GPS测量原理及应用模拟试题

1、GPS 原理及应用模拟试题(1 一、填空(每空 1分,共 20分 1. 子午卫星导航系统采用 6颗卫星,并都通过地球的 运行。 2. 按照规范规定,我国 GPS 测量按其精度依次划分为 AA 、 A 、 B 、 C 、 D 、 E 六级,其中 C 级 网的相邻点之间的平均距离为 1510km ,最大距离为 km。 3. 在 GPS 定位测量中,观测值都是以接收机的相位中心位置为准的,所以天线的相位中心应该 与其 中心保持一致。 4. 按照 GPS 系统的设计方案, GPS 定位系统应包括 部分、 部分和 部分。 5. 在使用 GPS 软件进行平差计算时,需要选择 投影方式 6. 从误差来源分析

2、, GPS 测量误差大体上可分为以下三类:,和 。 7. 根据不同的用途, GPS 网的图形布设通常有 式、 式、网连式及边点混合连接四种基本方式。 选择什么方式组网,取决于工程所要求的精度、野外条件及 GPS 接收机台数等因素。 8. 美国国防部制图局 (DMA 于 1984年发展了一种新的世界大地坐标系, 称之为美国国防部 1984年世界大地坐标系,简称 。 9. 当使用两台或两台以上的接收机,同时对同一组卫星所进行的观测称为 。 10. 双频接收机可以同时接收 L 1 和 L 2 信号, 利用双频技术可以消除或减弱 对观测量的影响, 所 较高。效率业所以作,度不受限制线长基,高较以定位精

3、度11. 在定位工作中, 可能由于卫星信号被暂时阻挡, 或受到外界干扰影响, 引起卫星跟踪的暂时 中断,使计数器无法累积计数,这种现象叫 。 12.PDOP 代表 13.GPS 工作卫星的主体呈圆柱形,整体在轨重量为 843.68,它的设计寿命为 年,事实上所 有 GPS 工作卫星均能超过该设计寿命而正常工作。 14. 用 GPS 定位的方法大致有四类:多普勒法 、伪距法、射电干涉测量法、 。目前在测量工作 中应用的主要方法是静态定位中的伪距法和载波相位测量法。 15. 在接收机和卫星间求二次差,可消去两测站接收机的 改正。在实践中应用甚广。 二、名词解释(每小题 4分 , 共 20分 1.G

4、PS 卫星的导航电文 2. 同步观测环 3. 静态定位 5. 岁差 三、问答题(60分 1. 试述 WGS 84坐标系的几何定义(8分 2. 如何减弱多路径误差(8分 3. 简述 GPS 网的布网原则(9分 4. 试分别写出测距码伪距观测方程和载波相位伪距观测方程(标明各个符号的含义,并 分(10们的异同。它 较比5. GPS技术设计中应考虑哪些因素?(10分 6. 结合专业知识,论述 GPS 在 GIS 中的应用(15分 模拟试题(1参考答案 一、填空(每空 1分,共 20分 1 南北极 2 40 3几何 4空间卫星 地面监控 用户接收 5横轴墨卡托投影 6 与 GPS 卫星有关的误差 与卫

5、星信号传播有关的误差 与接收机有关的误差 7 点连 边连 8 WGS 84 9同步观测 10电离层折射 11整周跳变 12空间位置图形强度因子 13 7.5 14载波相位测量法 15相对钟差 二、名词解释(每小题 4分 , 共 20分 1.GPS 卫星的导航电文 答:GPS 卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括:卫星星历、时钟改 正、电离层时延改正、工作状态信息以及 C/A码转换到捕捉 P 码的信息。 2. 同步观测环 答:三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。 3. 静态定位 答:如果在定位时,接收机的天线在跟踪 GPS 态定位。静为种定位方式称 这,

