《GPS原理与应用》复习(有问题详解)

1、全球定位系统原理与应用复习与思考1、了解美国60年代初期研制的子午卫星导航系统组成。1）卫星星座：由6颗独立轨道的极轨卫星组成（i=90°，T=107min，H=1075km）2）地面设有：4个卫星跟踪站，1个计算中心，1个控制中心，2个注入站海军天文台（负责卫星钟差，钟频改正）2、了解美国90年代初期建成全球定位系统（GPS）的系统组成2. 系统组成:-v卫星星座：由轨道.24颗卫星组成（卫星寿命了5年）o0=55°:T=llh58B；H=20200km）冷介监测站：员责监测卫星的轨道魏乐大气数抿经初处1个主控站：根据各监测站资料.推算预报各卫星的星历匸钟差和大气修正参数

2、编制导航电文；对监测站的钟差.偏轨或失效卫星实行调控和调配。将电文.指令传送到注入站。執3桧jg舛苟胳注入甲疇饉73、了解我国的北斗一号导航系统的组成，定位精度如何。 卫星星座：由濒同步静止卫星组成（其中4颗在轨备用o（t=0°T=24S星时；H=36000km） 地商仅有：一个中心站负责系统测控.定位信号的发射与:W.寻发布一iMSSY定位精度：平面：±20m垂直：±10m4、GPS卫星的测距码（C/A码）如何产生有何作用？台原子钟（2輒琏）产生标淮频率为:兀"0.23MHz测距伪码：C/A码:伽R0J.023MHZ产生：它是由两个10级反馈移位寄存器

3、产生作用：识别卫星，锁定信号，测量距离，解扩D码，捕获P码5、掌握二进数列的模二和或者波形积的运算法则及其简单运算。模二和：觀=0；B®o=l；o©S=1|；o©o=o波形积：运算例子：1001110010J（A）)0100111001J(B)1101001011J(C)运算规律：（A）（B）=（C）（C）©（A）=（B）（C）©（B）=（A）运算法则：(-1)x(-!)=!；1x1=1；(-l)xl=-l；1x(-1)=-16、认知和掌握两个结构相同m序列模二和后，在码相同步以及码相不同步时的自相关系数学表达的差异。将一Tm序列与其移动若干相

4、位后的同序列模二和.得到的仍是m序列（结构相同）.011110001001101協多为000鮫00辱010111111100010011010-苓岳J甘"曲：严同希眇z乍晌=1沙謬|/（卽/）当相位同步时:M&Ofc.N/N4l<'-;.记忆卫星轨道开普勒六根数为的名称及代号。轨道半长径的平方根（m）/轨道偏心率/历元t的轨道倾角（弧度）/历元t的升交点准经度（弧度）/近地点角距（弧度）/历元t的平近点角（弧度）oeoe8、导航型GPS接收机可分为哪几种类型?船载型，车载型，机载型，星载型9、测地型GPS接收机可分为哪几种类型？单站差分型，局域差分型，广域差分型

5、10、了解重建载波信号的方法和原理。测量原理:k重建载波信号：将调制在载波信号上的测距码池数据码去掉.恢复载波信号的过程口相关法：通过码相关同步乘法装置获得载波信号和晒混合的解调信号，读解湘后可恢复载波信号打平方法：接收机将收到的调制信号在相同步的猜况下、了解g接收机微理器的工作程道肢延匾1麟捜索锁定卫星信号.解译导航电文口结合星历池伪码或载波观测量计算站点坐标C*通过站点坐标牴星历计算可见卫星的方位牡高度角口计算导航参数（须有明确目标O12、用什么方法可以求解整周未知数（整周模糊度）？1）已知点坐标法2）多普勒法（四差法）3）伪距法4）经典方法5）快速确定整周未知数法；TKc納当作平養巾的待

