通信工程卫星导航原理与运用知识点梳理

通信工程卫星导航原理与运用知识点梳理姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.卫星导航系统的基本组成包括哪些部分？

A.卫星星座

B.地面监控系统

C.用户设备

D.应用软件系统

2.GPS系统中的P码和C/A码分别是什么？

A.P码是保护码，C/A码是民用码

B.P码是保护码，C/A码是精测码

C.P码是精测码，C/A码是民用码

D.P码是民用码，C/A码是保护码

3.卫星导航信号中的C/A码和P码的主要区别是什么？

A.C/A码是较简单的码，P码是复杂的码

B.C/A码是复杂的码，P码是较简单的码

C.两者编码复杂度相同，但用途不同

D.两者均为同一类型码，但频率不同

4.卫星导航信号中的伪距和真实距有什么区别？

A.伪距是用户设备接收到的信号与卫星发射信号的差值

B.真实距是卫星与用户设备之间的实际距离

C.伪距和真实距是同一概念，只是表达方式不同

D.伪距是真实距的一部分

5.卫星导航系统中的时间同步是如何实现的？

A.通过卫星发射的精确时间信号

B.通过用户设备与地面监控系统的通信

C.通过用户设备内部的时钟校准

D.以上都是

6.卫星导航系统中的定位精度主要受哪些因素影响？

A.卫星星座的密度和分布

B.信号传播速度的误差

C.地球曲率的影响

D.以上都是

7.卫星导航系统中的多路径效应是什么？

A.用户设备接收到的信号同时到达，造成定位误差

B.用户设备接收到的信号被反射或折射，造成定位误差

C.卫星发射的信号被干扰，造成定位误差

D.以上都是

8.卫星导航系统中的信号遮挡是什么？

A.卫星信号被建筑物遮挡

B.卫星信号被大气层吸收

C.卫星信号被其他信号干扰

D.以上都是

答案及解题思路：

1.答案：A,B,C,D

解题思路：卫星导航系统的基本组成包括卫星星座、地面监控系统、用户设备和应用软件系统，这些都是系统正常运行不可或缺的部分。

2.答案：A

解题思路：P码是保护码，用于军事用途，保密性强；C/A码是民用码，用于民用导航，公开性较强。

3.答案：A

解题思路：C/A码是较简单的码，便于用户设备接收；P码是复杂的码，具有更高的抗干扰能力。

4.答案：A

解题思路：伪距是用户设备接收到的信号与卫星发射信号的差值，而真实距是卫星与用户设备之间的实际距离。

5.答案：D

解题思路：时间同步可以通过卫星发射的精确时间信号、用户设备与地面监控系统的通信以及用户设备内部的时钟校准来实现。

6.答案：D

解题思路：定位精度受卫星星座密度和分布、信号传播速度误差以及地球曲率等因素的影响。

7.答案：B

解题思路：多路径效应是指卫星信号被反射或折射，造成接收到的信号与实际路径不一致，从而导致定位误差。

8.答案：D

解题思路：信号遮挡可能由建筑物遮挡、大气层吸收或其他信号干扰等因素造成。二、填空题1.卫星导航系统中的卫星信号主要包括______、______和______。

解答：测距码、导航电文和载波。

2.卫星导航系统中的定位算法主要有______、______和______。

解答：伪距定位算法、载波相位定位算法和组合定位算法。

3.卫星导航系统中的时间同步误差主要包括______、______和______。

解答：接收机时钟误差、卫星时钟误差和系统时间偏差。

4.卫星导航系统中的定位精度主要受______、______和______的影响。

解答：信号传播误差、大气误差和接收机误差。

5.卫星导航系统中的多路径效应主要发生在______、______和______。

解答：城市峡谷、室内环境和开阔地带的反射表面。

答案及解题思路：

答案：

1.测距码、导航电文和载波。

2.伪距定位算法、载波相位定位算法和组合定位算法。

3.接收机时钟误差、卫星时钟误差和系统时间偏差。

4.信号传播误差、大气误差和接收机误差。

5.城市峡谷、室内环境和开阔地带的反射表面。

解题思路：

1.卫星信号包括测距码用于测量距离，导航电文提供卫星位置和时钟信息，载波用于信号调制和解调。

2.定位算法根据不同的原理和技术分为伪距定位、载波相位定位和组合定位。

3.时间同步误差来源于接收机、卫星和系统时间的不一致，影响定位精度。

4.定位精度受多种因素影响，包括信号传播路径、大气条件和接收设备功能。

5.多路径效应是指信号反射和折射导致接收到的信号路径不止一条，常见于城市峡谷、室内环境等复杂场景。三、判断题1.卫星导航系统中的卫星信号强度越强，定位精度越高。（）

