成都理工大学GPS课程本科试题库第二章坐标系统和时间系统

第二章GPS测量所涉及的时间系统与坐标系统一、填空题1、黄道是指（）。答案：太阳的视运动的轨迹与天球表面的交线或地球公转的轨迹与天球表面的交线2、GPS目前所采用的坐标系统，是（）。答案：WGS-84系3、岁差是指（）。答案：由于日月的引力，平北天极绕着北黄极做圆周运动的现象4、卫星二体问题是指（）。答案：在研究卫星运动时，仅考虑卫星受到地心引力作用下的运动问题称之为卫星二体问题。5、升交点是指（）。答案：卫星在轨道上由难向北运动时轨道与赤道的交点。6、GPS高程属于（）高程系统。答案：大地7、建立协议地球坐标系的原因是（）。答案：存在极移现象8、虚拟参考站法是指（）。答案：一台接收机静止在地球表面，同步观测4颗以上卫星，确定接收机天线相位中心相对于地球质量中心的三维位置的定位方式称谓静态绝对定位9、我国常用的高程系统有（）、（）、（）。答案：大地高系统正高系统正常高系统。10、GPS时间系统是（）。答案：GPS时间系统:GPS时间系统采用原子时ATI秒长作为时间基准，时间起算原点定义在1980年1月6日UTC0时。

二、单选题1、未经美国政府特许的用户不能用（）来测定从卫星至接收机间的距离。A、C/A码B、Ll载波相位观测值C、载波相位观测值D、Y码答案：D2、利用广播星历进行单点定位时，所求得的站坐标属于（）。A、1954北京坐标系B、1980年西安坐标系C、WGS-84D、ITRF答案：C3、计量原子时的时钟称为原子钟，国际上是以()为基准。A、铷原子钟B、氢原子钟C、铯原子钟D、铂原子钟答案：C4、我国西起东经72°，东至东经135°，共跨有5个时区，我国采用(A)的区时作为统一的标准时间，称作北京时间。A、东8区B、西8区C、东6区D、西6区答案：A5.卫星钟采用的是GPS时，它是由主控站按照美国海军天文台(USNO)()进行调整的。在1980年1月6日零时对准，不随闰秒增加。A、世界时(UT0)B、世界时(UT1)C、世界时(UT2)D、协调世界时(UTC)答案：D6.在20世纪50年代我国建立的1954年北京坐标系是()坐标系。A、地心坐标系B、球面坐标系C、参心坐标系D、天球坐标系答案：C7.1977年我国极移协作小组确定了我国的地极原点，记作()。A、JYD1958.0B、JYD1968.0C、JYD1978.0D、JYD1988.0答案：B8.在20世纪50年代我国建立的1954年北京坐标系，采用的是克拉索夫斯基椭球元素，其长半径和扁率分别为()。A、a=6378140、α=1/298.257B、a=6378245、α=1/298.3C、a=6378145、α=1/298.357D、a=6377245、α=1/298.0答案：B9.我国在1978年以后建立了1980年国家大地坐标系，采用的是1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会的推荐值，其长半径和扁率分别为()。A、a=6378140、α=1/298.257B、a=6378245、α=1/298.3C、a=6378145、α=1/298.357D、a=6377245、α=1/298.0答案：A10.在使用GPS软件进行平差计算时，需要选择哪种投影方式()。A、横轴墨卡托投影B、高斯投影C、等角圆锥投影D、等距圆锥投影答案：A11、在20世纪50年代我国建立的1954年北京坐标系是()坐标系。A、地心坐标系B、球面坐标系C、参心坐标系D、天球坐标系答案：C12、我国在1978年以后建立了1980年国家大地坐标系，采用的是1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会的推荐值，其长半径和扁率分别为()。A、a=6378140、α=1/298.257B、a=6378245、α=1/298.3C、a=6378145、α=1/298.357D、a=6377245、α=1/298.0答案：A13.我国西起东经72°，东至东经135°，共跨有()个时区，我国采用东8区的区时作为统一的标准时间。称作北京时间。A、2B、3C、4D、5答案：D14.地球在绕太阳运行时，地球自转轴的方向在天球上缓慢地移动，春分点在黄道上随之缓慢移动，这种现象称为()。A、岁差B、黄赤交角C、黄极D、黄道答案：A15、基准站GPS接收机与TRIMMRKⅡ(UHF)数据链无线电发射机之间的数据传输波特率为()。A、4800B、9600C、19200D、38400答案：D16、.在进行GPS-RTK实时动态定位时，需要计算在开阔地带流动站工作的最远距离，已知TRIMMRKⅡ(UHF)数据链无线电发射机天线的高度为9m，流动站天线的高度为2m，则流动站工作的最远距离为()。A、18.72mB、16.72mC、18.61mD、16.61m答案：A17.1884年在美国华盛顿召开的国际会议决定采用一种分区统一时刻，把全球按经度划分为24个时区，每个时区的经度差为15°，则相邻时区的时间相差1h。这种时刻叫()。A、世界时B、历书时C、恒星时D、区时答案：D18、.单频接收机只能接收经调制的L1信号。但由于改正模型的不完善，误差较大，所以单频接收机主要用于()的精密定位工作。A、基线较短B、基线较长C、基线≥40kmD、基线≥30km答案：A19.GPS接收机天线的定向标志线应指向()。其中A与B级在顾及当地磁偏角修正后，定向误差不应大于±5°。A、正东B、正西C、正南D、正北答案：D20、1884年在美国华盛顿召开的国际会议决定采用一种分区统一时刻，把全球按经度划分为24个时区，每个时区的经度差为15°，则相邻时区的时间相差1h。这种时刻叫()。A、世界时B、历书时C、恒星时D、区时答案：D

