生产实验三个阶段。总投资超过200亿美元。3.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40km。4.协调世界时是综合了世界时与原子时的另一种记时方法，即秒长采用原子时的秒长，时刻采用世界时的时刻。5.卫星钟采用的是GPS时，它是由主控站

26、按照美国海军天文台（USNO）的协调世界时（UTC）进行调整的。在1980年1月6日零时对准，不随闰秒增加。6.当GPS信号通过电离层时，信号的路径会发生弯曲，传播速度会发生变化。这种距离改正在天顶方向最大可达50m，在接近地平线方向可达150m。7.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几何中心保持一致。8.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同步观测。10.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。在实践中应用甚广。11.卫星星历误差实际上就是卫星位置的确定误差。也是一种起始数据误差，其大小主要取决

27、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。12.GPS网的图形设计主要取决于用户的要求、经费、时间、人力以及所投入接收机的类型、数量和后勤保障条件等。选择题1在20世纪50年代我国建立的1954年北京坐标系，采用的是克拉索夫斯基椭球元素，其长半径和扁率分别为（B）。A、a=6378140、=1/298.257B、a=6378245、=1/298.3C、a=6378145、=1/298.357D、a=6377245、=1/298.02.在使用GPS软件进行平差计算时，需要选择哪种投影方式（A）。A、横轴墨卡托投影B、高斯投影C、等角圆锥投影D

28、、等距圆锥投影3.在进行GPSRTK实时动态定位时，基准站放在未知点上，测区内仅有两个已知点，（C）定位测量的精度最高。A、两个已知点上B、一个已知点高，一个已知点低C、两个已知点和它们的连线上D、两个已知点连线的精度4.单频接收机只能接收经调制的L1信号。但由于改正模型的不完善，误差较大，所以单频接收机主要用于（A）的精密定位工作。A、基线较短B、基线较长C、基线40kmD、基线30km5.GPS接收机天线的定向标志线应指向（D）。其中A与B级在顾及当地磁偏角修正后，定向误差不应大于5。A、正东B、正西C、正南D、正北6.GPS卫星信号取无线电波中L波段的两种不同频率的电磁波作为载波，它们的

29、频率和波长分别为（C）：A、B、C、D、7.在GPS测量中，观测值都是以接收机的（B）位置为准的，所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。A、几何中心B、相位中心C、点位中心D、高斯投影平面中心8.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（D）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。A、3个B、4个C、5个D、6个9.计量原子时的时钟称为原子钟，国际上是以（C）为基准。A、铷原子钟B、氢原子钟C、铯原子钟D、铂原子钟10.我国西起东经72，东至东经135，共跨有5个时区，我国采用（A）的区时作为统

30、一的标准时间。称作北京时间。A、东8区B、西8区C、东6区D、西6区1.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（C）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。A、对流层折射B、多路径误差C、电离层折射D、相对论效应2.在进行GPSRTK实时动态定位时，需要计算在开阔地带流动站工作的最远距离，已知TRIMMRK（UHF）数据链无线电发射机天线的高度为9m，流动站天线的高度为2m，则流动站工作的最远距离为（A）。A、18.72mB、16.72mC、18.61mD、16.61m3.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

31、卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫（A）。A、整周跳变B、相对论效应C、地球潮汐D、负荷潮8.测量工作的直接目的是要确定地面点在空间的位置。早期解决这一问题都是采用(B)测量的方法。卫星B、天文C、大地D、无线电9.GPS卫星信号取无线电波中L波段的两种不同频率的电磁波作为载波,在载波上调制有（A）。A、P码和数据码B、C/A码、P码和数据码C、C/A和数据码D、C/A码、P码10.我国自行建立第一代卫星导航定位系统“北斗导航系统”是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统，它由（B）组成了完整的卫星导航定位系统。A、两颗工作卫星B、两颗工作卫星和一颗备份星C、三颗工作卫

32、星D、三颗工作卫星和一颗备份星判断题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.计量原子时的时钟称为原子钟，常用的有铯原子钟、铷原子钟和氢原子钟三种，国际上是以铷原子钟为基准的。（）3.载波相位测量法定位是利用全球定位系统进行低精度测量及导航的最基本方法。它的优点是速度快、无多值性问题，利用增加观测时间可以提高定位精度，足以满足部分用户的需要。（）4.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。在实践中应用甚广。（）5.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，可以有效的减弱电离层折射的影响，即