答案：错误

解题思路：卫星导航系统中的定位精度并非仅仅依赖于信号强度。虽然较强的信号强度有助于信号接收，但定位精度还受到卫星轨道、大气效应、接收设备等多种因素的影响。在理想情况下，较强的信号强度可以提高定位精度，但在实际应用中，信号强度只是众多影响因素之一。

2.卫星导航系统中的时间同步误差对定位精度没有影响。（）

答案：错误

解题思路：卫星导航系统中的时间同步误差对定位精度有着重要影响。卫星导航系统依赖卫星与用户接收机之间的时间同步来实现定位，如果时间同步存在误差，会导致距离计算错误，进而影响定位精度。

3.卫星导航系统中的多路径效应会导致定位精度降低。（）

答案：正确

解题思路：多路径效应是卫星导航系统中的常见误差来源。当卫星信号在传播过程中遇到反射面时，会发生多路径效应，导致信号到达接收机的路径延长。这种效应会引入误差，降低定位精度。

4.卫星导航系统中的信号遮挡会导致定位失败。（）

答案：正确

解题思路：信号遮挡是卫星导航系统中的另一种常见误差来源。当卫星信号被障碍物遮挡，如建筑物、高山等，会导致信号接收中断，从而引起定位失败。

5.卫星导航系统中的定位精度与卫星高度无关。（）

答案：错误

解题思路：卫星导航系统中的定位精度与卫星高度有直接关系。一般来说，卫星高度越高，信号传播距离越远，定位精度越高。反之，卫星高度越低，信号传播距离越近，定位精度越低。四、简答题1.简述卫星导航系统的基本组成。