三、多选题1、WGS-84坐标系说法错误的是（）A、WGS-84是大地坐标系B、

Y轴与Z、X轴构成左手系

C、长半轴

a＝6378140(m)，扁率

f

=

1/298.257

D、原点在地球中心答案：BCD2、我国当前的国家大地坐标系有（）A、2000国家大地坐标系B、2005国家大地坐标系C、1954年北京坐标系D、1980西安坐标系答案：ACD6、北京54坐标系采用的椭球体和原点是（）A、WGS-84地心椭球B、克拉索夫斯基椭球体C、地球质心D、椭球几何中心答案：BD7、WGS-84坐标系说法正确的是（）A、一种国际上采用的地心坐标系B、坐标原点为地球中心C、地心空间直角坐标系的X轴指向BIH（国际时间服务机构）D、Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系答案：AD8、新北京54坐标系的特点包括（

）

A、属参心大地坐标系

B、椭球参数（长半轴和扁率）与1980年国家大地坐标系的相同

C、椭球轴向与旧P54坐标系的椭球轴向相同

D、大地原点与1980年国家大地坐标系的大地原点相同

，高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄梅平均海水面

。答案：ABCD9、GPS时间系统（）

A、全球定位系统(GPS)建立了专用的时间系统

B、由GPS的主控站原子钟所控制

C、起点与国际原子时系统相同

D、采用原子时秒长

答案：ABD10、1980国家大地坐标系说法正确的是（

）

A、地心坐标系

B、大地原点在陕西省径阳县永乐镇

C、Z轴平行于地球质心指向地极原点JYD1968.0的方向

D、大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面

答案：BD

四、判断判断下列说法是否正确1、WGS-84坐标系是一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH（）答案：对2、西安80国家大地坐标系，是我国当前最新的国家大地坐标系（）答案：错3、新北京54坐标系大地原点与1980年国家大地坐标系(简称C80)的相同，椭球轴向与C80椭球轴指向相同，椭球参数与旧54坐标系的椭球参数相同。（）答案：错4、2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。（）答案：对5、天球坐标系随着投影到天球上的坐标格网的不同而不同，沿着大圆将天空分成两个相等的半球的平面称为水准面。（）答案：错6、地球直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极。（）答案：对7、地球大地坐标系是地球椭球的中心与地球质心重合，椭球的长轴与地球自转轴重合。（）答案：错8、协调世界时的秒长与原子时秒长一致，在时刻上尽量与世界时接近。（）答案：对9、任意两空间坐标系的转换，要进行精确转换，必须知道至少3个重合点（即为在两坐标系中坐标均为已知的点。（）答案：对10、常用的坐标转换方法有三参数法、四参数法和七参数法。（）答案：对五、简答题1、简述空间直角坐标系的转换常用三种方法和简述GPS定位技术相对于常规测量技术的优点？答案：常用的方法有三参数法、四参数法和七参数法。(1)选点灵活，无需通视(2)精度提高，耗费降低(3)操作简便，效益增加;(4)全天候作业，变被动为主动。2、WGS-84大地坐标系？答案：WGS-84是修正NSWC9Z-2参考系的原点和尺度变化，并旋转其参考子午面与BIH定义的零度子午面一致而得到的一个新参考系，WGS-84坐标系的原点在地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协定地球极（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、X轴构成右手坐标系。3、大地坐标系和参考椭球定义？答案：大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。大地坐标系的确立包括选择一个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据。一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。4、右手直角坐标系？答案：在空间直角坐标系中，让右手拇指指向x轴的正方向，食指指向y轴的正方向，如果中指能指向z轴的正方向，则称这个坐标系为右手直角坐标系。5、GPS的时间系统是？答案:GPS时间系统采用原子时AT1秒长作时间基准，秒长定义为铯原子CS133基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡9192631170周所持续的时间，时间起算的原点定义在1980年1月6日世界协调时UTC0时，启动后不跳秒，保证时间的连续。6、西安80坐标系特点？