版空间大地测量思考题答案

1、空间大地测量学思虑题简述天球坐标系与地球坐标系的差异。答：天球坐标系：不随地球自转的地心坐标系，是空间固定坐标系，用于对卫星地址描述。地球坐标系：与地球固联的地心坐标系，用于描述用户空间地址。也就是把地球视为理想球体，以其旋转轴两极的最短球面连线为经线，垂直于经线的是纬线形成的角度坐标系。两者差异：天球坐标是天文用的，地球坐标是地理用的；天球坐标能描述星体有对于地球的角度地址，地球坐标只描述物体在地球表面的地址。它们都是角坐标系，但是地球坐标是以地球表面为球面的，是有半径的；而天球坐标半径没关，只若是某一球面即可试述历元天球坐标系到协议地球坐标系的变换过程。答：（1）岁差旋转变换ZM（t0)表

2、示历元J2000.0年平天球坐标系z轴指向，ZM（t）表示所论历元时刻t真天球坐标系z轴指向。两个坐标系间的变换式为：xyzM(t)Rz(ZA)Ry(A)Rz(xA)yzM(t0)式中：A，A，ZA为岁差参数。（2）章动旋转变换近似地有章动旋转变换式：xyzc(t)Rx()Rz()Rx()xyzM(t)式中：为所论历元的平黄赤交角，分别为黄经章动和交角章动参数。（3）瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的变换关系为：xxyRz(G)yzetzct下标et表示对应t时刻的瞬时极地球坐标系，ct表示对应t时刻的瞬时极天球坐标系。G为对应平格林尼治子午面的真春分点时角。（4）平川球坐标系与瞬时地球坐标

3、系的变换公式：xxyRy(xp)Rx(yp)yzemzet下标em表示平川球坐标系，et表示t时的瞬时地球坐标系，xp,yp为t时刻以角度表示的极移值。简述恒星时、真太阳时与平太阳时的差异。恒星时是以春分点为参照点，同春分点的周日视运动所确定的时间，春分点两次经过地方上子午圈的时间间隔为一恒星日。平太阳时假设一个参照点的视运动速度等于真太阳周年运动平均速度，且其在天球赤道上作周年视运动，这个参照点称为平太阳。平太阳连续两次经过当地子午圈的时间间隔为一平太阳日，包括24个平太阳时。真太阳时以真实的太阳为参照点，太阳视圆面中心连续两次上中天的时间间隔叫一个真太阳日，一个真太阳日分为24小时。由于真

4、太阳的运行速度和时角变化率不平均，不适于作为计量平均时间的基准。一个恒星日=一个平太阳日-355.909。真太阳时与平太阳时的时刻之差即为时差。简述卫星在轨道上运动所受的力的作用。除地球引力外，还有其他摄动力：地球引力场摄动力地球体的非球性及其质量分布不平均而引起的作用力日月引力日月引力引进的卫星地址摄动主要表现为一各长周期摄动太阳光压力卫星在运行中将直接或间接受太阳光辐射压力的影响而使轨道产生摄动其他摄动力a固体潮及大浪潮汐摄动固体潮和大浪潮汐将改变地球重力位对卫星产生摄动加速度b大气的摄动力大气阻力对低轨道卫星特别敏感地球引力场摄动力对卫星的运动有那些影响。主若是与地极扁率相关的二阶谐系数

5、项引起，其对卫星的影响有3点分别为：引起轨道平面在空间旋转，是升交点赤经产生周期性变化、引起近地址在轨道平面内旋转，以致近升角距的变化、引起平近点角的变化日、月引力对卫星的运动有哪些影响。日月引力对卫星轨道的影响，是由太阳和月亮的质量，对卫星所产生的引力加速度而产生的。日月引力的影响还会产生潮汐现象，而地球的潮汐现象也将影响卫星的运动。主要表现为一种长周期摄动；太阳力的影响仅为月球引力影响的46%。试述多普勒测距的基根源理。简述GPS定位时间系统与协调世界时UTC之间的差异。:UTC：原子时诚然是秒长平均的，牢固度很高的时间系统，但其与地球自转没关。世界时虽不平均，但与地球自转亲密相关。原子时

