复习题(同名1161).docx

GPS原理与方法复习题一、 填空1.GPS卫星信号是由 测距码信号 、 导航电文 和 载波信号 三部分构成。2.在接收机间求一次差可消除 卫星钟 参数，继续在卫星间求二次差可消除 接收机间的相对钟差 参数，再在历元间求三次差后可消除 整周模糊度 参数。3.L1载波的波长约为 19.03 厘米，L2载波的波长约为 24.42 厘米。4.GPS定位误差按误差来源分类，跟卫星有关的误差有 卫星星历误差、卫星钟差、相对论效应 ；根信号传播有关的误差有 电离层折射误差 、对流层折射误差、多路径误差；跟接收机有关的误差有接收机的时钟误差、接收机的分辨率误差、接收机的位置误差。5.单点差分GPS按基准站发送的信号方式来分，可分为位置差分、 伪距差分、相位差分。6.确定一个时间系统和其他测量基准一样，要定义 时间单位 和 原点 。7.世界时系统是以 地球自转 为基准的一种时间系统。8.实现码信号与载波信号的调制是通过 码状态与载波相乘 实现的。9.GPS定位方法分类：根据定位模式分为 单点定位 ， 相对定位 ， 差分定位 。根据定位时天线的运动状态分为 动态定位 ，静态定位 。根据定位时效分为 实时定位 ，事后定位 。根据观测值类型分为 伪距定位 ， 载波相位定位 。二、 名词解释1.岁差：指平北天极以北黄极为中心，以黄赤交角为半径的一种顺时针圆周运动。2.章动：是指真北天极绕平北天极所作的顺时针椭圆运动。3.国际协议地极原点：国际天文联合会（IAU）和国际大地测量学协会（IAG）于1967年建议，采用国际上5个纬度服务站在1900 1905年间测定的平均纬度所确定的平均地极位置为国际协议地极原点（CIO）。4.春分点：是指太阳由南半天球向北半天球运动时，所经过的天球黄道与天球赤道的交点。5.伪随机噪声码：不仅具有类似随机码的良好自相关特性，而且具有某种确定的编码规则。他是周期性的、可人工复制的码序列。6.导航电文：GPS卫星的导航电文主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层延时改正、卫星工作状态信息以及由C/A码捕获P码的信息。7.卫星星历(预报星历与后处理星历)：预报星历是指相对参考历元的外推星历，包括：参考历元瞬间的开普勒轨道6参数，反映摄动力影响的9个参数，以及参考时刻参数和星历数据龄期，共计17个参数。后处理星历是不含外推误差的实测精密星历，它由地面跟踪站根据精密观测资料计算而得，可向用户提供观测时刻的卫星精密星历，其精度可达米级甚至分米级。8.相位跃迁：当码值由0变为1，或由1变为0时，都会使调制后的载波相位改变180。9.SA技术：为了限制SPS用户的实时定位精度，美国政府对GPS工作卫星信号，采用了SA（selective availability，选择可用性）技术：它包括对信号基准站频率的技术，对导航电文技术，对P码的译密技术。10.相对定位：选择地面某个固定点为参考点，确定接收机天线相位中心相对参考点的位置。11.绝对定位：绝对定位是以地球质心为参考点，测定接收机天线在协议地球坐标系中的绝对位置。12.差分定位：用两台GPS接收机，将一台接收机安置在基准站上固定不动，另一台接收机安置运动的载体上，两台接收机同步观测相同的卫星，通过在观测值之间求差，以消除具有相关性的误差，提高定位精度。而运动点位置是通过确定改点相对基准站的位置实现的。13.自相关函数：将随机噪声码序列u(t)平移k个码元，获得具有相同结构的新的码序列(t)。比较两个码序列u(t)和(t)，假定他们的对应码元中，码值（0或1）相同的码元个数为Su，而码值相异的码元个数为Du，那么两者之差Su-Du与两者之和Su+Du（即码元总数）的比值，定义为随机噪声码序列的自相关函数。三、 简答1. GPS系统是由哪些部分构成的，每一部分的作用是什么？GPS系统由3部分组成：空间部分、地面监控部分和用户接收设备部分。(1) 空间部分：GPS卫星星座由24颗卫星组成，其中21颗工作卫星，3颗备用卫星，均匀分布在6个地心轨道平面内，每个轨道4颗卫星。GPS卫星的3个作用是：1）执行地面监控站的指令，接受和储存由地面监控站发来的导航信息。2）向GPS用户播送导航电文，提供导航和定位信息。3）通过高精度卫星钟（铯钟和铷钟）向用户提供精密的时间标准。