答案：（2）西安80坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向；Y轴与Z、X轴成右手坐标系；（3）椭球参数采用IUG1975年大会推荐的参数，因而可得西安80椭球两个最常用的几何参数为：长半轴a=6378140±5（m）短半轴b=6356755.2882（m）扁率α=1/298.257第一偏心率平方=0.00669438499959第二偏心率平方=0.00673950181947椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。（4）多点定位；（5）基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。7、ITRF坐标框架简介？答案：它是一个地心参考框架，由空间大地测量观测站的坐标和运动速度来定义，是国际地球自转服务的地面参考框架。8、坐标系之间转换分类有哪些？答案：1、大地坐标（BLH）对平面直角坐标（XYZ）。常规的转换应先确定转换数参，即椭球参数、分带标准（3度，6度）和中央子午线的经度。椭球参数就是指平面直角坐标系采用什么样的椭球基准，对应有不同的长短轴及扁率。2、北京54全国80及WGS84坐标系（WGS一84CoordinateSystem）的相互转换。一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH（国际时间）1984.O定义的协议地球极（CTP)方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系统。3、任意两空间坐标系的转换，要进行精确转换，必须知道至少3个重合点（即为在两坐标系中坐标均为已知的点。采用布尔莎模型进行求解。布尔莎公式。其中第2类可归入第三类中。常用的方法有三参数法、四参数法和七参数法。六、名词解释1、国际协议原点CIO答案:国际协议原点CIO:国际大地测量学协会和国际天文联合会，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低级原点（conventionalinternationalorigin-CIO)。2、国际地球参考框架(ITRF)答案：国际地球参考框架(ITRF)：ITRF是（internationalterrestrialreferenceframe)是ITRS的具体体现，是根据VLBI\SLR\LIR\GPS等空间大地测量技术的观测量，由IERS中心局分析得出的一组全球站坐标和速度场。3、春分点答案：春分点：太阳由南向北视运动的轨道与赤道的交点4、极移答案：极移：地球自转轴的位置在地球表面上随时间而改变的现象5、SA技术答案：SA技术：选择可用性技术，即人为的将误差引入卫星钟和卫星数据中，故意降低GPS定位精度。包括对基本频率的技术和对卫星钟的技术。6、AS技术答案：AS技术：反电子诱骗技术，即将p码与更为保密的W码摸二相加构成Y码。7、 天球坐标系答案：天球坐标系：是不考虑地球自转影响，把地球看成一个有质量的点，研究空中天体相对于地球质量中心的运动的坐标系。8、赤经答案：赤经:指赤道坐标系的经向坐标，过天球上一点的赤经圈与过春分点的二分圈所交的球面角。9、世界协调时答案：世界协调时:一种以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折中的时间系统。10、参考站:答案：参考站:在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别固定在一个或几个测站上，一直保持跟踪卫星，其余接收机在这些测站的一定范围内流动站作业，这些固定测站就称为参考站。11、GPS时间系统答案：GPS时间系统:GPS时间系统采用原子时ATI秒长作为时间基准，时间起算原点定义在1980年1月6日UTC0时。12、原子时答案：原子时:1967年国际计量委员会决定采用铯原子零场在基态的两个超精细能级结构间跃迁辐射频率9192631770个周期的时间间隔为1秒，这样长度的秒，定义为原子时秒，以此为基准的时间系统，称为原子时。13、天球答案：天球:指以地球质心为中心，半径r为任意长度的一个假想球体。为建立球面坐标系统，必须确定球面上的一些参考点、线、面和圈。14、章动答案：章动:北天极除了均匀地每年西行以外,还要绕着平北天极做周期性的运动。轨迹为一椭圆。15、春分点答案：春分点:当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点真近点角:在轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。16、升交点赤经答案：升交点赤经:在地球平面上，升交点与春分点之间的地心夹角.17、近地点角距答案：近地点角距:在轨道平面上近地点与升交点之间的地心角距.18、历元答案：历元:在天文学和卫星定位中，与所获取数据对应的时刻也称历元。19、轨道答案：轨道:卫星在空间运行的轨迹20、轨道参数答案：轨道参数:描述卫星轨道位置和状态的参

