2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 卫星导航系统与定位服务

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——卫星导航系统与定位服务考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.卫星导航系统中，实现测距的基础是接收机接收卫星信号并测量其传播所经历的（）。A.相位变化B.频率偏移C.时间延迟D.码序列重复2.下列哪一项不属于卫星导航定位的主要误差来源？A.卫星星位误差B.接收机钟差C.多普勒频移D.电离层延迟3.能够提供全球覆盖、高精度定位服务的卫星导航系统是（）。A.GLONASSB.BeiDou（北斗）区域系统C.GalileoD.QZSS4.在载波相位测量的伪距方程中，除了卫星到接收机的真实距离外，主要包含哪几项改正项？（请至少列出两项）A.卫星钟差改正B.接收机钟差改正C.电离层延迟改正D.对流层延迟改正E.多路径效应改正5.与单点定位（SPS）相比，精密单点定位（PPP）的主要优势在于（）。A.定位速度快B.无需地面基准站C.定位精度更高D.成本更低6.下列哪种服务是Galileo系统特有的服务类型？A.开放服务（OS）B.商业服务（CS）C.公共管制服务（PRS）D.以上都是7.能够显著提高卫星导航定位精度的技术是（）。A.软件无线电技术B.星基增强系统（SBAS）C.多频接收技术D.GPS辅助设备8.卫星导航信号中的导航电文主要包含了哪些信息？（请至少列出两项）A.卫星星历B.卫星时钟校正参数C.电离层模型参数D.导航电文标识符E.接收机状态信息9.以下哪个应用领域不属于卫星导航系统的主要应用范畴？A.航空航天导航B.车辆交通管理C.心率监测D.精密农业10.随着卫星导航技术的进步，未来的发展趋势之一是（）。A.单系统定位成为主流B.卫星导航与其他空间技术（如通信、遥感）的深度融合C.降低卫星发射成本D.减少对高精度的需求二、填空题（每空1分，共15分）1.卫星导航系统通过测量卫星信号的______和时间来计算用户的位置。2.误差来源中，______和______通常被认为是影响定位精度的两大主要误差源。3.北斗卫星导航系统是中国自主建设的新一代卫星导航系统，其服务类型包括开放服务、______和______。4.利用载波相位进行定位时，需要解决整周模糊度的问题，常用的技术包括______和______。5.卫星导航接收机为了补偿电离层延迟，通常会采用______接收机或差分技术。6.实时动态（RTK）技术能够提供高精度的定位结果，其基本原理是利用______站提供的差分改正信息。7.卫星导航信号结构中，______码主要用于测距，而______码主要用于导航电文的传输。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述卫星导航定位的三种基本观测方程（伪距观测方程、载波相位观测方程、载波相位整周模糊度观测方程）。2.简要说明电离层延迟和对流层延迟对卫星导航定位的主要影响。3.比较GPS和北斗（BeiDou）卫星导航系统的主要异同点。4.简述卫星导航系统在交通运输领域的主要应用方式。四、计算题（共15分）已知某用户在时刻t接收到来自三颗卫星（Sat1,Sat2,Sat3）的信号，已知卫星星历信息（卫星位置矢量、时钟校正参数），接收机时钟校正参数为Δt_r。测得的三维伪距观测值分别为ρ1,ρ2,ρ3。请写出该用户位置（x,y,z）和接收机钟差Δt_r的误差方程（线性化后的最小二乘形式）。