33、使不对电离层折射进行改正，对基线成果的影响一般也不会超过1ppm，所以在短基线上用单频接收机也能获得很好的定位结果。（）6.图形强度因子是一个直接影响定位精度、但又独立于观测值和其它误差之外的一个量。其值恒大于1，最大值可达100，其大小随时间和测站位置而变化。在GPS测量中，希望DOP越小越好。（）7.对于GPS网的精度要求，主要取决于网的用途和定位技术所能达到的精度。精度指标通常是以相临点间弦长的标准差来表示。（）8.在一个观测时段要几次更换跟踪的卫星。我们将时段中任一卫星有效观测时间符合要求的卫星，称为有效观测卫星。（）9.GPS网与地面网的联测点最少应有两个。其中一个作为GPS在地面网

34、坐标系内的定位起算点，两个点间的方位和距离作为GPS网在地面坐标系内定向、长度的起算数据。（）10.由于GPS网的平差及精度评定，主要是由不同时段观测的基线组成异步闭合环的多少及闭合差大小所决定的，与基线边长度和其间所夹角度有关，所以异步网的网形结构与多余观测密切相关。（）问答题（60分）布设GPS网的目的1易于引入外部基准，基线向量无法提供位置基准，必须从外部引入，构成网络，易于基准的传递。2评定测量成果的质量，提供检核条件（闭合环、重复基线、附和路线）。3提高测量成果的质量，探测、剔除粗差、分配误差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

35、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）。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）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。简述快速静态定位的作业方式。在测区中部选择

36、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，每点观测数分钟简述地面控制部分的工作程序。简述GPS接收机的设备组成。:GPS接收机天线单元，GPS接收机主机单元和电源三部分。接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存储器及显示器组成载波相位测量常用的差分法以及它们所消除的参数是什么？修正法2）差分法以国家大地坐标系或地方坐标系的某些点的固定坐标，、固定边长和方位角为网的基准，将其作为平差中的约束条件，并在平差中考虑GPS网与地面网之间的转换系数，因此，这种形式的平差是在地面参考坐标系中进行的，故称为GPS三维约束平差。简述GPS卫星在空间直角坐标系

37、中位置的计算过程。求出卫星在轨道平面指教坐标系中坐标；转换成轨道空间直角坐标；旋转，首先以轨道面倾角进行旋转，再以升交点的赤径进行转换。减弱电离层折射的主要措施有哪些？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10简述多路径误差的概念及如何消除多路径误差？在GPS测量中，如果测站被周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线，这就将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所谓的“多路径误差”。选择合适的站址：测站应原理大面积平静的水面；测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中；测站应离开高层建筑物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

38、较强的抑制作用。简述美国政府的GPS政策及摆脱GPS政策的途径。SA政策，即有选择可用性技术，人为地将误差引入卫星钟和卫星数据中，故意降低GPS定位精度，是C/A码定位精度从原来的20m降低到100mAS政策，反电子欺骗技术。其方法是：将P码与保密的W码相加成Y码，Y码严格保密。目的是：防止敌方使用P码进行精密导航定位。摆脱途径：应用P-W技术和L1和L2交叉相关技术，使L2载波相位观测值得到恢复，其精度与使用P码相同。研制能同时接收GPS和GLONASS信号的接收机。发展DGPS和WADGPS差分GPS系统。建立独立的GPS卫星测轨系统。建立独立的卫星导航与定位系统。简述GPS接收机的分类。

39、按接收机用途分：导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机按接收机的载波频率分：单频接收机、双频接收机按接收机通道数分：多通道接收机、序贯通道接收机、多路多用通道接收机按接收机工作原理分：码相关型接收机、平方型接收机、混合型接收机、干涉型接收机什么叫三维联合平差？。平差中除了GPS基线向量观测值和地面基准约束外，还包含了地面常规网观测值，将这些数据一并进行平差，也就是GPS网和地面观测数据的联合平差。简述差分GPS的原理及其分类。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，并由基准站实时的将这一改正数发送出去，用户接收机在进行GPS观测的同时