七、计算题1、对同一空间点，天球空间直角坐标（1,1,2）转化为与其等效的天球球面坐标系坐标?答案：坐标（1,1,2）代入公式：R=α=tanδ=tanR=6α=45δ=转化为与其等效的天球球面坐标系坐标(√6,45，45)2、对同一空间点，天球球面坐标系(√6,45，45)转化为与其等效的天球空间直角坐标系坐标?答案：坐标(√6,45，45)代入公式：X=RcosαcosδY=R转化为与其等效的天球空间直角坐标系坐标（1,1,2）3、对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间有如下转换关系：X=（N+H）cosY=（N+H）cosZ=[(N(1-e2)+N)请将大地坐标（L,B,H）=（60，30，2）转化为直角坐标系坐标？其中e=1,a=3N=2答案：（L,B,H）=（60，30，），e=1,a=3N=2代入公式：X=（N+H）cosY=（N+H）cosZ=[(N(1-e2)+N)得到：（X，Y,Z）=（1,1,1）4、对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间有如下转换关系：L=tan-1B={Z(N+H)/[X2+Y2H=Z/sinB-N(1-e式中，N=a/1-e2sinB2，N为该点的卯酉圈曲率半径；e2=(a其中：e=1,a=3请将直角坐标系坐标（1,1,1）转化为大地坐标系坐标？答案：将（1,1,1），e=1,a=3分别代入L=tan-1B={Z(N+H)/[X2+Y2H=Z/sinB-N(1-eN=a/1-e2sinB2得到：N=2（L,B,H）=（5、对同一空间点，天球球面坐标系(√6,45，45)利用与其等效的天球空间直角坐标系坐标为桥梁）转化为大地坐标系坐标?其中e=1,a=3答案：坐标(√6,45，45)代入公式：X=RcosαcosδY=RsinαcosδZ=Rsinδ转化为将（1,1,2），e=1,a=3分别代入L=tan-1B={Z(N+H)/[X2+Y2H=Z/sinB-N(1-eN=a/1-e2sinB2得到：N=2大地坐标系坐标（L,B,H）=（八、证明题1、求证参心大地坐标转换为参心空间直角坐标公式。求证：我们已知参心大地坐标转换为参心空间直角坐标公式为公式中，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，a、b椭球的长短半径，f椭球扁率，W为第一辅助系数或 西安80椭球参数：长半轴a=6378140±5（m）短半轴b=6356755.2882m扁率α=1/298.2572、论证高斯投影相比其他投影的优越性。答：高斯投影概述高斯-克吕格投影的条件：1）.是正形投影；2）.中央子午线不变形高斯投影的性质：1）.投影后角度不变；2）.长度比与点位有关，与方向无关；3）.离中央子午线越远变形越大为控制投影后的长度变形，采用分带投影的方法。常用3度带或6度带分带，城市或工程控制网坐标可采用不按3度带中央子午线的任意带。3、用公式证明高斯投影正算公式和高斯投影反算公式可以互逆。答：高斯投影正算公式：高斯投影反算公式：对比公式可以证明高斯投影正算公式和高斯投影反算公式可以互逆的。4、用公式证明参心大地坐标转换为参心空间直角坐标的可行性。答：参心大地坐标转换为参心空间直角坐标：公式中，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，a、b椭球的长短半径，f椭球扁率，W为第一辅助系数或 西安80椭球参数：长半轴a=6378140±5（m）；短半轴b=6356755.2882m；扁率α=1/298.257公式说明了参心大地坐标转换为参心空间直角坐标可行的。5、用公式证明了参心空间直角坐标转换为参心大地坐标是可行的。答：参心空间直角坐标转换参心大地坐标公式说明了参心空间直角坐标转换为参心大地坐标可行的。九、图题1、填表1WGS-84、北京54和西安80坐标系主要参数坐标系