6、态的静止状动于固定不处位置,程中过星卫答:GPS 全球定位系统是一个空基全天候导航系统,它由美国国防部开发,用以满足军方在地 面或近地空间获取一个通用参照系中的位置,速度和时间信息的要求。 5. 岁差 答:在日月引力和其他天体引力对地球隆起部分的作用下,地球自转轴方向不再 保持不变,这 使春分点在黄道上产生缓慢的西移现象,这种现象在天文学中称为岁差。 三、问答题(60分 1. 试述 WGS 84坐标系的几何定义(8分 答: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(CTP 方向, X 轴指 向 BIH1984.0的零度子午面和 CTP 赤道的交点, Y 轴和 Z

7、 、 X 轴构成右手坐标系。 2. 如何减弱多路径误差(8分 答: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。(3测站附近不应有高层建筑物,观测时 也不要在测站附近停放汽车。 3. 简述 GPS 网的布网原则(9分 :则遵循以下原设计时应形图网 GPS ,的利益户了用为:答(1 GPS 网的布设应视其目的,作业时卫星状况,预期达到的精度,成果的

8、可靠性以及工作效 率,按照优化设计原则进行。 (2 GPS 网一般应通过独立观测边构成闭合图形,例如一个或若干个独立观测环,或者附合路 线形式,以增加检核条件,提高网的可靠性。 (3 GPS 网内点与点之间虽不要求通视,但应有利于按常规测量方法进行加密控制时应用。 (4 可能条件下, 新布设的 GPS 网应与附近已有的 GPS 点进行联测; 新布设的 GPS 网点应尽量 与地面原有控制网点相联接,联接处的重合点数不应少于三个,且分布均匀,以便可靠 地确定 GPS 网与原有网之间的转换参数。 (5 GPS 网点,应利用已有水准点联测高程。 4. 试分别写出测距码伪距观测方程和载波相位伪距观测方程

9、(标明各个符号的含义,并 比较 它们的异同。(10分 伪距观测方程 dr ion :电离层延迟改正; dr trop:对流层延迟改正。 载波相位伪距观测方程 :载波相位观测值(cycle ;:载波波长(m :站星距(m ; c :真空中的光速(m/s :接收机钟差(s ; :卫星钟差(s :对流层折射(m ; :电离层折射(m :卫星星历误差(m ; :整周模糊度 (cycle ; t :观测历元时刻。 5. GPS技术设计中应考虑哪些因素?(10分 答:技术设计主要是根据上级主管部门下达的测量任务书和 GPS 测量规范来进行的。它的总的 原则是,在满足用户要求的情况下,尽可能减少物资、人力和

10、时间的消耗。在工作过程 中,要 考虑下面一些因素:(1测站因素;(2卫星因素;(3仪器因素;(4后勤因素。 6. 结合专业知识,论述 GPS 在 GIS 中的应用(15分 GPS 原理及应用模拟试题(2 一、填空(每空 1分,共 20分 1.按照 GPS 系统的设计方案, GPS 定位系统应包括 部分、 部分和 部分。 2.在使用 GPS 软件进行平差计算时,需要选择 投影方式 3.从误差来源分析, GPS 测量误差大体上可分为以下三类:,和 。 式、 式、 通常有设形布图网的 GPS ,根据不同的用途4.网连及边点混合连接四种基本方式。选择什么方式组网,取决于工程所要求的精 度、野外条件 及

11、 GPS 接收机台数等因素。 5. VDOP 代表 6.当地球自转 360时,卫星绕地球运行两圈,环绕地球运行一圈的时间为 小时 58分。地面的观测者每天可提前 4min 见到同一颗卫星,可见时间约为 小时。这样,观测 者至少能观测到 4颗卫星,最多可观测到 11颗卫星。 7.利用 GPS 进行定位有多种方式,如果就用户接收机天线所处的状态而言,定位方式分为 定 位和 定位;若按参考点的不同位置,又可分为 定位和 定位。 8. GPS 定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据,采取 的方法,确 定待定点的空间位置。 9. GPS 信号接收机,按用途的不同,可分为 型、 和 等