答：卫星导航系统主要由以下几部分组成：

导航卫星：负责发射导航信号，提供时间和空间信息。

地面控制站：负责卫星的监控、控制和数据传输。

用户接收机：接收卫星信号，进行数据处理和定位。

用户设备：如手机、车载导航设备等，用于接收导航信息。

2.简述GPS系统中的P码和C/A码的主要区别。

答：P码和C/A码是GPS系统中的两种不同类型的导航信号码：

P码：全称为精密码，是一种高精度的导航信号，用于军事用途和民用高精度定位。

C/A码：全称为粗略码，是一种低精度的导航信号，用于民用普通定位。

主要区别包括：

精度：P码的精度比C/A码高。

密码：P码使用更复杂的密码，而C/A码使用简单的伪随机噪声码。

信号带宽：P码的信号带宽比C/A码窄。

3.简述卫星导航系统中的定位算法。

答：卫星导航系统中的定位算法主要包括：

三角测量法：通过测量卫星信号到达接收机的传播时间，结合卫星位置信息，计算出接收机位置。

伪距测量法：通过测量卫星信号到达接收机的传播时间，结合卫星位置信息和接收机时钟偏差，计算出接收机位置。

差分定位法：通过比较不同位置接收机的测量值，消除系统误差，提高定位精度。

4.简述卫星导航系统中的时间同步误差。

答：时间同步误差是指卫星导航系统中的接收机和卫星之间存在的时钟偏差。这种误差会导致以下问题：

定位误差：时间同步误差会影响定位精度。

信号传播误差：由于信号传播时间不准确，会导致信号到达接收机的时间误差。

解算误差：时间同步误差会影响定位算法的解算结果。

5.简述卫星导航系统中的多路径效应。

答：多路径效应是指卫星信号在传播过程中，由于地面反射、折射等原因，产生多条传播路径，导致接收机接收到的信号强度和相位发生变化。这种效应会导致以下问题：

定位误差：多路径效应会降低定位精度。

信号失真：信号的多路径传播会导致信号失真，影响接收机的信号处理。

信号干扰：多路径效应会增强信号的干扰，影响卫星导航系统的稳定性。

答案及解题思路：

1.答案：卫星导航系统由导航卫星、地面控制站、用户接收机和用户设备组成。

解题思路：理解卫星导航系统的基本功能和工作原理，明确各组成部分的作用。

2.答案：P码和C/A码的主要区别在于精度、密码和信号带宽。

解题思路：对比P码和C/A码的定义和特性，分析其技术差异。

3.答案：卫星导航系统中的定位算法包括三角测量法、伪距测量法和差分定位法。

解题思路：了解不同定位算法的原理和适用场景，掌握其基本步骤。

4.答案：时间同步误差是指接收机和卫星之间存在的时钟偏差，会影响定位精度和信号传播。

解题思路：理解时间同步误差的定义和影响，分析其对定位系统的影响。

5.答案：多路径效应是指卫星信号在传播过程中产生多条传播路径，导致信号失真和定位误差。

解题思路：了解多路径效应的产生原因和影响，分析其对卫星导航系统的影响。五、论述题1.论述卫星导航系统在军事、民用和科研领域的应用。

答案：

卫星导航系统在军事领域的应用主要包括：

导航定位：为军事行动提供精确的地理位置信息。

作战指挥：辅助指挥官进行战场态势分析和决策。

资源管理：优化军事资源的配置和调度。

情报收集：用于收集敌方活动情报。

在民用领域的应用包括：

交通导航：为车辆提供路线规划和导航服务。

个人定位：用于紧急求助、户外探险等。

地理信息系统（GIS）：支持城市规划、资源管理等。

在科研领域的应用包括：

地球观测：监测全球气候变化、地质活动等。

天文观测：用于精确测量天体位置和运动。

环境监测：监测环境污染和生态变化。

解题思路：

首先概述卫星导航系统在军事、民用和科研领域的应用范围，然后分别针对每个领域进行详细阐述，结合实际案例说明其应用的具体方式和重要性。

2.论述卫星导航系统在定位精度方面的优势和不足。

答案：

优势：

精度高：卫星导航系统能够提供厘米级甚至毫米级的定位精度。

覆盖范围广：全球范围内的任何地点都能使用卫星导航系统进行定位。

可靠性强：不受天气、地形等因素的影响。

不足：

受多路径效应影响：在建筑物密集区域，信号反射可能导致定位误差。

信号遮挡：在高山、峡谷等地区，信号可能被遮挡，影响定位精度。

定位误差累积：长时间连续定位可能导致误差累积。

解题思路：

分析卫星导航系统定位精度的优势，包括精度高、覆盖范围广、可靠性等，然后讨论其不足之处，如多路径效应、信号遮挡以及误差累积等问题。

3.论述卫星导航系统在时间同步方面的作用和意义。

答案：

作用：

提高通信系统的可靠性：时间同步是保证通信系统稳定运行的关键。

优化网络功能：时间同步有助于减少数据传输的延迟和抖动。

支持精密测量：在科研和工业领域，时间同步对于精确测量。

意义：

提高军事行动的效率：精确的时间同步对于军事通信和指挥。

