GNSS测量与数据处理试题含答案

GNSS测量与数据处理试题含答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下关于GNSS卫星轨道误差的描述中，正确的是（）。A.属于与信号传播相关的误差B.主要由卫星钟差引起C.可通过精密星历降低其影响D.对单频接收机无影响答案：C解析：卫星轨道误差属于与卫星相关的误差（A错误），主要由卫星轨道预报精度不足引起（B错误）。精密星历提供了更精确的卫星位置信息，可有效降低轨道误差影响（C正确）。单频接收机无法通过双频观测值消除电离层延迟，但轨道误差对其仍有影响（D错误）。2.载波相位观测值中包含的“整周未知数”（N0）的特性是（）。A.观测过程中保持不变B.可通过单点定位直接解算C.仅与接收机钟差有关D.精度与观测时间无关答案：A解析：整周未知数（模糊度）在观测过程中一旦锁定卫星信号即保持不变（A正确）。单点定位仅利用伪距观测值，无法直接解算模糊度（B错误）。模糊度与卫星和接收机的位置、信号传播路径等多因素相关（C错误）。长时间观测可通过统计平均提高模糊度解算精度（D错误）。3.电离层延迟对GNSS观测值的影响随（）的增加而减小。A.太阳活动强度B.信号频率C.卫星高度角D.接收机海拔答案：B解析：电离层延迟与信号频率的平方成反比（B正确）。太阳活动增强会加剧电离层扰动，延迟增大（A错误）。卫星高度角增大时，信号传播路径缩短，延迟减小，但这是几何因素，非频率因素（C错误）。接收机海拔与电离层延迟无直接关系（D错误）。4.以下GNSS差分定位技术中，定位精度最高的是（）。A.单基站伪距差分（DGPS）B.广域差分（WADGPS）C.实时动态差分（RTK）D.单基站载波相位差分（DGNSS）答案：C解析：RTK通过实时解算整周模糊度，可实现厘米级定位（C正确）。伪距差分（A、D）精度通常为米级，广域差分（B）受区域误差建模限制，精度优于伪距差分但低于RTK。5.在GNSS数据处理中，“周跳”指的是（）。A.接收机钟差的突然变化B.载波相位观测值整周计数的意外丢失C.卫星信号多普勒频移的异常波动D.多路径效应导致的伪距跳变答案：B解析：周跳是载波相位观测中因信号遮挡、干扰等原因导致整周计数中断，丢失部分整周数（B正确）。接收机钟差突变属于钟跳（A错误），多普勒频移异常与信号速度变化相关（C错误），多路径导致的伪距跳变是伪距观测值的异常（D错误）。6.以下坐标系中，属于地固坐标系的是（）。A.WGS-84坐标系B.协议天球坐标系（CIS）C.瞬时平天球坐标系D.历元J2000.0天球坐标系答案：A解析：地固坐标系与地球固连，随地球自转，WGS-84是典型地固坐标系（A正确）。其余选项均为天球坐标系，与地球自转无关（B、C、D错误）。7.GNSS卫星信号中，L1频率（1575.42MHz）对应的波长约为（）。A.0.19mB.0.24mC.0.32mD.0.41m答案：A解析：波长λ=c/f，其中c=3×10⁸m/s，f=1575.42×10⁶Hz，计算得λ≈0.19m（A正确）。8.以下误差中，可通过双差观测值消除的是（）。A.电离层延迟B.接收机钟差C.多路径效应D.卫星钟差答案：B解析：双差观测值（站间+星间差分）可消除卫星钟差和接收机钟差（B正确，D错误）。电离层延迟在短基线（<20km）下可近似视为站间相同，双差后减弱但无法完全消除（A错误）。多路径效应与测站环境相关，双差无法消除（C错误）。9.在GNSS控制网平差中，“约束平天”需要已知（）。A.至少1个点的坐标和1个方位角B.至少2个点的坐标C.至少1个点的坐标D.至少3个点的坐标答案：B解析：约束平差需引入已知坐标作为基准，通常至少2个已知点以控制网的位置和方向（B正确）。单点约束仅控制位置，无法约束方向（C错误），1个点+方位角是经典大地测量的基准定义方式（A错误）。10.以下关于GNSS静态测量的描述中，错误的是（）。A.观测时间通常为30分钟至几小时B.