GPS测量原理与应用期末考试复习

GPSGPSA10第一章绪论简述GPS系统的特点有哪些？①定位精度高②观测时间短③测站间无需通视④可供给地心坐标⑤操作简便⑥全天候作业⑦功能多、应用广GPS空间局部—GPS卫星及其星座〔2〕地面掌握局部—地面监控系统〔3〕用户设备局部—GPS信号接收机。〔1〕①连续不断向地面发送GPS导航和定位信号；②接收地面站的指令，修正轨道偏差并启动备用设备；③接收地面站发来的导航电文和其他信号；地面监测系统由一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站：①收集数据：收集本站及各监测站获得的各种数据；②处理数据：处理收集的数据，按肯定格式编制成导航电文；③监测协调：掌握和协调监测站、注入站和卫星的工作；④掌握卫星：修正卫星的运行轨道，发送启动备用设备指令。注入站：将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。监测站：接收卫星信号，为主控站供给卫星的观测数据。〔计算出测站的三维位置，或三维速度和时间〕其次章坐标系统和时间系统GPS需把卫星与地面点的位置统一在一个坐标系内；需承受空间直角坐标系，以便于天球与地球坐标系进展转换；天球与地球坐标系的建立上应具有简便的变换关系。2.定义一个空间直角坐标系条件有哪些?〔1〕坐标原点的位置〔2〕三个坐标轴的指向〔3〕长度单位3.WGS-84原点：地球的质心；Z〔BIH〕1984.0〔CTPConventionalTerrestrialPole〕方向；X轴——相应零子午面和赤道的交点〔经度零点Y定义时间系统的条件：尺度(时间单位)；原点(历元)定义时间尺度的条件：周期运动；该周期是连续稳定的；该周期可被观测和试验复现。GPS16①轨道椭圆长半径a②轨道椭圆第一偏心率e；a,e确定轨道椭圆外形和大小。③升交点赤经：升交点与春分点所对应的地心夹角称升交点赤经Ω④i轨道面倾角：卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。Ω,i⑤ω近地点角距：在轨道平面上近地点与升交点所对应的地心夹角。ω确定轨道椭圆在轨道平面上的定向。⑥V真近点角：卫星与近地点所对应地心夹角,是时间的函数。V1.GPSGPS卫星播发的信号,包括载波、测距码(包括P码、C/A码)、数据码(导航电文)等多种信号重量，以满足用户导航、定位等需要。作用：加载和传送码信号，其本身也是重要的测量对象。简述GPS接收机由哪几个单元组成的？各单元的作用？用于测绘的GPS接收机一般由天线单元、接收单元〔主机〕和关心设备〔电源〕组成。序序号单元组成说明天线接收卫星信号,并将电磁波转化为相应的电流1天线单元前置放大器GPS信号电流予以放大变频器使L频段的射频信号变换成低频信号信号通道接收单元/牵引/跟踪卫星；解调播送电文；进展站星距离测量2 存储卫星星历/历书/伪距/载波相位观测值等〔主机〕存储器信息微处理器指令协调整个接收机的工作并进展数据处理显示器显示接收机工作状态、单点定位坐标等信息电源为整个接收机的工作供给电力供给，分内/外电源3关心单元采集器存贮器的外接记录器，通过它可实现人机对话第五章GPS卫星定位根本原理试述GPS测距和单点定位原理？写出方程式。