促进科技进步：时间同步技术是现代通信和信息技术发展的基础。

解题思路：

首先阐述卫星导航系统在时间同步方面的作用，如提高通信系统可靠性、优化网络功能等，然后讨论其意义，包括对军事和科技进步的影响。

4.论述卫星导航系统在多路径效应方面的应对措施。

答案：

应对措施：

使用多频段信号：通过接收不同频率的信号，可以减少多路径效应的影响。

信号处理技术：采用先进的信号处理算法，如空间几何定位、多路径效应消除算法等。

优化接收机设计：提高接收机的抗干扰能力和信号处理能力。

解题思路：

分析多路径效应对卫星导航系统的影响，然后提出相应的应对措施，包括使用多频段信号、信号处理技术和优化接收机设计等。

5.论述卫星导航系统在信号遮挡方面的应对措施。

答案：

应对措施：

采用低仰角卫星：低仰角卫星信号不易被遮挡。

使用地面增强系统（GBAS）：通过地面设备增强卫星信号，提高信号覆盖范围。

优化信号传播路径：通过调整卫星发射角度和接收天线位置，减少信号遮挡。

解题思路：

分析信号遮挡对卫星导航系统的影响，然后提出相应的应对措施，如采用低仰角卫星、使用地面增强系统和优化信号传播路径等。六、计算题1.已知卫星导航系统中的卫星信号传播速度为3×10^8m/s，卫星到接收机的距离为2000km，求信号传播时间。

解答：

信号传播时间=距离/速度

距离=2000km=2000×10^3m

速度=3×10^8m/s

信号传播时间=(2000×10^3m)/(3×10^8m/s)≈6.67s

2.已知卫星导航系统中的卫星信号传播速度为3×10^8m/s，卫星到接收机的距离为3000km，求信号传播时间。

解答：

信号传播时间=距离/速度

距离=3000km=3000×10^3m

速度=3×10^8m/s

信号传播时间=(3000×10^3m)/(3×10^8m/s)≈10s

3.已知卫星导航系统中的卫星信号传播速度为3×10^8m/s，卫星到接收机的距离为4000km，求信号传播时间。

解答：

信号传播时间=距离/速度

距离=4000km=4000×10^3m

速度=3×10^8m/s

信号传播时间=(4000×10^3m)/(3×10^8m/s)≈13.33s

4.已知卫星导航系统中的卫星信号传播速度为3×10^8m/s，卫星到接收机的距离为5000km，求信号传播时间。

解答：

信号传播时间=距离/速度

距离=5000km=5000×10^3m

速度=3×10^8m/s

信号传播时间=(5000×10^3m)/(3×10^8m/s)≈16.67s

5.已知卫星导航系统中的卫星信号传播速度为3×10^8m/s，卫星到接收机的距离为6000km，求信号传播时间。

解答：

信号传播时间=距离/速度

距离=6000km=6000×10^3m

速度=3×10^8m/s

信号传播时间=(6000×10^3m)/(3×10^8m/s)≈20s

答案及解题思路：

答案：

1.6.67s

2.10s

3.13.33s

4.16.67s

5.20s

解题思路：

本计算题考察了卫星导航系统中信号传播时间的计算。解题步骤包括将距离单位从公里转换为米，然后使用信号传播速度（光速）来计算传播时间。计算公式为：信号传播时间=距离/速度。通过简单的除法运算，可以得出信号从卫星到接收机所需的时间。七、应用题1.试用卫星导航系统进行一次实际定位，并分析定位结果。

描述：假设你位于某城市中心区域，使用现代卫星导航系统（如GPS、GLONASS等）进行一次定位。请记录定位过程中使用的设备型号、定位方法（单点定位或多点定位）、观测到的卫星数量和类型，以及最终的定位结果（包括经纬度坐标和时间）。

解题思路：确定使用的卫星导航系统类型和设备；记录观测到的卫星数量和类型，保证定位数据的有效性；使用卫星导航软件或硬件设备进行定位；分析定位结果的精度、稳定性和可靠性，并讨论可能影响定位结果的因素。

2.试用卫星导航系统进行一次实际定位，并分析定位结果。

描述：在某山区进行一次实地测量，使用卫星导航系统（如GPS）进行定位。记录以下信息：设备型号、测量时间、观测到的卫星数量和类型、定位坐标以及实际测量点的名称和位置。

解题思路：与第一题类似，但需特别注意山区环境下可能存在的信号遮挡和干扰，这些因素可能会影响定位精度。分析定位结果时，应考虑山区环境的特殊性和对定位精度的影响。

3.试用卫星导航系统进行一次实际定位，并分析定位结果。

描述：选择一艘海上船舶，使用船载卫星导航系统进行定位。记录设备型号、观测到的卫星数量和类型、定位坐标、航向和速度等信息，并分析定位精度随时间的变化情况。

解题思路：了解海上卫星导航系统的工作原理和影响因素，记录定位数据，分析定位精度随时间的