6、定缴求黑懸4*淪n当作整數解当距离幺“拮度2/2=9电強将N魁雜舍五A®裁1*或fflN实数解的标斯差的置信度取臥號多戟的相对定饥法二将N會作甥解锂K堪銭的相礙位中各神i磁鬧相天性氐由于INffig度A/2=9.5cmo此时将N实数解取整B毫无盍义口I快觑锂周未般址：比盘1990年由E£廟0通血1提出。对于单卿仞2吩盹确趨周未蜩对于双卿吩舸聽周未做13、用什么方法可以测定整周计数Inte?连续测量：当被跟踪卫星有视向位移时，还可根据载波信号的相位差变化量,读出相位变化的整周计数（Inte）o14、了解GPS接收机载波相位测定时，产生周跳原因的各种原因。To-卫星信号被竝暂时

7、阻断外界干扰或动态环境恶劣.导致环路跟踪失锁口r对混频器产生的频差信号无法正确解读整周计数口15、解整周跳变探测修复的各种方法。便吸O荧幕扫描探测法此法目视判断直观，早期被广泛使用。只能发现大周跳，无法精确修复。高次差探测法此法可发现几十周的跳变。原理与差值含义(5556页表)：可利用高次插值公式，内插修复。但对于12周的跳变无法探测修复。多项式拟合法此法可修复几周的跳变。能实现计算机自动探测修复。拟合公式:Int0i二a0+a1(ti-tiT)+a2(ti-tiT)2+a3(ti-tiT)3+a4(ti-tiT)4计算步骤：用i=05项，列方程求系数a04用公式预报Int06与实测Alnt0

8、6比较如无误用i=16,重新求系数a04用公式预报Int07与实测Alnt07比较如有误用Int07修复实测Int07修复后用i=27，重新求系数a04在卫星间求差法此法可探测修复12周的跳变(随机跳变)。并可甄别随机跳变或系统误差计算步骤：用不同卫星的四次差在相同历元间求差。发现周跳则逐周修改原始数据重新求四次差。直至四次差之差的残差很小为止。有随机跳变的卫星不能太多。5)用双频观测值修复周跳法16、了解美国GPS政策以及对付美国GPS政策的方法。J对Gfs用户的限制性政策k对不同的GPS用户提供不同的服务方式 SPS服务用公开的C/A码定位（±20-40m）o義ppsMe慣生籀黏

9、r4PPS服务一供比P码功率大20HB的军用M码口2. 选择性可用政策（SA）对（SPS）用户实施干扰 S技术将钟频信号JD入咼频抖动 £技术一将导航电文加入人为误差3. 反电子欺骗技术（AS）用W码对P码实施加密j针对美国GPS政策的对策1. 建立独立的卫星导航定位系统。哪些GPS测量误差可通过差需消除些GPS技术消除?差分技术提高定位精度。二二二：卫星钟差；星历误差；本机钟差。可消除:卫星钟Ps测量误差不能通过差分2.建立独立的卫星轨道精密测量系统不可消除：多路径反射；通道误差。零卫觌巽遑養技卫星钟差；星历误差口2. 传播延时專电离层误差对流层误差多路径反射。3. 接收机的误差：

10、斜机钟差；JS道误差口采用差分技术可将：完全消除：部分消除口18、比较局域差分和广域差分的定位定位原理和定位精度方面的差异。局域广域1. 由多个基准站构成GPS差分网络2. 差分数据通过网平差后提高改正参数精度3. 将改正参数发送用户1.主控站对各种定位误差独立解算一用户分别修正19、了解位置差分的条件、原理和优缺点。条件：1）基准站与用户必须观测同一组卫星，即范围在100km之内2）已知基准站的GWS-84的精密坐标（X，Y，Z）原理：1）基准站通过GPS卫星，实时（t）测定本站坐标（X,Y,Z）2）计算坐标改正数及其时间导数03）将改正参数发送用户，修正实测坐标（X'，Y'

11、，Z'）优点：计算简单，适用于各种GPS定位仪ppp缺点：用户接收机通道越少或定位相对距离越远，精度越低（50km为宜）20、了解伪距差分的条件、原理和优缺点。条件：1）基准站与用户至少有4颗相同的观测卫星2）已知基准站的GWS-84的精密坐标（X,Y,Z）000原理：1）基准站通过卫星（i）星历坐标（X,Y,Z）,实时（t）计算站星iii0几何距离（Di）2）基准站测定卫星（i）t时刻的伪距3）计算t时刻的伪距改0正数及其时间导数4）将改正参数发送用户P,修正t°时实测伪距，计算即时（t）P点坐标优点：计算简单，适用于各种GPS定位仪，用户接收通道与定位精度关联不大缺点：定