假设测距方程为：ρ1=||r1-R|-cΔt_r|+b1ρ2=||r2-R|-cΔt_r|+b2ρ3=||r3-R|-cΔt_r|+b3其中r1,r2,r3分别为三颗卫星的位置矢量，R为用户位置矢量，c为光速，b1,b2,b3为卫星和接收机相关的硬件延迟项（假设已知或为零），Δt_r为接收机钟差。请将此非线性方程组线性化处理，并写出误差方程的形式（以未知数X=[x,y,z,Δt_r]ᵀ表示）。试卷答案一、选择题1.C2.C3.C4.A,B,C,D,E5.C6.C7.B8.A,B,D9.C10.B二、填空题1.路径2.卫星星位误差，接收机钟差3.商业服务，公共管制服务4.载波相位平滑，差分相位观测5.双频6.基准7.P，D三、简答题1.伪距观测方程：ρ=||r-R|-cΔt_s|+b。其中ρ为伪距观测值，r为卫星位置矢量，R为用户位置矢量，c为光速，Δt_s为卫星钟差，b为大气延迟等误差项。载波相位观测方程：ν=φ-λ*(r-R)/c-λ*Δt_r-N。其中ν为载波相位观测值，φ为载波相位测量值，λ为载波波长，N为整周模糊度。载波相位整周模糊度观测方程：N=N_int（整数部分）。N_int为整周模糊度的整数解。2.电离层延迟：电离层中的自由电子会延迟或加速卫星信号，导致测距误差。延迟的大小与信号频率、信号传播路径的仰角有关，通常频率越高，延迟越小。对流层延迟：对流层中的大气折射也会影响信号路径，导致测距误差。对流层延迟分为干延迟和湿延迟，干延迟与高度角关系较小，湿延迟与大气湿度密切相关。两者均会显著影响定位精度，特别是近距离定位。3.相同点：都提供全球导航服务，具备开放服务能力，使用类似L波段频率，都采用类似GPS的测距原理，都服务于各种应用领域。不同点：星座数量和分布（GPS最多，Galileo星座密度高），信号结构设计（Galileo信号设计更优，有公开服务、商业服务、公共管制服务三类），中国北斗具有区域系统先发优势，并提供短报文通信功能，俄罗斯GLONASS系统发展相对滞后。4.卫星导航系统在交通运输领域应用广泛，主要包括：车辆导航与调度（实时定位、路径规划、交通流量监控），船舶导航与避碰（动态定位、罗经修正、航道测量），航空导航（精密进近、航路导航、飞机定位），铁路调度与控制（列车定位、速度测量、安全监控），智能交通系统（交通信号优化、车辆信息服务）。四、计算题误差方程为：A*X=L。其中X=[x,y,z,Δt_r]ᵀ为未知数向量。A为设计矩阵，L为常数向量。线性化处理是在用户位置R和钟差Δt_r附近取一阶泰勒展开。原方程可写为：ρᵢ=fᵢ(R,Δt_r)+bᵢ+εᵢ(i=1,2,3)其中fᵢ(R,Δt_r)=||rᵢ-R|-cΔt_r|。对fᵢ(R,Δt_r)进行一阶泰勒展开：fᵢ(R+δR,Δt_r+δΔt_r)≈fᵢ(R,Δt_r)+(∂fᵢ/∂R)ᵀ*δR+(∂fᵢ/∂Δt_r)*δΔt_r计算偏导数：∂fᵢ/∂R=-(rᵢ-R)/||rᵢ-R||∂fᵢ/∂Δt_r=-c代入展开式：ρᵢ≈||rᵢ-R|-cΔt_r|+(-(rᵢ-R)/||rᵢ-R||)ᵀ*δR-c*δΔt_r+bᵢ令δρᵢ=ρᵢ-fᵢ(R,Δt_r)-bᵢ+c*δΔt_r，则δρᵢ≈(-(rᵢ-R)/||rᵢ-R||)ᵀ*δR-c*δΔt_r写成矩阵向量形式：[-(r₁-R)/||r₁-R||;-(r₂-R)/||r₂-R||;-(r₃-R)/||r₃-R||]*[δx;δy;δz]ᵀ-c*[1;1;1]*δΔt_r=δρ=[ρ₁-||r₁-R|-cΔt_r|-b₁;ρ₂-||r₂-R|-cΔt_r|-b₂;ρ₃-||r₃-R|-cΔt_r|-b₃]令X=[x;y;z;Δt_r]ᵀ，则δX=[δx;δy;δz;δΔt_r]ᵀ，并将R和Δt_r在当前估值处代入，得到线性化误差方程：A*X=L其中A=[-(r₁-R)/||r₁-R||;-(r₂-R)/||r₂-R||;-(r₃-R)/||r₃-R||;-c*[1;1;1]