12、三种。 二、名词解释(每小题 4分 , 共 20分 1.GPS 全球定位系统 2.星历误差 3. SA 技术 4.伪距 三、问答题(60分 1. 简述 GPS 网的布网原则(12分 分?(8应效对论什么是相2.3.简述卫星大地测量的作用。(10分 4.简述 GPS 卫星的主要作用。(10分 5.结合专业知识,论述 GPS 在 GIS 中的应用(20分 GPS 原理及应用模拟试题(2参考答案 一、填空(每空 1分,共 20分 1空间卫星 地面监控 用户接收 2横轴墨卡托投影 3与 GPS 卫星有关的误差 与卫星信号传播有关的误差 与接收机有关的误差 4点连 边连 5垂直分量精度因子 6 11 5

13、 7静态 动态 单点 相对 8 空间距离后方交会 9 导航 测地型 授时型 二、名词解释(每小题 5分 , 共 20分 1.GPS 全球定位系统 答:GPS 全球定位系统是一个空基全天候导航系统,它由美国国防部开发,用以满足军方在地 面或近地空间获取一个通用参照系中的位置,速度和时间信息的要求。 2.星历误差 答:实际上就是卫星位置的确定误差。星历误差是一种起始数据误差,其大小主 要取决于卫星 跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定 善程度等。 件的完轨软3. SA 技术 答:其主要内容是:(1在广播星历中有意地加入误差,使定位中的已知点(卫星的位 置精 度大

14、为降低; (2有意地在卫星钟的钟频信号中加入误差,使钟的频率产生快慢变化,导致测 距精度大为降低。 4.伪距 答:GPS 定位采用的是被动式单程测距。它的信号发射时刻是卫星钟确定的,收到时刻则是由 接收机钟确定的, 这就在测定的卫星至 接收机的距离中, 不可避免地包含着两台钟不同步的误 差影响,所以称其为伪距。 三、问答题(60分 1. 简述 GPS 网的布网原则(12分 答:为了用户的利益, GPS 网图形设计时应遵循以下原则: (1 GPS 网的布设应视其目的,作业时卫星状况,预期达到的精度,成果的可靠性以及工作效 率,按照优化设计原则进行。 (2 GPS 网一般应通过独立观测边构成闭合图

15、形,例如一个或若干个独立观测环,或者附合路 线形式,以增加检核条件,提高网的可靠性。 (3 GPS 网内点与点之间虽不要求通视,但应有利于按常规测量方法进行加密控制时应用。 (4 可能条件下, 新布设的 GPS 网应与附近已有的 GPS 点进行联测; 新布设的 尽量应网点 GPS与地面原有控制网点相联接,联接处的重合点数不应少于三个,且分布均匀,以便可靠 地确定 GPS 网与原有网之间的转换参数。 (5 GPS 网点,应利用已有水准点联测高程。 2.什么是相对论效应?(8分 答:GPS 卫星在高 20200km 的轨道上运行,卫星钟受狭义相对论效应和广义相对论效应的影响, 其频率与地面静止钟相

16、比,将发生频率偏移,这是精密定位中必须顾及的一种误差影 响因素。 模拟试题(5 一、判断题(每小题 2分 , 共 20分 1. 20世纪 50年代末期,美国开始研制多普勒卫星定位技术进行测速、定位的卫星导航系统, 叫做子午卫星导航系统 2. 当利用两台或多台接收机对同一组卫星的同步观测值求差时,可以有效的减弱电离 层折射的 影响,即使不对电离层折射进行改正,对基线成果的影响一般也不会超过 1ppm ,所以在短基线 上用单频接收机也能获得很好的定位结果。 3. 图形强度因子是一个直接影响定位精度、 但又独立于观测值和其它误差之外的一个量。 其值 恒大于 1,最大值可达 100,其大小随时间和测站

17、位置而变化。在 GPS 测量中,希望 DOP 越小 越好。 过地球的南北极运行。并都通,星颗卫12 采用统航系导星卫子午 4.5. GPS 定位精度同卫星与测站构成的图形强度有关,与能同步跟踪的卫星数和接收机使用 的 通道数无关。 6. 由于 GPS 网的平差及精度评定, 主要是由不同时段观测的基线组成异步闭合环的多少及闭合 差大小所决定的,与基线边长度和其间所夹角度有关,所以异步网的网形结构与多余 观测密切 相关。 7. 对于 GPS 网的精度要求, 主要取决于网的用途和定位技术所能达到的精度。 精度指标通常是 以相临点间弦长的标准差来表示。 8. C/A码的码长较短,易于捕获,但码元宽度较