椭球体长半轴a短半轴b

扁率f

北京5463782451/298.3西安80IAG1975

6356755.2881575

WGS-84WGS-8463781371/298.257223563答案：坐标系

椭球体长半轴a短半轴b

扁率f

北京54Krassovsky63782456356863.0187731/298.3西安80IAG1975

6378140

6356755.2881575

1/298.257WGS-84WGS-8463781376356752.31424511/298.2572235632、看图回答下列问题：1）什么是春分点？2）什么是建立天球坐标系的基准点和基准面？答案：春分点：指太阳由南向北运动的时候，所经过的天球黄道和天球赤道的交点。春分点和天球赤道面是建立天球坐标系的基准点和基准面。3、1）天球坐标系分为哪两种？答案：真天球坐标系和平天球坐标系.2）如上图：简要介绍天球坐标系的两种分类坐标系？答案：真天球坐标系的原点为地球的质心M，Z轴指向真北天极Pn,X轴指向春分点,Y轴垂直于XMZ平面。平天球坐标系的原点为地球的质心M，Z轴指向平北天极Pn,X轴指向春分点,Y轴垂直于XMZ平面。上述两种坐标系的差别在于他们选取了不同的北天极的位置，故要是由平天极坐标系到真天极坐标系的转换，就必须考虑岁差和章动旋转所影响的情况。换句话说就是要考虑到岁差旋转和章动旋转地影响。4、地球坐标系也可以分为两种：即平地球坐标系和真地球坐标系。根据上图简要介绍平地球坐标系和真地球坐标系。答案：1平地球坐标系：它的地极位置采用国际协议地极原点CIO(由1900到1905年测定的平均纬度所确定的平均地极位置)。原点：地球质心M。Z轴：指向CIO。X轴：指向格林威治起始子午面与地球平赤道的交点。Y轴：垂直于XMZ平面。2真地球坐标系原点：地球质心M。Z轴：指向地球瞬时极。X轴：指向格林威治起始子午面与地球瞬时真赤道的交点。Y轴：垂直于XMZ平面。5、在GPS定位系统所用的空间坐标系统当中，我们一般采用天球坐标去研究卫星的空间运动，而采用地球坐标去研究地面监控站点，他们之间的转换问题一般可以按照下面的步骤来分析：平天球坐标平天球坐标岁差，章动影响（1）（2）真地球坐标极移旋转（3）填充表中空缺内容：（1）（2）（3）答案：（1）真天球坐标（2）旋转春分点时角Ω（3）平地球坐标十、论述题1、WGS-84大地坐标系是如何定义的?WGS-84椭球的长半轴和扁率为多少?答案：WGS-84(WorldGeodeticSystem,1984年)是美国国防部研制确定的大地坐标系，其坐标系的几何定义是:原点在地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极((CTP)方向，x轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z.X轴构成右手系。对应于WGS-84大地坐标系有一个WGS-84椭球，其常数采用IUGG第17届大会大地测量常数的推荐值。这里给出WGS-84椭球的两个最常用的几何常数:(其中扁率分母要精确到小数点后6位)长半轴a=6378137士2m扁率f=1/298.2572235632、坐标联测的目的是什么?实现这一目的的数据处理基本思想是什么?对联测点有何要求?答案:1)坐标联测的目的①GPS定位获得的是在WGS-84坐标系下的观测量—基线向量，经空间无约束平差后，可获得WGS-84空间直角坐标系下的坐标(IYZ)G,②只有将其转换为地方参考坐标系(即地面网所在的参考坐标系)下的高斯平面直角坐标(和以似大地水准面为基准的正常高)，才能便于实际应用。③为实现这种转换，在布设GPS网时，需要选择一些地方参考坐标系(即地面网所在的参考坐标系)下坐标已知的控制点，并同时在这些点上进行GPS测量，这种点称为坐标联测点，在联测点上进行GPS测量的过程称为坐标联测。2)实现这一目的的数据处理基本思想坐标联测的目的是为了实现坐标系统转换。进行坐标转换的基本思想是:①根据坐标联测点的两套坐标，建立两坐标系间的坐标转换模型;②然后采用最小二乘法求解转换参数，并对转换参数的显著性进行检验;③根据转换参数及相应的