6、的秒长与世界时的秒长不相等，两者每年相差1秒，这样积累下去两者会愈差愈大。为了协调原子时与世界时的关系，建立了一种折衷的时间系统称之为协调世界时UTC。GPS定位时：由GPS主控站的高精度原子钟准时与授时。长采用原子时秒长。起点：1980年1月6日0时。表示方法：GPS周+一周内的秒数两者的的关系：GPST=UTC+n119(s)1980年1月6日0时,n=19,GPST与UTC时相一至。简述GPS定位系统的组成，并说明各部分的作用。空间星座GPS卫星星座由24颗（3颗备用）卫星组成，分布在6个轨道内，每个轨道4颗。基本功能：接收和储藏由地面监控站发出的导航信息，接收并执行监控站的控制指令；利

7、用卫星的微办理机，对部分必要的数据进行办理；经过星载原子钟供应精美时间标准；向用户发送定位信息；在地面监控站的指令下，经过推进器调整卫星姿态和启用备用卫星。(2)地面监控地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成，包括5个监测站，1个主控站，3个信息注入站。监测站：对GPS卫星进行连续察看，进行数据自动采集并监测卫星的工作状况。主控站：协调停管理地面监控系统，主要任务：依照本站和其他监测站的察看资料，计算编制各卫星星历、卫星钟差和大气修正参数，并将数据传达到注入站；供应全球定位系统时间基准；各监测站和卫星原子钟，均应与主控站原子钟同步，测出此间的钟差，将钟差信息编入导航电文，送入注入站；调GPS

8、整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行；启用备用卫星代替无效工作卫星。注入站：在主控站控制下，将主控站计算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等，注入到相应卫星的储藏系统，并监测注入信息的正确性。(3)用户设备由GPS接收机硬件和数据办理软件以及微办理机和终端设备组成。GPS接收机硬件主要接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息及察看量，并经简单数据办理而实现实时导航和定位。GPS软件主要对察看数据进行精加工，以便获得精美定位结果。10.什么是广播星历？什么是精美星历？两者的差异是什么？答广播星历：共有16个星历参数：1个参照历元，6个相应历元下的椭圆轨道参数和9个反响摄动

9、力影响的改正项参数。每小时宣布一组最新星历，即参照历元相互相隔1小时；星历精度在2040m之间。精美星历：按一准时间间隔给出卫星在地固坐标系下的三维地址、三维速度和钟差。精度可达分米级，有偿索取，技术复杂，投资较高。说明C/A码及P码的产生过程及其特点。C/A码：2个10级反响移位寄存器相组合产生，码长Nu=1010-1=1023。P码：2组各有2个12级反响移位寄存器组成，码长Nu=2.35X1014。1）C/A码特点：码长较短，易于捕获，经过捕获C/A码所得信息，可以方便捕获P码（捕获码）；码元宽度较大，精度较底（粗捕获码）。2）P码特点：多经过C/A码捕获，码长更短，周期长，精度高，用于

10、较精美导航和定位（精码）。简述伪随机噪声码测距原理及载波相位测距原理。伪随机噪声码测距原理：在某一瞬时利用GPS接收机同时测定最少四颗卫星的伪距，依照已知的卫星地址和伪距察看值，采用距离交会法求出接收机的三维坐标和时钟改正数。伪距定位法定一次位的精度其实不高，但定位速度快，经几小时的定位也可达米级的若再增加察看时间，精度还可以提高。载波相位测量原理：若卫星S发出一载波信号，该信号向各处流传。设某一瞬时，该信号在接收机R处的相位为?R，在卫星S处的相位为?S。?R和?S为从某一起始点开始计算的包括整周数在内的载波相位，为方便计，均以周数为单位。但因无法察看?S，所以该方法无法推行。试以两个GPS

11、接收机、两颗卫星和两个时间历元为例，写出单差、双差和三差察看方程，并说各自特点。单差：在不相同察看站同步察看相同卫星所得察看量之差。j(t)双差：在不相同察看站同步察看k(t)k(t)j(t)同一组卫星所得单差之差。三差：于不相同历元同步察看同一组卫星所得察看量的双差之差。设有a个测站，察看了b颗卫星，c个历元单差：察看方程数（a-1)*b*c,未知参数总数(a-1)(3+b+c)双差：察看方程数(a-1)*(b-1）*（c-1），未知参数总数3（a-1)+(b-1)*(c-1)三差：察看方程数（a-1)(b-1)(c-1),未知参数总数3(a-1)各自的特点：2j(t)2k(t)(t)2k(