18、大,测距精度较低,所以 C/A码又称为捕获码 或粗码。 9.开普勒第一定律告诉我们:卫星的地心向径,在相等的时间内所扫过的面积相 等。 10.在接收机和卫星间求二次差,可消去两测站接收机的相对钟差改正。在实践 中应用甚广。 二、名词解释(每小题 4分 , 共 20分 1.差分 GPS 2.相对定位 3.实测星历 4.同步观测环 5.导航电文 四、问答题(60分 分(10原因以及特点。,义周跳定(变整周跳1.2.载波相位测量方程以及个参数代表的意思(12分 3. 简述确定整周未知数 的四种方法。 (8分 4.如何减弱 GPS 接收机钟差。(10分 5. GPS 基线向量网的设计原则(20分 模拟

19、试题(5参考答案 一、判断题(每小题 2分 , 共 20分 1. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 二、名词解释(每小题 4分 , 共 20分 1.差分 GPS 利用设置在坐标已知的点 (基准站 上测定 GPS 测量定位误差, 用以提高在一定范围内其它 GPS 接收机(流动站测量定位精度的方法 2.相对定位 答:确定进行同步观测的接收机之间相对位置的定位方法,称为相对定位。 3.实测星历 答:它是根据实测资料进行拟合处理而直接得出的星历。它需要在一些已知精确 位置的点上跟 踪卫星来计算观测瞬间的卫星真实位置,从而获得准确可靠的精密星历。 4.同步观测环 答;三台或三台以上接收机同步观测所获

20、得的基线向量构成的闭合环。 文电航导5.答:主要包括卫星星历、时钟改正、电离层延时改正、工作状态和 C/A码转换到捕获 P 码的信 息。 四、问答题(60分 1.整周跳变(周跳定义,原因以及特点。(10分 1 整周跳变 卫星信号失锁,使接收机的整周计数不正确,但不到一整周的相位观测值仍是正 确的。这种现 象称为周跳。 2 周跳产生的原因 a. 建筑物或树木等障碍物的遮挡 b. 电离层电子活动剧烈 c. 多路径效应的影响 d. 卫星信噪比 (SNR太低 e. 接收机的高动态 f. 接收机内置软件的设计不周全 3 周跳的特点 1.周跳只引起载波相位观测量的整周数发生跳跃,小数部分则是正确的。 2.

21、 周跳具有继承性, 即从发生周跳的历元开始, 以后所有历元的相位观测值都受到这个周跳的 影响。 3.周跳发生非常频繁。 分(12量方程以及个参数代表的意思测波相位载2.:载波相位观测值(cycle ;:载波波长(m :站星距(m ; c :真空中的光速(m/s :接收机钟差(s ; :卫星钟差(s :对流层折射(m ; :电离层折射(m :卫星星历误差(m ; :整周模糊度 (cycle ; t :观测历元时刻。 3. 简述确定整周未知数 的四种方法。 (8分 答:确定整周未知数的方法很多,这里择要介绍其中四种:(1经典静态相对定位法; (2 “动态”测量法;(3交换天线法;(4快速确定整周未

22、知数法。 4.如何减弱 GPS 接收机钟差。(10分 答:把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数,在数据处理中与观 测站的位置参 数一并求解。认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的,像卫星钟那样,将接收机 钟差表示 为时间多项式,并在观测量的平差计算中求解多项式的系数。此法可大大减少未知数 ,其成功 与否关键在与钟误差模型的有效程度。通过在卫星间求一次差来消除接收机的钟 差。 5. GPS 基线向量网的设计原则(20分 答:1选点原则 a. 为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量,要求测站上空应尽可能 的开阔,在 高度角以上不能有成片的障碍物。1510b. 为减少各种电磁波对 GPS