40、，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。分类：单基准站差分、具有多个基准站的局部区域差分和广域差分。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）简述无摄运动中开普勒轨道参数。轨道椭圆的长半径；（1分轨道椭圆偏心率（或轨道椭圆的短半径）；（1分卫星的真近点角；（1分）升交点赤经；（1分）轨道面倾角；（1分）近地点角距。（1分）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）简述快速静态定位的作

41、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)。1.如何减弱多路径误差（10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。简述电离层的概念及其影响（10分）答：所谓电离层，系指地球上空大气圈的上

42、层，距离地面高度在50km至1000km之间的大气层。电离层中的气体分子由于受到太阳等天体各种射线作用，产生强烈的电离，形成大量的自由电子和正离子。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。可见它对观测量的精度影响较大，必须采取有效措施削弱它的影响。试述WGS84坐标系的几何定义（10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

43、子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。1.简述地心直角坐标系的建立。答：原点O与地球质心重合；Z轴指向国际协议原点CIO，X轴指向1968BIH定义的格林尼治平均天文台的起始子午线与CIO的赤道焦点E，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。3.简述GPS信号接收设备的其结构和作用。答：（1）天线（带前置放大器）；（2）信号处理器，用于信号接收、识别和处理；（3）微处理器，用于接收机的控制、数据采集和导航计算；（4）用户信息传输，包括操作板、显示板和数据存储器；（5）精密振荡器，用以产生标准频率；（6）电源。4.在用GPS信号传递时间时，存在着哪三种时间尺度（时标）？答：其一为G

44、PS时间，它是一种全球性的时间信号源，用以进行精确的时间比对；二是每颗GPS卫星的时钟；三是用户的接收机时钟。GPS定时的实质是测定用户时钟相对于GPS时间的偏差，并根据卫星电文给出的有关参数，计算出世界协调时（UTC）。简述确定整周未知数的四种方法。答：确定整周未知数的方法很多，这里择要介绍其中四种：（1）经典静态相对定位法；（2）“动态”测量法；（3）交换天线法；（4）快速确定整周未知数法。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

45、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）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:选择合适的站址测站应远离大面积平

46、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在天线中设置抑径板（1分）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）广播星历：卫星发播的预报一定时间内卫星轨道信息的电文信息。精密星历：供卫星精密定位所使用的卫星轨道信息。区别是，前者是预报星历，后者是后处理星历载波相位测量的原理：载波信号量测精度优于波长的1/100，载波波长（L1=19cm,L2=24cm）比C/A码波长(C/A=293m)短得多，所以GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距（C/A码或P码）定位高得多的成果精度。伪距测量的原理：GPS接

47、收机对测距码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对C/A码测得的伪距称为C/A码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。绝对定位又称为单点定位，这是一种采用一台接收机进行定位的模式，它所确定的是接收机天线的绝对坐标。这种定位模式的特点是作业方式简单，可以单机作业。绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用两台以上的接收机，同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。接收设备安置在运动的载体上的定位成为动态定位Gps定位原理：GPS的基本定位原理是：

48、卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。Gps误差来源有哪些：（1）与GPS卫星有关的因素（2）与传播路径有关的因素（3）接收机有关的因素（4）GPS控制部分人为或计算机造成的影响，数据处理软件的影响，固体潮、极潮和海水负荷的影响，相对论效应。Gps控制网布点原则：（1）周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15度；（2）远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不小于50m；（3）附近不应有强烈反射卫

49、星信号的物件（如大型建筑物等）；（4）交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测；（5）地面基础稳定，易于点的保存；（6）AA、A、B级GPS点，应选在能长期保存的地点；（7）充分利用符合要求的旧有控制点；（8）选站时应尽可能使测站附近的小环境（地形，地貌，植被等）与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。基线：三角测量中推算三角锁、网起算边长所依据的基本长度边。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，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。独立观测环：由

50、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。非独立基线：除独立基线外的其它基线叫非独立基线，总基线数与独立基线之差即为非独立基线数。同步网之间的连接方式有哪些？对于由N台GPS接收机构成的同步图形中一个时断包含的GPS基线数为：但其中仅有N-1条是独立的GPS边，其余为非独立边。当接收机数N=25时所构成的同步图形当同步观测的GPS接收机数N3时，同步闭合环的最少数应为：Gps网形设计原则：