12、t2)2k(t1)1j(t)1k(t)1k(t2)1k(t1)2j(t)(t2)2j(t2)2j(t1)1j(t)(t1)1j(t2)1j(t1)单差：除掉了卫星钟差影响削弱了电离层折射影响削弱了对流层折射影响削弱了卫星轨道误差的影响。双差：除掉了接收机钟差的影响三差：消去了整周未知数参数试述GPS测量定位中误差的种类，并说明产生的原因。（1）误差种类：与卫星相关的误差（卫星轨道误差、卫星钟差、相对论效应）、与流传路子相关的误差（电离层延缓、对流层延缓、多路径效应）、与接收设备相关的误差（接收机天线相位中心的误差和变化、接收机钟差、接收机内部噪声）、其他误差（地球自转）。（2）产生原因：a.卫

13、星星历误差：由星历所给出的卫星在空间中的地址与其实质地址之差。b.卫星钟差：卫星钟读数与真实的GPS时间之差。c.相对论效应：相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态（运动速度和重力位）不相同而引起卫星钟与接收机钟之间产生相对钟误差的现象。d.电离层折射：当GPS信号经过电离层时，信号的路径会发生波折，流传速度也会发生变化，所以用信号的流传时间乘上真空中光速而获得的距离就会不等于卫星至接收机间的几何距离，这种误差叫电离层折射误差。e.对流层折射：当GPS信号经过对流层时，信号的路径会发生波折，流传速度也会发生变化，所以用信号的流传时间乘上真空中光速而获得的距离就会不等于卫星至接收机间的几何距

14、离，这种误差叫对流层折射误差。f.多路径误差：在GPS测量中，被测站周边的物体所反射的卫星信号（反射波）被接收机天线所接收，与直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使察看值偏离真值产生所谓的“多路径误差”。g.接收机钟误差：接收机钟读数与真实的GPS时间之差。h.接收机的地址误差：特点与对中、整平、量高相关。i.天线相位中心的误差与变化：天线相位中心与天线几何中心之间的差异。j.其他误差：地球自转、地球潮汐什么是星历误差？它是怎样产生的？怎样削弱或除掉其对GPS测量定位的影响？定义：指卫星星历所供应的卫星空间地址与实质地址的误差。产生原因：由于卫星在运动中碰到多种摄动力的影响，单靠地面监测

15、站难以精确可靠的测定这些作用对卫星的运动规律，所以在星历预告时会产生较大的误差，估计和办理此类误差也比较困难。削弱方法：建立卫星追踪网独立测轨；采用轨道改进法（半短弧法、短弧法、同步求差法）；电离层误差、对流层误差是怎样产生的？采用何种方法来削弱它对GPS测量定位的影响？电离层误差：当GPS信号经过电离层时，信号的路径会发生波折，流传速度也会发生变化，所以用信号的流传时间乘上真空中光速而获得的距离就会不等于卫星至接收机间的几何距离，这种误差叫电离层折射误差。减弱电离层影响的有效措施有：1）双频察看2）利用电离层改正模型加以改正对流层折射：由于地面辐射热能的影响，对流层的温度随高度的上升而降低，

16、当3）利用同步察看值求差GPS信号经过对流层时，信号的路径会发生波折，流传速度也会发生变化，所以用信号的流传时间乘上真空中光速而获得的距离就会不等于卫星至接收机间的几何距离，这种误差叫对流层折射误差减弱对流层影响到的有效措施有：1）直接在测站测定气象参数，用于对流层折射改正模型2）引入描述对流层影响的附加待估参数，在数据办理中一并求得3）利用同步察看值求差简述多路径效应产生的机理，给出除掉多路径效应的对策。由于多路径的信号流传所引起的干涉时延效应称为多路径效应。在GPS测量中，被测站周边的物体所反射的卫星信号（反射波）被接收机天线所接收，与直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使察看值偏离真值产生所谓的“多路径误差”。削弱多路径效应误差的措施：在察看上，选择合适的测站；在硬件上，采用抗多路径误差的仪器设备，抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化天线，抗多路径的接收机：窄相关技术；在数据办理上，使用加权、参数法、滤波法、信号解析法来削弱误差。试述与接收机相关的误差种类，怎样除掉其影响？误差主要包括：察看误差、接收机钟误差、天线相位中心地址误差、载波相位察看的整周不牢固性影响；削弱方法：对于察看误