2025年gnss信号和定位误差题库附答案

2025年gnss信号和定位误差题库附答案一、选择题1.GNSS信号传播过程中，以下哪种现象不会导致信号延迟？A.电离层折射B.对流层折射C.多路径效应D.信号调制答案：D解析：电离层和对流层的折射会使GNSS信号传播路径发生弯曲，导致信号延迟。多路径效应是指信号经过不同路径到达接收机，也会产生延迟。而信号调制是对信号进行编码等操作，本身不会直接导致信号在传播过程中的延迟。2.电离层对GNSS信号的影响与以下哪个因素关系最小？A.太阳活动B.季节变化C.接收机天线高度D.地理位置答案：C解析：太阳活动会影响电离层的电子密度，进而影响GNSS信号。季节变化会导致电离层状态改变。不同地理位置的电离层特性也有差异。而接收机天线高度主要影响信号的接收环境等，与电离层对信号的影响关系相对较小。3.以下哪种方法不能有效减弱多路径效应的影响？A.采用扼流圈天线B.增加观测时间C.提高接收机的采样频率D.选择合适的观测场地答案：C解析：扼流圈天线可以抑制多路径信号。选择合适的观测场地，避免周围有反射物等可以减少多路径信号的产生。增加观测时间可以通过数据处理等方式削弱多路径效应的影响。而提高接收机的采样频率主要是为了更精确地记录信号，对减弱多路径效应影响不大。4.GNSS定位中，卫星钟差属于（）误差。A.系统误差B.偶然误差C.粗差D.随机误差答案：A解析：卫星钟差是由于卫星时钟与标准时间之间的差异导致的，具有一定的规律性，可以通过模型进行改正，属于系统误差。偶然误差是由各种随机因素引起的，没有明显规律。粗差是明显偏离真值的误差。随机误差是偶然误差的一种表现形式。5.对流层延迟改正模型的精度通常与以下哪个因素关系最大？A.温度B.气压C.湿度D.风速答案：C解析：对流层延迟主要与大气中的水汽含量有关，湿度是反映水汽含量的重要指标。温度和气压也会对对流层延迟有一定影响，但相对湿度来说，湿度对模型精度的影响更大。风速对对流层延迟改正模型的精度影响较小。6.在GNSS定位中，以下哪种误差属于外部误差？A.接收机钟差B.卫星星历误差C.电离层折射误差D.观测误差答案：C解析：接收机钟差和卫星星历误差是与卫星和接收机自身相关的误差，属于内部误差。观测误差是在观测过程中产生的误差。而电离层折射误差是由外部的电离层环境引起的，属于外部误差。7.多路径效应会导致GNSS信号的（）发生变化。A.频率B.相位C.振幅D.以上都是答案：D解析：多路径效应会使信号经过不同路径到达接收机，导致信号的频率、相位和振幅都发生变化。不同路径的信号叠加会使相位发生偏移，振幅也会受到影响，同时可能会引起频率的微小变化。8.以下哪种卫星导航系统的信号在电离层中的传播延迟最大？A.GPSB.北斗卫星导航系统C.GLONASSD.伽利略卫星导航系统答案：没有绝对答案解析：电离层延迟主要与信号频率有关，不同卫星导航系统的信号频率有所不同，但不能简单地说哪个系统的信号在电离层中的传播延迟最大。一般来说，信号频率越低，电离层延迟越大，但各系统都有不同频率的信号，且电离层状态是动态变化的，所以不能直接确定。9.GNSS定位中，周跳属于（）误差。A.系统误差B.偶然误差C.粗差D.以上都不是答案：B解析：周跳是在GNSS观测过程中，由于信号失锁等原因导致相位观测值发生整周的跳变，具有随机性，属于偶然误差。系统误差有规律可循，可以通过模型改正。粗差是明显偏离真值的大误差。10.为了减弱电离层延迟误差，通常采用（）方法。A.双频观测B.差分定位C.增加卫星数量D.以上都是答案：A解析：双频观测可以利用不同频率信号在电离层中传播延迟的差异来消除或减弱电离层延迟误差。差分定位主要是通过基准站和流动站之间的观测数据来消除或减弱一些共同的误差源，但对电离层延迟的针对性不如双频观测。增加卫星数量主要是为了提高定位的精度和可靠性，对电离层延迟误差的减弱作用不明显。二、填空题1.GNSS信号在电离层中传播时，其传播速度会（）真空中的光速，这种现象称为电离层折射。