适用于高精度控制网测量C.可同时接收4颗以上卫星即可开始观测D.不需要解算整周未知数答案：D解析：静态测量需通过载波相位观测值解算整周未知数以获得高精度结果（D错误）。其余选项均正确（A、B、C）。二、填空题（每空1分，共20分）1.全球四大GNSS系统包括：美国的GPS、俄罗斯的（GLONASS）、欧洲的（Galileo）和中国的（BDS）。2.GNSS观测值的基本类型包括（伪距观测值）和（载波相位观测值），其中（载波相位观测值）的精度更高。3.电离层延迟的改正方法主要有（双频观测值改正）、（电离层模型改正）和（相对定位削弱）。4.载波相位观测值的线性组合中，“宽巷组合”的波长（较长），“窄巷组合”的噪声（较低）。5.GNSS数据预处理的主要步骤包括（数据质量检查）、（周跳探测与修复）、（观测值编辑）和（卫星轨道与钟差获取）。6.基线解算的关键参数包括（整周未知数解算）、（观测值权比）和（基线向量精度）。7.多路径效应的影响与（测站环境）、（卫星高度角）和（接收机天线性能）密切相关。8.WGS-84坐标系的原点为（地球质心），Z轴指向（BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）），X轴指向（BIH1984.0定义的零子午面与CTP赤道的交点）。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述GNSS定位的基本原理。答案：GNSS定位基于空间距离交会原理。接收机同时观测多颗卫星，通过测量卫星至接收机的信号传播时间（或相位延迟），结合卫星轨道信息（星历）计算卫星位置，进而利用距离公式（伪距或载波相位观测方程）解算接收机的三维坐标。其核心是通过至少4颗卫星的观测值建立方程组，求解接收机的三维坐标和钟差（或模糊度）。2.说明伪距定位与载波相位定位的主要区别。答案：①观测值类型：伪距定位使用伪距观测值（码相位），精度约0.3~3m；载波相位定位使用载波相位观测值，精度约1~3mm（需解算整周模糊度）。②未知数数量：伪距定位仅需解算接收机钟差；载波相位定位需解算整周模糊度和接收机钟差（或通过差分消除钟差）。③应用场景：伪距定位适用于实时导航（如车载GPS）；载波相位定位适用于高精度测量（如控制网、形变监测）。3.列举GNSS测量中的主要误差源，并分类说明。答案：误差源分为三类：①与卫星相关的误差：卫星钟差、卫星轨道误差（星历误差）、相对论效应。②与信号传播相关的误差：电离层延迟、对流层延迟、多路径效应。③与接收机相关的误差：接收机钟差、接收机噪声（热噪声、量化噪声）、天线相位中心偏差。4.简述周跳的探测方法（至少3种）。答案：①多项式拟合法：对载波相位观测值进行多项式拟合，残差超过阈值时判定为周跳。②电离层残差法：利用双频观测值计算电离层延迟的变化率，异常变化对应周跳。③多普勒积分法：通过多普勒频移积分得到的伪距变化与载波相位变化的差值探测周跳。④高次差法：对载波相位观测值的一次差、二次差进行统计，突变点即为周跳位置。5.说明GNSS控制网平差的基本步骤。答案：①数据预处理：检查观测数据质量，修复周跳，剔除粗差。②基线解算：利用双差观测值解算基线向量及其协方差矩阵。③网平差准备：构建控制网的图结构，确定已知点和约束条件。④无约束平差：仅利用基线向量进行平差，检查网的内部符合精度（如基线残差、中误差）。⑤约束平差：引入已知坐标（或高程）进行平差，确定网的绝对位置，计算坐标成果及精度指标（如点位中误差、边长相对中误差）。四、计算题（每题10分，共20分）1.某GNSS接收机对某卫星进行双频观测，L1频率（f1=1575.42MHz）的相位观测值为φ1=12345.678周，L2频率（f2=1227.60MHz）的相位观测值为φ2=15987.456周。已知卫星至接收机的几何距离为D=23500000m，试计算L1载波的整周未知数N1（假设无电离层延迟和其他误差，c=3×10⁸m/s）。