12、位相对距离越远，精度越低（100km）21、了解单点定位几何精度（GDOP）的涵义。涵义：由GPS于接收机作顶点构成的多面体的体积V决定的测量精度。22、理解GPS的绝对定位和相对定位的涵义和原理。绝对定位相对定位涵义用单台GPS定位仪独立测量，解算未知点坐标的过程。在一定距离内，用两台以上GPS定位仪同时测量站星距离，通过求差的方法解算测点间基线向量的过程。原理绝对定位条件：同时接收三颗GPS卫星信号可解算测点的二维坐标。接收四颗以上GPS卫星信号可解算测点的三维坐标。相对定位条件：至少知道一个已知点的三维坐标（GWS-84）。23、了解同步环、异步环、独立环、独立基线、非独立基线的涵义及其

13、作用，如果只观测一个时段如何确定独立基线数和基线总数？同步环：3台以上接收机同步观测所得的基线闭合环。（可提高测量点的解算精度）异步环：含有非同步观测基线的闭合环。（起发现粗差，检测精度的作用）独立环：各边均由独立观测基线构成的闭合环。独立基线：N台接收机同步观测，可得N-1条独立基线。（能够确定同步观测点坐标的最少基线数）非独立基线：在同步环中除了独立基线之外的基线。（可检测独立基线所计算的点坐标）24、了解GPS网测量过程的各种连接方式及其特点。1）星形连接式点'作业方式与点连式同（效率较高O'同步环和点池边连接皆有.以提高几何强度尽量创造异步检测条件提高可靠性口翼gps聲

14、犒瞬另_台跑議mV无同步基线构成任何闭合图形的，无法检测精竽2）点连鮭接只用于氐篇度工程辟部测量旧Egpg期丿各时段转点只保留一台GPS定位仪不动口/无复测基线边.各同步图形以点连接.几何强度很弱3）边连式图形步环异步血测条曲丿可H件弄。辂雷tK各时段转点至少保留两台GPS定位仪不动口VV各同步图形以复测边连接.几何强度及异步检测条件较好勺观测工作量较点连式大口钢两台GPS定翔爛團各同步图形均以复测边连接，适用于高精度控制测量卫观测工作量较点连式大比混连式小口6）三角锁连接作业方式与混连式冋.适用狭长区域口25、简述子午卫星导航定豔理。皆毛I.5|鶴几何磷备在已知子午卫星空间坐标前提下，利用一

15、颗卫星信号的多普勒效应，测定该卫星4个时段相对观察者的视向位移，通过部列4个双曲面方程求解出测点坐标。26、简述GPS卫星导航定位原理。GPS接收机利用码分多址技术与码相关锁相放大技术，同时对4颗以上的卫星进行伪距测定，再通过修正后的站星几何距离解算站位坐标。27、简述我国双星卫星（北斗1号）导航系统定位原理。地面中心站通过2颗静止卫星传送测距信号，根据用户应答信号的时差计算星户及用户坐标，求出用户坐标再用地面数字高程模型读出用户高程，再让卫星转告用户。28、试述我国自主知识产权北斗导航定位系统的发展阶段。第一阶段：2003年建成两颗静止卫星的局域有源定位系统；第二阶段：2012年建成亚太地区

16、的局域无源定位系统；第三阶段：2020你建成覆盖全球无源定位系统，并兼有短报文服务；其开放服务和授权服务的精度都比目前GPS系统高。29、试述GPS测量控制网的设计原则与与要求（课件PPT196页）。原则：1）通视原则：GPS网点至少要有一个方向通视。2）开阔原则：网点地平面15°以上的天区不能有遮挡。3）便利原则：测点应选在交通便利，上点方便且站标易于保存的地方。4）利用旧站原则：不违反上述原则前提下尽量利用旧站标。5）异步环检测原则：为了检验观测精度的可靠，异步环或复合线路的边数不能超过国家规定。6）复测原则：各网点至少独立观测量个时段，增加复测基线。要求：1）防止干扰：在测点2