23、 卫星信号的干扰, 在测站周围约 200m 的范围内不能有强电磁波干扰 源,如大功率无线电发射设施、高压输电线等。 c. 为避免或减少多路径效应的发生,测站应远 离对电磁波信号反射强烈的地形、地物,如高层建筑、成片水域等。 d. 为便于观测作业和今后 的应用,测站应选在交通便利,上点方便的地方。 e. 测站应选择在易于保存的地方。 2 提高可靠性的原则 :增加观测期数(增加独立基线数。保证一定的重复设站次数。保证每 点与三条以上的独立基线相连最小异步环边数不大于 6。 3提高精度的原则 :网中距离较近的点一定要进行同步观测,以获得它们间的直接观测基线。 建立框架网。最小异步环边数不大于 6 。

24、适当引入高精度测距边。若要进行高程拟合,水准点 密度要高,分布要均匀,且要将拟合区域包围起来。适当延长观测时间,增加观测时段 。选取 适当数量的已知点,已知点分布均匀。 GPS 原理及应用模拟试题(3 一、填空(每空 1分,共 20分 1.按照 GPS 系统的设计方案, GPS 定位系统应包括 部分、 部分和 部分。 2. HDOP 代表 3.利用 GPS 进行定位有多种方式,如果就用户接收机天线所处的状态而言,定位方式分为 定 位和 定位;若按参考点的不同位置,又可分为 定位和 定位。 等三种。 和 型、 为可分,按用途的不同,信号接收机 GPS 4.5.用 GPS 定位的方法大致有四类:、

25、伪距法、射电干涉测量法、 。目前在测量工作中应用的 主要方法是静态定位中的伪距法和载波相位测量法。 6.数据码即导航电文,它包含着卫星的星历、卫星 、时间系统 运行状态、轨道摄动改正、大 气折射改正、由 C/A码捕获 P 码的信息等。 7.动态定位是用 GPS 信号 地测得运动载体的位置。按照接收机载体的运行速度,又将动态定 位分成低动态、中等动态、高动态三种形式。 8. GPS 网一般是求得测站点的三维坐标,其中高程为 高,而实际应用的高程系统为 高系统。 9.利用双频技术可以消除或减弱 折射对观测量的影响,基线长度不受限制,所以定位精度和 作业效率较高。 10. GPS 定位的实质就是根据

26、高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据,采取 的方法,确 定待定点的空间位置。 二、名词解释(每小题 4分 , 共 20分 1.伪距 2.相对论效应 3.轨道摄动 4.极移 5.单点定位 分(60题答三、问1简述卫星大地测量的作用。（10 分） 2简述 GPS 卫星的主要作用。（10 分） 3如何重建载波？其方法和作用如何？（10 分） 4GPS 误差来源（12 分） 5GPS 的应用（16 分） 原理及应用模拟试题（ GPS 原理及应用模拟试题（3）参考答案 一、填空（每空 1 分，共 20 分） 1）空间卫星 地面监控 用户接收 3）静态 动态 单点 相对 5）多普勒法 载波相位测量法

27、8）大地 正常 2）水平分量精度因子 4） 导航 测地型 授时型 6） 工作状态 卫星钟 9） 电离层 7） 实时 10） 空间距离后方交会 二、名词解释（每小题 4 分,共 20 分） 1伪距 答：GPS 定位采用的是被动式单程测距。它的信号发射时刻是卫星钟确定的，收到时刻则是 由 接收机钟确定的，这就在测定的卫星至 接收机的距离中，不可避免地包含着两台钟不同步的误 差影响，所以称其为伪距。 2相对论效应 答：GPS 卫星在高 20200km 的轨道上运行，卫星钟受狭义相对论效应和广义相对论效应的影响， 其频率与地面静止钟相比，将发生频率偏移，这是精密定位中必须顾及的一种误差 影响因素。 3轨道摄动 答：卫星的真实轨道与正常轨道之间的差异，称为轨道摄动。 4极移 答：地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称极移 5单点定位