答案：小于解析：电离层中存在大量的自由电子和离子，GNSS信号在其中传播时会受到这些带电粒子的影响，导致传播速度小于真空中的光速。2.多路径效应产生的根本原因是信号的（）。答案：反射解析：多路径效应是由于GNSS信号在传播过程中遇到周围的反射物，如建筑物、地面等，信号发生反射后与直接信号同时到达接收机，从而产生多路径信号。3.卫星钟差的改正模型通常采用（）来描述。答案：二次多项式解析：卫星钟差一般可以用二次多项式来近似表示，通过卫星播发的钟差参数可以对卫星钟差进行一定程度的改正。4.对流层延迟主要分为（）和（）两部分。答案：干分量；湿分量解析：对流层延迟中，干分量主要与大气中的干气体有关，湿分量主要与大气中的水汽有关。湿分量的变化较大，对定位精度的影响也更显著。5.GNSS定位中，观测误差主要包括（）、（）和（）。答案：接收机噪声；信号传播噪声；人为操作误差解析：接收机噪声是接收机本身产生的噪声，会影响信号的接收和处理。信号传播噪声是信号在传播过程中受到各种干扰产生的噪声。人为操作误差是由于操作人员的不当操作等原因导致的误差。6.电离层对GNSS信号的影响与信号频率的（）成反比。答案：平方解析：电离层延迟与信号频率的平方成反比，所以双频观测可以利用不同频率信号的这种关系来减弱电离层延迟误差。7.为了提高GNSS定位的精度，通常采用（）观测来消除或减弱接收机钟差的影响。答案：同步解析：同步观测是指在同一时刻对多颗卫星进行观测，通过不同卫星的观测数据之间的组合可以消除或减弱接收机钟差的影响。8.多路径效应会使GNSS信号的（）观测值产生误差。答案：相位和伪距解析：多路径信号的叠加会使相位观测值发生偏移，同时也会影响伪距观测值的精度。9.卫星星历误差是指卫星（）与（）之间的差异。答案：实际位置；预报位置解析：卫星星历是用于描述卫星位置的参数，由于各种因素的影响，卫星的实际位置与根据星历预报的位置会存在差异，这就是卫星星历误差。10.GNSS定位中，整周模糊度的确定是（）定位的关键问题。答案：载波相位解析：载波相位定位具有很高的精度，但在观测过程中存在整周模糊度的问题，准确确定整周模糊度是载波相位定位获得高精度结果的关键。三、简答题1.简述电离层对GNSS信号的影响及减弱方法。答案：影响：-传播延迟：电离层中的自由电子和离子会使GNSS信号的传播速度小于真空中的光速，导致信号传播延迟，从而影响定位精度。-信号失真：可能会引起信号的相位和振幅发生变化，导致信号失真，影响信号的跟踪和处理。-频率偏移：在某些情况下，电离层会导致信号频率发生微小的偏移。减弱方法：-双频观测：利用不同频率信号在电离层中传播延迟的差异，通过组合不同频率的观测值来消除或减弱电离层延迟误差。-电离层模型改正：采用经验电离层模型，根据卫星播发的电离层参数或外部提供的电离层模型对信号延迟进行改正。-差分定位：通过基准站和流动站之间的观测数据，消除或减弱电离层等共同误差源的影响。2.什么是多路径效应？它对GNSS定位有哪些影响？如何减弱其影响？答案：多路径效应是指GNSS信号在传播过程中，遇到周围的反射物（如建筑物、地面等），信号发生反射后与直接信号同时到达接收机，形成多路径信号的现象。影响：-伪距观测误差：多路径信号会使伪距观测值产生偏差，导致定位结果不准确。-相位观测误差：会使相位观测值发生偏移，影响载波相位定位的精度。-信号失锁：严重的多路径效应可能导致信号失锁，使接收机无法正常跟踪信号。减弱方法：-选择合适的观测场地：避免在周围有大量反射物的地方进行观测，如远离高楼大厦、水面等。-采用扼流圈天线：扼流圈天线可以抑制多路径信号的接收，减少多路径效应的影响。-数据处理方法：通过一些数据处理算法，如卡尔曼滤波等，对观测数据进行处理，削弱多路径效应的影响。-增加观测时间：通过长时间的观测，可以利用数据的统计特性来减少多路径效应的影响。3.分析卫星钟差和接收机钟差对GNSS定位的影响及改正方法。答案：卫星钟差影响：卫星钟差会导致卫星发射信号的时间不准确，从而使接收机计算出的卫星到接收机的距离产生误差，影响定位精度。如果不进行改正，会使定位结果产生系统性的偏差。