2025年GPS异常分析模拟卷

2025年GPS异常分析模拟卷考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪种现象通常由卫星信号受到来自周围物体的多次反射而引起？()A.周跳B.多路径效应C.电离层延迟D.信号闪烁2.在GPS数据处理中，用于探测和修复由卫星轨道误差或接收机运动突变引起的观测量discontinuity的方法是？()A.软件插值B.周跳探测与修复算法C.消除噪声滤波D.坐标系转换3.以下哪项是影响GPS信号接收机接收信号强度的非电离层、非对流层因素？()A.电离层延迟B.多路径效应C.对流层延迟D.卫星时钟误差4.能够提供高精度实时定位服务的GPS应用模式是？()A.单点定位(PPP)B.静态相对定位C.动态相对定位（如RTK）D.轨道确定5.当GPS接收机在短时间内完全失去卫星信号跟踪时，通常发生的是什么现象？()A.周跳B.信号失锁C.电离层闪烁D.钟差6.在GPS基线向量解算中，需要进行周跳探测与修复的主要原因是？()A.卫星钟差累积B.接收机钟差累积C.观测量中的整数跳变D.对流层延迟模型误差7.导致电离层延迟随观测时间变化的因素主要是？()A.接收机天线高度B.卫星高度角C.接收机位置经度D.以上所有8.对于GPS信号接收机来说，“载波相位观测值”指的是？()A.接收机接收到的载波信号的频率B.载波信号的波长C.载波信号的相位变化（以整周计数和不足整周的小数部分表示）D.卫星发射信号的初始相位9.在进行GPS静态数据事后处理时，如果基线向量解算结果出现巨大偏差，最可能的原因是？()A.接收机时钟精度低B.未进行有效的周跳修复C.电离层延迟模型不准确D.基线长度测量错误10.能够有效抵抗窄带干扰信号对GPS接收机影响的措施是？()A.使用低增益天线B.采用分集接收技术C.提高接收机采样率D.增加天线接地电阻二、填空题（每空2分，共20分）1.GPS系统由空间段、地面段和______三部分组成。2.伪距观测值是卫星信号______与接收机接收信号所需时间乘以光速之差，再减去卫星和接收机的______。3.产生周跳的主要原因是卫星信号在传播路径上经历了______。4.为了补偿电离层延迟，通常采用______模型进行修正。5.接收机在跟踪卫星信号时，由于周围环境反射信号的干扰，导致接收到的信号出现______和强度衰减。6.GPS定位解算中，______是估计接收机位置的基础观测量之一。7.信号失锁后，接收机需要重新捕获卫星信号，这个过程称为______。8.在GPS数据质量分析中，______和______是两种常见的异常值探测指标。9.相对于单点定位，差分定位的主要优势在于______。10.对流层延迟主要分为______延迟和______延迟两部分。三、名词解释（每题3分，共15分）1.周跳(Blunder)2.多路径效应(MultipathEffect)3.载波相位观测值(CarrierPhaseObservation)4.信号失锁(SignalLoss/LossofLock)5.差分GPS(DGPS)四、简答题（每题5分，共20分）1.简述GPS信号传播过程中主要受到哪些误差源的影响。2.解释什么是多路径效应，并简述其可能对GPS定位精度产生哪些不利影响。3.简述GPS数据预处理阶段主要包含哪些步骤及其目的。4.在进行GPS静态基线解算时，为什么必须进行周跳探测与修复？五、分析计算题（共25分）1.（10分）某GPS接收机在观测期间丢失了某颗卫星（PRNX）的载波相位观测值，导致在时间t1到t2之间产生了1.5个整周模糊度（-1.5周）。已知该卫星在此期间的载波相位观测值（不含整周模糊度）的小数部分变化量为0.2弧度。