51、（1）GPS网中不应存在自由基线。所谓自由基线是指不构成闭合图形的基线，由于自由基线不具备发现粗差的能力，因而必须避免出现，也就是GPS网一般应通过独立基线构成闭合图形。（2）GPS网中的闭合条件中基线数不可过多。网中各点最好有三条或更多基线分支，以保证检核条件，提高网的可靠性，使网中的精度、可靠性较均匀。（3）GPS网应以“每个点至少独立设站观测两次”的原则布网。这样不同接收机数测量构成的网之精度和可靠性指标比较接近。（4）为了实现GPS网与地面网之间的坐标转换GPS网至少应与地面网有2个重合点。Gps测量定位技术设计及技术总结包括那些内容？在gps测量工作完成后，应按要求编写技术总结报告，

52、其具体内容包括外和内业两大部分。外业技术总结内容测区范围与位置，自然地理条件，气候特点，交通及电信、电源等情况任务来源，测区已有测量情况，项目名称，施测目的和基本精度要求；施测单位，施测起讫时间，技术依据，作业人员情况；接收设备作业仪器类型与数量、精度、检验情况；点位观测质量评价，埋石与重合点情况；观测方法要点与补测、重测情况；外业观测数据质量分析与野外数据检验情况内业技术总结内容：数据处理方案、所采用的软件、所采用的星历、起算数据、坐标系统，以及无约束、约束平差情况。误差检验及相关参数与平差结果的精度估计等。上交成果中尚存在的问题和需要说明的其他问题、建议或改进意见综合附表与附图GPS数据预

53、处理的目的是：对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差；统一数据文件格式并将各类数据文件加工成标准化文件（如GPS卫星轨道方程的标准化，卫星时钟钟差标准化，观测值文件标准化等）；找出整周跳变点并修复观测值(整周跳变的修复见5.3.3)；对观测值进行各种模型改正。Gps基线向量网平差有哪些类型：三维无约束平差法，二维约束平差，三维联合平差，二维联合平差Gps信号接收机分类：按工作原理分为，码相关型接收机，平方型接收机，混合型接收机。按接收机用途分为：导航型接收机，测量型接收机，授时型接收机。按接收机接收的载波频率分为，单频接收机，双频接收机。按接收机的通道数分为，多通道接收机，序贯通道接收机，多路复用通

54、道接收机Gps信号接收机的工作原理：当GPS卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一不定期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；对所接收到的GPS信号，具有变换、放大和处理的功能，以便测量出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。五、综合分析（共13分）161根据下列控制网的图形，用三台天宝4800双频接收机作业，相邻点的距离约1km，仪器迁移时间约20-30分钟，已知接收机的使用序号和机号如下表，要求最少有三个同步观测环，同步观测时间为1小时。序号机号129192293035306编写定位的

55、先后次序。（6分）观测时段1：A点（接收机1）、B点（接收机2）、D点（接收机3）（2分）观测时段2：A点（接收机1）、B点（接收机2）、C点（接收机3）（2分）观测时段3：B点（接收机2）、C点（接收机3）、D点（接收机1）（2分）（2）写出三个同步观测环和一个独立环。（4分）同步观测环：观测时段1的AB、BD、AD三边所组成的闭合环；（1分）观测时段2的AB、BC、AC三边所组成的闭合环；（1分）观测时段3的BC、CD、BD三边所组成的闭合环；（1分）独立环：观测时段1的AB、AD和观测时段3的BD三边所组成的闭合环；（1分）（3）根据下图PDOP值选择每一个同步观测环最佳的观测时段。（3

56、分）在这三个时间段内选择较好：4：00-9：0014：00-16：0018：00-20：00观测时段1：6：00-7：00（1分）观测时段2：14：-15：00（1分）观测时段3：19：00-20：00（1分）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：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。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。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。可

57、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。GPS网点，应利用已有水准点联测高程。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

58、误差（m）；：整周模糊度（cycle）；t：观测历元时刻。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。结合专业知识，论述GPS在GIS中的应用（15分）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：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。GPS网一

59、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。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。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。GPS网点，应利用已有水准点联测高程。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

60、顾及的一种误差影响因素。3.简述确定整周未知数的四种方法。(8分)答：确定整周未知数的方法很多，这里择要介绍其中四种：（1）经典静态相对定位法；（2）“动态”测量法；（3）交换天线法；（4）快速确定整周未知数法。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。GPS基线向量网的设计原则（20分）