改正方法：卫星钟差通常采用二次多项式模型进行描述，卫星会播发钟差参数，接收机可以根据这些参数对卫星钟差进行改正。此外，还可以通过精密钟差产品进行更精确的改正。接收机钟差影响：接收机钟差会使接收机记录信号到达的时间不准确，同样会导致计算出的距离产生误差，影响定位结果。改正方法：通常采用同步观测的方法，通过对多颗卫星的同步观测，利用不同卫星的观测数据之间的组合来消除或减弱接收机钟差的影响。在相对定位中，还可以通过差分的方式进一步消除接收机钟差的影响。4.简述对流层延迟的特点及改正方法。答案：特点：-与高度相关：对流层延迟随着高度的增加而减小。-湿分量变化大：对流层延迟的湿分量主要与大气中的水汽有关，其变化较大，且难以精确预测。-具有区域性和时效性：不同地区的对流层延迟特性不同，且同一地区的对流层延迟也会随时间变化。改正方法：-对流层模型改正：采用经验对流层模型，如Hopfield模型、Saastamoinen模型等，根据气象参数（如温度、气压、湿度等）对对流层延迟进行改正。-双频观测（有限作用）：虽然双频观测主要用于减弱电离层延迟，但对对流层延迟也有一定的间接作用，通过不同频率信号的组合可以在一定程度上减少部分与频率相关的误差。-实时气象数据：利用实时的气象数据可以更精确地计算对流层延迟，提高改正的精度。-估计参数：在定位解算中，可以将对流层延迟作为参数进行估计，通过观测数据来求解对流层延迟的改正值。5.说明GNSS定位中整周模糊度的概念及确定方法。答案：概念：在GNSS载波相位定位中，由于接收机只能测量到载波相位的不足一周的部分，而整周数是未知的，这个未知的整周数就是整周模糊度。整周模糊度的准确确定是载波相位定位获得高精度结果的关键。确定方法：-伪距法：利用伪距观测值和载波相位观测值之间的关系，初步确定整周模糊度的大致范围，然后通过搜索等方法确定准确值。-模糊度函数法：通过构造模糊度函数，寻找函数的最小值来确定整周模糊度。-卡尔曼滤波法：将整周模糊度作为状态参数，利用卡尔曼滤波算法对其进行估计和更新。-快速模糊度解算法（如LAMBDA算法）：通过整数最小二乘估计等方法，快速准确地确定整周模糊度。四、论述题1.详细论述GNSS信号传播过程中可能遇到的各种误差源及其对定位精度的影响，并提出相应的减弱措施。答案：GNSS信号传播过程中可能遇到的误差源主要包括以下几类：电离层折射误差-影响：电离层中的自由电子和离子会使GNSS信号的传播速度发生变化，导致信号传播延迟，进而影响定位精度。这种延迟与信号频率的平方成反比，会使伪距和相位观测值产生偏差，造成定位结果的系统性误差。-减弱措施：-双频观测：利用不同频率信号在电离层中传播延迟的差异，通过线性组合不同频率的观测值来消除或显著减弱电离层延迟误差。-电离层模型改正：采用经验电离层模型，如Klobuchar模型，根据卫星播发的电离层参数对信号延迟进行近似改正。但这种方法的精度有限，尤其是在电离层活动剧烈时。-差分定位：通过基准站和流动站之间的观测数据，消除或减弱电离层等共同误差源的影响。基准站将观测数据和误差改正信息发送给流动站，流动站利用这些信息进行改正。对流层折射误差-影响：对流层中的大气会使GNSS信号的传播路径发生弯曲，产生延迟。对流层延迟分为干分量和湿分量，干分量相对稳定，湿分量变化较大且难以精确预测，会对定位精度产生较大影响，尤其是在高精度定位中。-减弱措施：-对流层模型改正：采用经验对流层模型，如Hopfield模型、Saastamoinen模型等，根据气象参数（温度、气压、湿度等）对对流层延迟进行改正。这些模型可以提供一定的精度，但对于湿分量的改正效果有限。-实时气象数据：利用实时的气象数据可以更精确地计算对流层延迟，提高改正的精度。可以在观测站安装气象传感器，实时获取气象参数。-估计参数：在定位解算中，可以将对流层延迟作为参数进行估计，通过观测数据来求解对流层延迟的改正值。多路径效应误差-影响：多路径效应是由于信号在传播过程中遇到周围的反射物（如建筑物、地面、水面等），反射信号与直接信号同时到达接收机，导致信号的相位和振幅发生变化，使伪距和相位观测值产生误差，严重时会导致信号失锁，影响定位的可靠性和精度。