请解释此周跳现象，并说明如果后续数据处理中未正确探测和修复此周跳，会对该卫星的载波相位观测量解算结果产生什么影响？（假设模糊度是正确的）2.（15分）假设在GPS单点定位中，由于电离层延迟影响，接收机测得的伪距比真实距离多了δρ。请简述电离层延迟的基本原理，并说明δρ的大小主要与哪些因素有关？若已知某段路径上的电离层延迟约为5米，请分析这对接收机位置解算精度可能产生的影响（定性分析即可）。六、论述题（20分）结合你所学的知识，论述在GPS异常分析中，如何综合运用多种异常现象的标识信息（如伪距残差、载波相位残差、多路径指标等）来判断异常的成因（如电离层闪烁、信号干扰、接收机故障等），并简述针对不同成因应采取的典型数据处理策略或应对措施。试卷答案一、选择题1.B2.B3.B4.C5.B6.C7.B8.C9.B10.B二、填空题1.用户接收机2.离开发射时刻，钟差3.整数周跳变4.球面映射模型(或IGM模型等具体模型名称也可接受)5.信号闪烁，衰减6.伪距观测值7.重新捕获(或Reacquisition)8.L1残差，L2残差(或其他如信噪比、周跳探测标记等指标也可，但L1/L2为常用)9.提高定位精度10.垂直，水平三、名词解释1.周跳：在GPS信号载波相位观测值中，由于某种原因（如信号失锁、信号传播路径剧烈变化）使得观测值瞬间出现不连续的、跳变了整数个周数的现象。2.多路径效应：GPS信号在传播路径上遇到建筑物、地形等障碍物反射，形成多条路径到达接收机，导致接收机接收到直接波和反射波的叠加信号，从而干扰正常的信号测量。3.载波相位观测值：接收机测量接收到的GPS卫星载波信号相位的变化量，通常表示为一个整数（整周数）加上一个小数部分（不足一周的部分）。4.信号失锁：GPS接收机在跟踪卫星信号时，由于各种干扰或自身原因暂时失去对卫星信号的稳定跟踪能力，无法获取有效的观测数据。5.差分GPS(DGPS)：通过在已知精确坐标的基准站上设置GPS接收机，计算其位置与GPS解算位置的差值（修正信息），并将此修正信息广播给附近的其他用户接收机，用户接收机利用该修正信息来提高自身定位精度的技术。四、简答题1.GPS信号传播过程中的主要误差源包括：卫星钟差（卫星原子钟与标准时间系统的偏差）、接收机钟差（接收机原子钟或晶振的偏差）、大气延迟（电离层延迟和对流层延迟）、卫星轨道误差（星历误差）、接收机位置误差（包括天线相位中心误差等）、多路径效应、信号传播延迟（相对论效应引起的时间修正等有时也考虑）。2.多路径效应是指GPS信号经过周围环境（如地面、建筑物、水面）的反射后，与直接信号在接收机天线附近发生干涉，导致接收信号幅度和相位发生畸变。其不利影响包括：导致伪距测量值偏差，从而降低定位精度；引起载波相位观测值的周跳；可能产生虚假的卫星信号，干扰正常的信号跟踪。3.GPS数据预处理阶段主要包含：数据格式转换与检查、数据质量控制（剔除异常值、检查数据完整性）、卫星钟差/星历误差改正、电离层延迟模型修正（如使用模型或差分法）、对流层延迟模型修正（如使用模型或差分法）、周跳探测与修复、模糊度确定（整周模糊度固定）、坐标系统转换与投影等步骤。其主要目的是消除或减弱各种误差源的影响，提高观测数据的质量和可靠性，为后续的定位解算准备合格的、连续的观测数据。4.在进行GPS静态基线解算时，载波相位观测值包含一个未知但固定的整周模糊度。如果观测期间发生周跳，将导致载波相位观测值出现跳变，从而使得解算出的模糊度值发生错误跳变，不再是固定值。如果未正确探测和修复周跳，使用错误的模糊度值参与基线向量解算，会导致整个基线解算结果产生巨大的系统误差，使得基线向量长度和方位角严重失真，无法得到正确的结果。五、分析计算题1.解析：周跳是指载波相位观测值在短时间内发生了不应有的整数倍的跳变。