GPS测距根本原理：设想在卫星上无线电信号放射机在卫星钟的掌握下，按预定的方式放射(Δt)，进而求出站星之间的距离(ρ)：ρ=c·△t〔式中，c。将卫星的瞬时空间位置作为点，承受空间前方距离交会，得到待定点的空间位置。ρ2=〔X-X〕2+〔Y-Y〕2+〔Z-Z〕21 P 1 P 1 P 1ρ2=〔X-X〕2+〔Y-Y〕2+〔Z-Z〕22 P 2 P 2 P 2ρ2=〔X-X〕2+〔Y-Y〕2+〔Z-Z〕23 P 3 P 3 P 3按不同分类标准GPS定位可分为哪些？分类标准分类标准分类含义伪距法定位测量卫星放射的测距码，确定站星距离按测距方法载波相位法定位测量卫星放射载波相位，确定站星距离静态定位定位时，接收机处于静止状态按接收机运动状态动态定位定位时，接收机处于运动状态单点(确定)定位1GPS按接收机数量相对定位2台或2台以上接收机同步观测一样的卫星主动式测距和被动式测距的优缺点分别是什么？主动式测距〔如电磁波测距仪，测得来回双程距离〕优点：不要求仪器钟必需和某一时间系统保持全都。缺点：用户要放射信号，对军事用户难以隐蔽自己。被动式测距〔如GPS测距，测得单程距离〕优点：用户无需放射信号，随时接收，因而便于隐蔽自己。缺点：要求接收机钟和各卫星钟都要和GPS时间系统保持同步。简述多普勒三次差分法中的一次差分在哪些观测值间求差？并消退或减弱了哪些误差的影响？①在卫星间求差分(星际差分)〔站际差分〔历元差分。①星际一次差分：消退了接收机钟差，也减弱电离层、对流层误差影响。②站际一次差分：消退了卫星钟差，同时也减弱了电离层、对流层误差影响。③历元间一次差分：消退了卫星和接收机钟差，同时也减弱了电离层、对流层误差影响。特别N0产生周跳的缘由有哪些？假设在跟踪卫星过程，信号被阻挡临时中断，或受其他信号干扰造成失锁，计数器计数不连续。当信号重被跟踪后，整周计数就不正确，但不到一个整周的相位观测值仍是正确的。这种现象称为周跳。SAASSAAS技技内容目的术SA技术人为地将误差引入卫星钟和广播星历中C/A20m100mAS技术将P码与W码相加成Y码，Y码 防止敌方使用P码进展周密实严格保密 时定位SAAS序分类含义公式号序分类含义公式号1HDO评价平面位置精度PM=HDOP·H2VDO评价高程精度PM=VDOP·V3PDO评价空间三维位置精度PM=PDOP·P4TDO评价时间精度M=TDOP·TPP5GDOP综合评价三维位置和时间精度M=GDOP·G第六章、GPS卫星导航1.简述导航的三要素分别是什么？〔1〕起始点和目标点的位置〔2〕〔3〕2.GPSGPS优点：全球性、全天候、高精度、三维实时②受机动干扰：GPS接收机的工作受飞行器机动的影响，会定位失锁；③数据更率低：高速飞行器，难以满足实时掌握的要求。惯性导航：优点①不依靠于外部信息②不向外部辐射能量(隐蔽性好)③不受外界干扰④可全天侯、全球性工作⑤连续性好且噪声低⑥数据更率高、短期精度好缺点①定位误差随时间而增大②初始化时间长③不能给出时间信息④设备昂贵3.GPS/惯导综合导航系统的优点？①抑制了各自的缺点，导航精度高于两个系统单独工作的精度;②有效地提高惯导系统的性能和精度;③提高GPS接收机跟踪卫星的力量及抗干扰性。GPS分类误差来源对等效距离的影响分类误差来源对等效距离的影响(m)卫星局部星历误差/钟误差/相对论效应1.5～15信号传播 电离层折射/对流层折射/多路径误差