(2) 地面监控部分：GPS的地面监控网络区目前由5个地面站组成。其中包括主控站（MCS）、地面天线站和监测站。主控站设在美国本土科罗拉多斯普林斯的联合空间执行中心。主要有4个作用：1）据各监测站提供的观测资料推算编制各颗卫星的星历、卫星钟差和大气修正参数等，并把这些数据传送到注入站。2）提供全球定位系统的时间基准。3）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行。4）启用备用卫星以取代失效的工作卫星。地面天线站的主要作用是在MCS的控制下，将由MCS推算和编制的卫星星历、种差、导航电文和其他控制指令等注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。监测站的主要作用是为MCS编算导航电文提供观测数据。(3) 用户接收设备部分：GPS系统的用户设备部分由GPS接收机硬件和相应的数据处理软件及微处理机及其终端设备组成。它的主要作用是接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息及观测量，并经简单的数据处理而实现实时导航和定位。2.天球坐标系，地球坐标系是如何定义的？简述两个坐标系之间的异同。天球坐标系：坐标原点是地球质心，X轴指通过坐标原点并且指向春分点，Z轴通过地球质心并指向天北极，Y轴通过坐标原点垂直于XOZ平面，并且和X轴构成右手坐标系。地球坐标系：原点是地球质心，Z轴指向地球自转轴，X-Y平面与地球赤道面重合，X轴指向格林威冶起始子午线与地球赤道面的交点，Y轴与X轴Z轴构成右手系。同：坐标原点都为地球质心。异：Z轴与X轴的指向不同。3.什么是WGS84坐标系？WGS84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，X轴指向BIH1984.0定义的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴垂直于XMZ平面且和Z、X轴构成右手坐标系。4.协议地球坐标系是如何定义的？原点为地球质心M，Z轴指向国际协议地极原点CIO，X轴指向格林威冶起始子午线与地球赤道面的交点，Y轴垂直于XMZ平面，且与X轴和Z轴构成右手系。5.图示说明开普勒轨道六参数及其几何意义。1）轨道平面参数：i为轨道平面倾角；为升交点赤经。2）轨道椭圆形状参数：a为轨道椭圆长半径；e为轨道椭圆离心率。3）轨道椭圆定向参数：f（或）为近升角距。4）时间参数：为卫星通过近地点的时刻。6.C/A码和P码是如何产生的？各自有什么特点？C/A码有两个10级反馈移位寄存器相组合产生特点：码长很短，易于捕捉；码元宽度较大P码由两组各有2个12级反馈移位寄存器的电路发生特点：码元长度很大；码元宽度很小、是C/A的1/10.7.简述码相关伪距测量原理。（1）卫星依据自己的时钟（钟脉冲）发出某一结构的测码距，经过t时的传播到达GPS接收机。（2）接收机在自己钟脉冲驱动下，产生一组结构完全相同的复制吗。（3）通过时延器使之延长时间，对两码进行相关比较。（4）直至两码完全对齐，相关系数R(t)=max=1,则该时间延迟即为传播时间t（=t）。(5)距离=c t=c 8.简述载波相位测量原理。假定卫星S发出的载波信号，在接收机M处的相位为M，而在卫星S处得相位为S。那么卫星S至接收机M间的距离就可以粗略的表示为 =(S-M)式中，为载波波长，S和M均由某个起点开始，包括整周数与不足一整周数的载波相位值，其单位为周。9.什么是多路径效应？如何避免多路径效应的发生。接收机天线在直接收到卫星信号的同时，还可能收到经天线周围地物反射的卫星信号，两种信号叠加就会引起测量参考点的位置变化，这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称作多路径效应。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，测站附近不应有高层建筑物。（3）采用较长观测时间的数据取平均值。10.写出测距码伪距观测方程（推导过程）及其各项符号的意义。见课本87页11.写出载波相位观测方程（推导过程）及其各项符号的意义。