本题中，接收机在t1到t2时间段丢失了卫星PRNX的信号，导致其相位观测值出现1.5个整周跳变。这意味着，如果之前相位观测值的小数部分为N，丢失后恢复时的小数部分变为N'，则有(N'-N)=-1.5周或1.5周（取决于计数方向）。题目给出丢失期间的小数部分变化量为0.2弧度，这本身可能不是跳变的原因，而是跳变后相位值的小数部分指示。关键在于发生了1.5周的跳变。如果后续数据处理中未能正确探测并修复这个1.5周的跳变，那么解算出的载波相位值将始终包含这个错误的跳变量。例如，如果使用双频载波相位差分解算基线向量，错误的整周模糊度会通过相位观测值传递，导致解算出的基线向量坐标存在一个与真实基线相差1.5个波长（在L1和L2频段上不同）的系统偏差，使得整个定位结果（如果该基线参与平差）产生较大的错误。如果仅用单频解算，且未进行模糊度固定或搜索，则无法得到有效解或解精度极低。2.解析：电离层延迟是指GPS信号在穿过地球电离层（高层大气层，主要成分是电离的气体）时，由于电离层中自由电子的存在，信号传播速度发生变化，导致信号传播时间延迟。其基本原理是：信号频率越高，电离层电子对其影响越小（延迟越小）；信号频率越低，受电子影响越大（延迟越大）。电离层延迟的大小主要与以下因素有关：信号频率（如L1频率高于L2，其延迟通常小于L2）；观测几何构型（主要是卫星高度角，高度角越低，信号路径越长，穿过电离层越深，延迟越大）；观测时段（白天由于太阳活动，电离层电子浓度高，延迟大；夜间相对较小）；地理位置（不同纬度区域电离层特性不同）。电离层延迟通常是系统性偏差，可以通过建立模型（如基于信号频率的模型）进行修正，但模型误差和动态变化（如电离层闪烁）仍会残留在观测数据中。若某段路径上的电离层延迟约为5米，这会对单点定位精度产生影响。对于一般单点定位，若不进行修正，这5米的延迟（主要是对较低速用户而言的等效距离误差）会直接转化为位置误差。例如，在水平方向上，可能导致约1.5米（5米/sqrt(3)）左右的等效位置误差（假设是等误差影响）。对于要求高精度的应用（如厘米级定位），未修正的电离层延迟是主要的误差来源之一，必须采用差分GPS、广域差分（WAAS/EGNOS等）或PPP等方法进行有效削弱。六、论述题解析：GPS异常分析的核心在于识别信号质量下降或观测数据异常的现象，并追溯其物理成因。综合运用多种异常标识信息是判断成因的关键。首先，通过分析伪距残差（通常分为L1和L2，并可能计算其差分、组合值如iono-free组合）的统计特性（如标准差、最大/最小值、相关性），可以识别是否存在异常大的残差点，这可能是粗差（如卫星故障、接收机故障、周跳）、电离层闪烁或强信号干扰的迹象。例如，短时间内多个频点的伪距残差同时出现异常，结合信噪比下降，指向干扰源。其次，载波相位残差的分析同样重要，其对周跳更敏感。相位残差图中的突然跳变点指示周跳可能发生。相位模糊度的跳变或固定失败也与异常有关。结合伪距和相位残差，可以判断误差的性质（如主要是码相位误差还是载波相位误差）。多路径指标（如信噪比、载噪比、几何强度因子GDOP、信号幅度/相位统计特性等）的异常变化，特别是与卫星高度角或接收机周围环境相关的异常，是诊断多路径效应的有力证据。例如，低高度角卫星观测数据质量差，或接收机在特定位置时数据质量明显下降。信号失锁（LossofLock）信息的记录，显示了接收机跟踪失败的时间点和涉及的卫星，有助于定位问题发生的时段和范围。综合这些信息，可以初步判断异常类型。例如，若发现特定卫星在特定时间段内伪距和相位残差均异常，信噪比低，且伴随信号失锁记录，则很可能是由该卫星本身或信号路径上的强干扰引起的。若主要是相位残差出现系统性跳变，伪距残差相对较小，则更可能是周跳或接收机时钟/轨道误差问题。针对不同成因，应采取不同的策略：