1.5～15信号接收其他影响

钟误差/位置误差/天线相位中心变化地球潮汐/负荷潮

1.5～51.0类型电离层折

消减措施①双频接收②相对定位

备注电离层折射误差是系统误差,必需实行有效措施予射 ③利用改正模型④选择有利的观测时间

以消退。随着同步观测站之间射

①模型改正②相对定位

距离的增大，大气状况的相关>100km时，对流层折射就成为GPS定位精度的重要制约因素。差

②设置适宜的高度截止角误差

③对天线设置抑径板立定轨②相对定位

星历误差是GPS定位的重要误差来源之一。卫星钟误差应

改正②相对定位事先将卫星钟的频率 上述争论是卫星在圆减小约0.00455Hz。使其进入形轨道作匀速运动的状况。事轨道受相对论效应影响后恰 实上相对论效应的影响并非与标准频率10.23MHz相一 常数经改正后残差对周密定致。 位仍不行无视。误差误差中心位置误差

①独立未知数法②相对定位有强制对中装置的观测墩。使用同一类型的天线远的测站间可通过观测值求差来减弱相位偏移的影响。狭义相对论效应使卫星钟比静止在地球上的同类钟走得慢了。广义相对论效应使卫星钟比静止在地球上的同类钟走得快了。〔对GPS卫星而言，广义大于狭义相对论效应的影响〕GPSGPS网基准设计的内容有哪些?基准设计应留意的问题有哪些？内容：方位基准：一般以给定的起算方位角值确定(如2个起算点);尺度基准：一般由电磁波测距边确定也可由起算点间的距离确定;位置基准：一般都是由给定的起算点坐标确定。问题：①起算点个数和精度要求：起算点个数一般要求3个，且使建GPS网不受起算点精度较低的影响。②起算点边长：起算点间要适当地构成长边图形。③GPS1/3坐标系投影面高程及测区平均高程特别值；起算点的坐标值等。GPS〔1〕便于常规测量应用：GPS网点间虽不要求相互通视，但要考虑到常规测量应用，因此一般要求每个点应有一个联测通视方向。构成闭合环路：由非同步观测边构成闭合或附和线路。3.同步网间的连接方式有哪些？各自的特点及适应的状况？连接方式连接方式特点连接效率高，当接收机数目较少〔2、3台，为推举的点连式连接方式；但图形强度较弱，极少有非同步闭合条件。比点连接效率低，但牢靠性高，在准确测量或接收机数边连式较多〔4台以上〕时，主要连接方式。强度和牢靠性高，但效率较低，接收机需4台以上，高网连式精度测量使用。边点混合连接式敏捷、牢靠性好，是抱负的布网观测方案。〔或多边形〕连接导线网形连接〔环形图〕星形布设4、GPSGPS数据处理的目的：将野外采集的原始GPS数据，以最正确的方法进展平差，归算到参考椭球面上，并投影到所承受的平面〔例如高斯平面，最终得到点所在坐标系的准确位置。GPS：15s采集间隔计算，1台接收机观测1h有240组数据，每组数据含有对假设干颗卫星信号数据，定位时使用多台接收机同步观测;②处理过程简单：从GPS原始数据到最终定位成果，需要对大量数据进展组织、检验、计算和分析处理，处理过程格外简单;③数学模型多样：GPS定位技术是兴技术，对同一问题的处理方法也不尽一样，这就使得数据处理使用的数学模型和算法具有多种形式;④自动化程度高：鉴于以上特点，随着软件水平的不断提高，数据处理一般借助相应的软件完成，自动化程度越来越高。简述南方南方测绘GPS4.4数据处理软件”数据处理过程？一、数据通讯：将接收机内采集的数据文件(例C0021631.STH)传输在计算机内。二.运行数据处理软件建工程：给处理的数据起文件名。增加观测数据文件：将待处理的观测数据文件读入软件系统中。基线解算：解算全部基线向量，区分合格和不合格的基线，是数据处理的关键。数据录入：输入点坐标，给定约束条件。平差处理：进展网型无约束平差和通过点进展约束平差。成果输出：将文件保存或打印输出计算成果。三.精度评定粗差或错误推断方法：点有三个，以二个作为起算，第三个作为检核，假设满足精度，然3点位精度评定：在输出结果中以数字的形式显示点位中误差和基线边相对精度。〔结论：实践说明，GPS定位精度主要取决与GPS点上数据采集质量好坏，也就是基线解算能〕数据处理中基线不合格,重设置历元间隔和高度截止角的原则？历元间隔的设置原则：①同步观测时间较短时,可缩小历元间隔，反之，应增加历元间隔；2〕高度截止角的设置原则：①当卫星数目足够多时，增加高度截止角，屏蔽低空卫星数据参与解算;②当卫星数目不多时，降低高度截止角,让更多的卫星数据参与解算。7.GPS点位应远离大功率的无线电放射台和高压输电线避开其磁场对卫星信号的干扰。其距离前200m50m；点位四周不应有大面积的水域，或对电磁波反射猛烈的物体以减弱多路径效应的影响；10°～15°点位应选在交通便利且有利于常规测量应用的地方。拟定观测打算的主要依据？①GPSGPS交通、通信及后勤保障。观测打算的内容？〔1〕打算GPS网与原地面网的联测方案〔一般要求重合点不少于三个；同步环组成及连接方式；依据连接方式选定连接点或连接边；同步观测的“采集间隔”和“高度截止角”大小确实定；同步观测的时间长度；观测区域的设计与划分〔当GPS网规模较大，点数较多，接收机数量有限，可分区观测。测相邻分区应设置公共观测点，且数量不少于3个；编制作业调度打算和进度表等。RTK？RTK作业模式：A〔主要应于用工程测量中。B准动态相对定位〔要求保持对所测卫星连续跟踪，不常用。C动态相对定位〔主要用于小区域周密导航中。构成：GPS接收机、数据传输系统和软件系统。第十章、GPS名词解释：GPSGPST秒长承受原子时ATIUTC的1980年1月6日0〔与UTC。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〔从北向南的交点为秋分点)。真近点角：卫星与近地点所对应地心夹角,是时间的函数。升交点赤经：升交点与春分点所对应的地心夹角称升交点赤经。近地点角距：在轨道平面上近地点与升交点所对应的地心夹角。卫星无摄运动：假设地球为匀质球体，其质量集中于球体的中心，这时由地球引力所打算的卫星运动，称为无摄运动。卫星星历：描述卫星运行轨道和状态的各种参数值，是计算卫星瞬时位置的依据，实质就是赋值后的轨道参数。播送星历：由承受导航电文获得的卫星星历,也称作预报星历。导航电文：是利用GPS进展定位和导航的数据根底,包含卫星星历、时钟改正、电离C/AP伪距：由卫星放射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得到的站星距离。伪距测量：通过测定测距码得到站星距离的方法。载波相位测量：原理：t，转化为测定载波传播过程中经历的相位移Φ，通过时间和相位移之间的关系，最终到达测距目的。〔结论：载波相位N〕0确定定位：又称单点定位，确定待定点在WGS-84坐标系中确实定位置。相对定位：2台或2台以上接收机，同步观测一样的GPS卫星，确定接收机天线之间的相对位置。静态定位：接收机天线处于