-减弱措施：-选择合适的观测场地：避免在周围有大量反射物的地方进行观测，如远离高楼大厦、水面等。选择开阔、地势较高的场地可以减少多路径信号的产生。-采用扼流圈天线：扼流圈天线可以抑制多路径信号的接收，通过特殊的结构设计，减少反射信号进入天线。-数据处理方法：通过一些数据处理算法，如卡尔曼滤波、小波变换等，对观测数据进行处理，削弱多路径效应的影响。这些算法可以利用数据的统计特性和时间序列信息来识别和去除多路径误差。卫星钟差误差-影响：卫星钟差是指卫星时钟与标准时间之间的差异，会导致卫星发射信号的时间不准确，从而使接收机计算出的卫星到接收机的距离产生误差，影响定位精度。如果不进行改正，会使定位结果产生系统性的偏差。-减弱措施：-钟差模型改正：卫星钟差通常采用二次多项式模型进行描述，卫星会播发钟差参数，接收机可以根据这些参数对卫星钟差进行改正。-精密钟差产品：利用高精度的卫星钟差产品，如国际GNSS服务（IGS）提供的精密钟差产品，可以更精确地改正卫星钟差。卫星星历误差-影响：卫星星历误差是指卫星的实际位置与根据星历预报的位置之间的差异。星历误差会导致计算出的卫星位置不准确，从而影响定位精度。在单点定位中，星历误差对定位结果的影响较为显著。-减弱措施：-精密星历：采用高精度的精密星历产品，如IGS提供的精密星历，可以大大提高卫星位置的精度，从而减小星历误差对定位的影响。-差分定位：通过基准站和流动站之间的观测数据，消除或减弱星历误差等共同误差源的影响。接收机钟差误差-影响：接收机钟差会使接收机记录信号到达的时间不准确，导致计算出的卫星到接收机的距离产生误差，影响定位结果。-减弱措施：-同步观测：通过对多颗卫星的同步观测，利用不同卫星的观测数据之间的组合来消除或减弱接收机钟差的影响。在相对定位中，通过差分的方式可以进一步消除接收机钟差的影响。观测误差-影响：观测误差包括接收机噪声、信号传播噪声和人为操作误差等。接收机噪声会影响信号的接收和处理，信号传播噪声会使信号失真，人为操作误差如天线安置不准确等会导致定位结果产生偏差。-减弱措施：-提高接收机性能：选择高质量、低噪声的接收机可以减少接收机噪声的影响。-优化观测环境：减少信号传播过程中的干扰，如避免在强电磁干扰环境下进行观测。-规范操作：严格按照操作规程进行天线安置、仪器校准等操作，减少人为操作误差。2.试比较不同卫星导航系统（如GPS、北斗、GLONASS、伽利略）在信号和定位误差方面的异同点。答案：相同点-误差来源基本相同：各卫星导航系统的信号在传播过程中都会受到电离层折射、对流层折射、多路径效应、卫星钟差、卫星星历误差、接收机钟差和观测误差等因素的影响。这些误差来源是由信号传播的物理环境和卫星、接收机的工作特性决定的，与具体的卫星导航系统无关。-部分误差改正方法通用：对于一些常见的误差，如电离层折射误差，可以采用双频观测、电离层模型改正等方法进行减弱；对流层折射误差可以采用对流层模型改正、实时气象数据等方法进行处理；卫星钟差和接收机钟差可以通过同步观测、差分定位等方式进行消除或减弱。这些方法在不同的卫星导航系统中都可以应用。不同点信号方面-信号频率和调制方式：-GPS：采用L1（1575.42MHz）和L2（1227.60MHz）等频率，采用BPSK等调制方式。不同的频率和调制方式决定了信号的特性和抗干扰能力。-北斗：有多个频段，如B1（1561.098MHz）、B2（1207.14MHz）、B3（1268.52MHz）等，采用独特的BOC等调制方式。北斗的多频段信号可以提供更多的观测信息，提高定位的精度和可靠性。-GLONASS：采用FDMA（频分多址）方式，卫星信号的频率有所不同，其频率范围与GPS和北斗也有差异。这种频分多址方式与其他系统的码分多址（CDMA）方式不同，信号的复用方式和特性也有所区别。-伽利略：采用E1（1575.42MHz）、E5（1191.795MHz）、E6（1278.75MHz）等频率，采用复杂的调制方式，如CBOC、AltBOC等，这些调制方式可以提高