17、00m范围内不能有强电磁波干扰源（包括高压电线）2）防止反射：测点应远离对电磁波反射强烈的高压建筑，成片水体等地物。30、试述GPS在航空遥感中的应用。一、各历元机载GPS天线相位中心的确定：机载天线相位中心是通过GPS动态差分（RTK）技术确定的。地面基准站与遥感飞机通过无线电链接差分信号。遥感飞机利用整周模糊度航测解算OTF软件，解决了传统动态测量的长时间静态初始化问题。可以快速读出飞行状态各历元机载GPS天线相位中心。二、曝光时刻机载GPS天线相位中心的内插：由于曝光时刻与确定机载GPS天线相位中心的时刻不重合，故曝光时刻的天线相位中心必须内插获得。遥感曝光瞬间通过TTL电平脉冲在GPS

18、数据流中打上标记。如果计时精度±2|is航速200m/s，内插精度可达0.4mm。三、将内插的WGS-84坐标转换为国家地理坐标系：首先地面基准站GPS天线相位中心要有明确的双重坐标系。其次航拍时附近地面还要有另一个具有双重坐标的联测点。这样航拍曝光的内插相位中心，就可以通过有约束平差实现成果转换获得国家地理坐标系。二、曝光时刻机载GPS天线相位中心的内插：三、将内插的WGS-84坐标转换为国家地理坐标系:31、试述RTK的工作原理及其在地籍房产中的应用。f实时动态差分RTK技术的工作原理：丄4基准站（已知点将GPS差分数据.利用无线电通信链实时转达GPS流动站.实施定位差分修正以提

19、高测量精度口当流动站捕获議以上卫星并确定整周模辎度后.流动站可以厘米级精度快速测定动点坐标口二、RTK技术在地籍和房地产测量中的应用：*电以简易快捷地确定每宗房地产土地易权归属地的边界测定和命积量算（国夕K据土地使用性质和间积纳土地税）口觀t易快捷地实孤土處昜权归属地从图纸到实坦她aRTK稣髒筋1精度的前提代省时省工实现址鈿幽新32、试述测量韶大E级大地测量工程网外业和内业的工作过程。（1）做好测量前的准备工作：布点规划：在地形图上根据控制点的几何关系，大致做出测量控制点的规划，再到实地勘察落实是否满足观测条件；标志埋没：在测量点上的基岩或者水泥混凝土上，按国家规划埋没金属标志，并在旁边刻上待

20、测点的点号；转点设计：在地形图上根据待测控制点的集合关系以及运筹学的方法，确认各时段测量的顺序和转点方案。时间同步：各测量点测站在对中整平、天线斜高测定输入数据后，用手机相互通知做到同步开机和各时段测量完毕同步关机。（2）GPS测量仪器的架设为了避免路过车辆及行人的影响，仪器接受天线尽量架高。一般以水平调整气泡略低于站立观察者水平视线为宜。然后大致对中后即可调整水平，再通过观察镜精确对中。对中整平完成后就锁定水平移动螺母，天线定向开机待测。（3）GPS测量仪的开启和设置轻按接收机电源开关以及遥控器电源开关自动链接接收机。在遥控器选择“采集设置”项，正确输入数据必须输入：站名、天线斜高、时段、按

21、Enter键发送接收机。每时段观测时间约为4560min。33、试举例说明GPS在海洋测绘中的应用。1）利用GPS进行高精度海洋定位A利用岸基多个基准站进行海洋物探定位和钻井平台定位；B用两艘具有高精度GPS定位的物探船只对人工地震波接收的时间差,可以推断海底地质构造达到找油找矿的目的。2）中国沿海RNB/DGPS系统从南到北由2"基淮站组成.主要去我国沿海岸.重要水癱bob提慎精定位藤已在导航定位.海图测量.港航道测量.岸线地宠修：逆愛豪議'M海囉和紧融援戟（三）GPS技术用于建立海洋大地控制网海洋太瓏葡由布控在岛is.的大地控制点组成的.海底控制点由固定标志和水声应答器构成口海底控制点的测量测量船通过声纳对海底控制点定位的Z瞬间.测量船的精确位置可以通过岸基差分GPSffi定口 1994