见课本93页12.什么是位置差分原理？安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的， 存在误差。基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正。13.什么是伪距差分原理？在基准站上利用已知坐标求出测站至卫星的距离，然后将其与接收机测定的含有各种误差的伪距进行比较，并利用一个过滤器对所获得的差值进行滤波求出其偏差（伪距改正数），最后将所有卫星的伪距改正数传输给用户站，用户站利用此伪距改正数改正所测量的伪距，求出用户站自身的坐标。14.广域差分GPS是由哪些部分构成的？广域差分GPS系统主要由主站、监测站、数据通信链和用户设备组成。15.简述GPS接收机的硬件和软件。GPS接收机的硬件包括接收机主机、天线和电源。软件指各种机内软件、后处理软件、具有差分定位功能或RTK定位功能的实时处理软件。16.查阅相关资料说明GPS在你所学的专业领域的应用。GPS首次出现在军事应用1989年，一群认真专注的工程师和一个伟大的产品构想，造就了今日全球卫星定位导航系统的领导品牌GARMIN兼具最佳的销售成绩与专业技术。由制造当初在波斯湾战争中被联军采用的第一台手持GPS，到现今成为GPS 的第一品牌，GARMIN的产品以更优良的功能和用途远远超越传统GPS接收器，并为GPS立下一崭新的里程碑。为了缓解当时“沙漠风暴”行动时军用GPS接收装置短缺的问题，美军考虑购买民用GPS接收装置。民用接收装置的导航功能和军用装置完全一样，只不过不能识别军用加密信号而已。因此，到了“沙漠盾牌”军事行动的时候，美国国防部就提前购买了数千套民用GPS接收装置装备各参战部队，占到了所有的5300套接收装置的85%。GPS在道路工程中的应用GPS在道路工程中的应用，目前主要是用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。随着高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常规方法难以实现的精度，同时也大大提前了工期。GPS技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中。由于无需通视，可构成较强的网形，提高点位精度，同时对检测常规测量的支点也非常有效。GPS技术在隧道测量中也具有广泛的应用前景，GPS测量无需通视，减少了常规方法的中间环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。GPS在个人定位中的应用国内首款语音彩信GPS定位器-昱读全资科技语音彩信GPS定位器为列，它内置全国的地图数 语音彩信gps定位器据，无需后 台支持，结合了GPS全球定位系统、GSM通信技术、嵌入式语音播报技术、GIS技术、GIS搜索引擎、图像处理技术和图像传输技术，直接回复终端中文地址、彩信、或语音播报地理位置GPS在汽车导航和交通管理中的应用三维导航是GPS的首要功能，飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新 GPS应用型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理机、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。GPS在长途客运车辆管理中的应用（举例）以国内首套专业的GPS长途客运车辆管理系统它就是结合了卫星定位技术、GPRS/CDMA通讯业务、GIS技术、图像采集技术、计算机网络和数据库等技术，在客运公司建立一个总控（C/S结构和B/S结构相结合），其它设为分控，公安部门和运管部门等各部门建立专控的中心系统，系统由控制中心系统、无线通信平台（GPRS/CDMA）、全球卫星定位系统（GPS）、车载设备四部分组成一个全天候、全范围的驾驶员管理和车辆跟踪的综合平台；系统可对注册车辆实施动态跟踪、监控、拍照、行车记录、管理、数据分析等功能，监控车辆可以在电子地图上显示出来，并保存车辆运行轨迹数据；操作终端可任意选择服务器内部局域网或国际互联网对中心进行访问并可通过IE浏览器提供