解析与答案：载波相位观测方程为：D=λ1(φ1+N1)，其中λ1=c/f1。计算λ1：λ1=3×10⁸/(1575.42×10⁶)≈0.1903m。代入观测值：23500000=0.1903×(12345.678+N1)解得：N1=23500000/0.190312345.678≈12350000012345.678≈123487654.322周（取整后N1=123487654）。2.某短基线（<10km）GNSS观测中，两台接收机对同一卫星的单差载波相位观测值为Δφ=5678.123周（L1频率）。已知基线向量在卫星方向上的投影为ΔD=10.234m，试计算该单差观测值的残差（假设整周未知数已正确解算，λ1=0.1903m）。解析与答案：单差载波相位观测值的几何意义为：Δφ×λ1=ΔD+残差（ε）。代入数据：5678.123×0.1903=10.234+ε计算左边：5678.123×0.1903≈1080.000m（近似值，实际计算：5678×0.1903=1080.0，0.123×0.1903≈0.0234，总和≈1080.0234m）。残差ε=1080.023410.234≈1069.7894m？（此处明显矛盾，说明题目假设错误。实际短基线单差观测值对应的是基线向量在卫星方向上的投影，正确公式应为：Δφ×λ1=ΔD_sat（卫星方向上的基线分量）+误差项。可能题目中“基线向量在卫星方向上的投影”即为ΔD_sat，因此正确计算应为：正确公式：Δφ×λ1=ΔD_sat+ε→ε=Δφ×λ1ΔD_sat代入数据：ε=5678.123×0.190310.234≈1080.023410.234≈1069.7894m（显然不合理，说明题目参数设置错误，正确场景中短基线的单差相位观测值对应的ΔD_sat应为几米至几十米，可能题目中“ΔD”应为“1080.234m”，则残差为1080.02341080.234≈-0.2106m，即-21.06cm，符合实际观测残差范围）。五、综合分析题（20分）某城市进行1:1000比例尺地形图测绘，需建立GNSS控制网。已知测区面积约50km²，地形以平原为主，部分区域有建筑物和树木遮挡。请设计GNSS控制网观测方案，包括以下内容：（1）控制网等级与精度要求；（2）选点与埋石要求；（3）观测技术要求（卫星数、截止高度角、观测时间、数据采样率）；（4）数据处理流程与质量控制指标。答案要点：（1）控制网等级与精度要求：1:1000地形图测绘通常需四等或一级GNSS控制网。四等网平均边长2~5km，最弱边相对中误差1/100000，点位中误差≤5cm；一级网平均边长1~3km，最弱边相对中误差1/40000，点位中误差≤5cm（具体根据《全球导航卫星系统（GNSS）测量规范》GB/T18314-2009）。（2）选点与埋石要求：选点：远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站）≥200m，远离高压输电线≥50m；视野开阔，卫星截止高度角15°以上无遮挡；避免多路径环境（如水面、大型建筑物）；点位应选在交通便利、易于保存的地方，密度满足测图需求（每km²约1~2点）。埋石：使用混凝土标石（顶面刻“+”标记），深度≥0.6m，冻土地区需埋至冻土层以下；软弱地基需增设底盘或桩基础；记录点之记（位置、照片、地质条件）。（3）观测技术要求：卫星数：同时跟踪≥4颗卫星（最好≥5颗），PDOP≤6（理想≤4）。截止高度角：≥15°（遮挡区域可适当提高至20°）。观测时间：四等网每点≥40分钟，一级网每点≥30分钟（静态观测）；若使用快速静态，需满足边数≤6、观测时间≥10分钟（需验证可靠性）。数据采样率：10~30秒（静态观测通常15秒）。（4）数据处理流程与质量控制指标：数据预处理：使用商用软件（如TBC、TrimbleBusinessCenter）检查数据完整性（无失锁、周跳），统计信噪比（C/N0）≥35dB-Hz（正常≥4