最新GPS復(fù)習(xí)資料

1、第一章1. GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有哪幾部分組成？地面控制部分又由哪幾部分？GPS系統(tǒng)由三部分組成：1）空間段；2）地面控制部分；3）用戶設(shè)備部分。地面控制部分：1）主控站 2）監(jiān)測站 3）注入站 4）通訊與輔助系統(tǒng)。1）主控站的作用：管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各 部分的工作；收集各監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，編制 導(dǎo)航電文，送往注入站將衛(wèi) 星星歷注入衛(wèi)星；監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，向衛(wèi)星發(fā)送 控制指令；衛(wèi)星維護(hù)與異常情況的處理。2）監(jiān)測站的作用：接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采集 氣象信息，并將所收 集到的數(shù)據(jù)傳送給主 控站。3）注入站：將導(dǎo)航電文注入GPS 衛(wèi)星。3. 北斗總體發(fā)展歷程、計劃、北斗一代定位原理北斗發(fā)展歷程：1983年，

2、衛(wèi)星導(dǎo)航先驅(qū)陳芳允院士提出利用兩 顆同步定點衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航定位的設(shè)想1994年 國家批準(zhǔn)建設(shè)“北斗一號”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 2000年10月31日 發(fā)射第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星 2000年12月21日 發(fā)射第二顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星 2003年5月25日 發(fā)射第三顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星(備用衛(wèi)星) ，我國成為世界上繼美國、俄羅斯之后，第三個擁有自主衛(wèi)星 導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。 2007年4月，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號甲”運載 火箭，成功將第四顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星送入太空。（北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的優(yōu)點：衛(wèi)星數(shù)量少，投資小，用戶設(shè)備簡單價廉，能夠?qū)崿F(xiàn)一定區(qū)域的導(dǎo)航定位；衛(wèi)星還具備短信通信功能，可滿足當(dāng)前我國陸、海、空運輸導(dǎo)航

3、定位的需求；缺點：不能覆蓋兩級地區(qū)，赤道附近定位精度差，只能二維主動式定位，且需提供用戶高程數(shù)據(jù)，不能滿足高動態(tài)和保密的軍事用戶要求，用戶數(shù)量受到一定限制）北斗計劃：第一代 實驗階段20002007 ；第二代 區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)20072012；第三代 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)20122020； 北斗一代定位原理：利用兩顆地球同步衛(wèi)星進(jìn)行雙向測距，配合數(shù)字高程地圖完成三維定位。（導(dǎo)航定位有兩種方式：一是由用戶向中心站發(fā)出請求，中心站對其進(jìn)行定位后將位置信息廣播出去，由該用戶接收獲??；二是由中心站主動進(jìn)行指定用戶的定位，定位后不將位置信息發(fā)送給用戶，而由中心站保存）（北斗二代的軌道有中、高、傾斜軌道同步衛(wèi)

4、星）4.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的主要功能有哪些？ (1)快速定位(2)短報文通信(3)精密授時5. 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)特點？(1)定位精度高；(2)觀測時間短；(3)測站間無需通視；(4)可提供三維坐標(biāo)；(5)操作簡便；(6)全天候作業(yè)；(7)功能多，應(yīng)用廣第二章1、定義空間之間坐標(biāo)系的三要素是什么？ 坐標(biāo)原點的位置。三個坐標(biāo)軸的指向。尺度單位。2、天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系是如何建立的？ 天球坐標(biāo)系（描述衛(wèi)星運動位置和狀態(tài)）：原點位于地球質(zhì)心，Z軸指向天球北極，x軸指向春分點，y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向，垂直于XOZ平面。 地球坐標(biāo)系（描述地球面觀測站的位置）：原點位于地球質(zhì)心，z軸指向地球北極，x軸指向

5、格林尼治子午面與地球赤道的交點，y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向，垂直于XOZ平面。 3、為何要定義平天球（平地球）坐標(biāo)系? 天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸指向是不斷變化的，也就是說它是一個不斷旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。這對于研究衛(wèi)星的運動是很不方便的。因此需要建立一個三軸指向不變的天球坐標(biāo)系即平天球坐標(biāo)系。4、WGS-84（GPS應(yīng)用）坐標(biāo)系是如何定義的 ？ 原點位于地球質(zhì)心，z軸指向BIH 1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，x軸指向BIH 1984.0的零子午面和 CTP赤道的交點，Y軸與Z，X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。5、我國常用的大地坐標(biāo)系主要有哪些? （1）1954年北京坐標(biāo)系；（2）1980年國家大地坐標(biāo)系；（3

6、）2000國家大地坐標(biāo)系。為什么在衛(wèi)星定位中要建立時間系統(tǒng)6、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換中七參數(shù)、四參數(shù)分別指什么? 七參數(shù)：3個平移參數(shù)，3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)，1個尺度參數(shù)。 四參數(shù)：2個平移參數(shù)，一個旋轉(zhuǎn)參數(shù)，1個尺度參數(shù)。7、時間的基準(zhǔn)是什么? 包含時間原點（時刻）和時間尺度（時間段）。 時間系統(tǒng)與坐標(biāo)系統(tǒng)一樣，應(yīng)有其尺度（時間 單位）與原點（起始?xì)v元）。其中時間的尺度是關(guān) 鍵，而原點可以根據(jù)實際應(yīng)用加以選定。不同的原 點和尺度對應(yīng)不同的時間系統(tǒng)。任何一個可觀測的 周期的運動現(xiàn)象，只要符合條件，都可用作確定時 間間隔。8、GPS時的時間基準(zhǔn)是什么? 采用原子時ATI秒長作為時間基準(zhǔn)，時間的起算點定義在1980年

7、1月6日的 UTC0時。9、歲差：由于天球赤道和天球黃道長期運動而導(dǎo)致的春 分點進(jìn)動稱為歲差。包括赤道歲差和黃道歲差。10、章動：在日月引力等因素的影響下，瞬時北天極 將繞瞬時 平北天極旋轉(zhuǎn)，大致呈橢圓，這種現(xiàn)象稱為章動。11、極移：地球自轉(zhuǎn)軸相對地球體的位置并 不是固定的，因而，地極點在地球表面 上的位置，是隨時間而變化的，這種現(xiàn) 象稱為極移。12、坐標(biāo)變換：在不同的坐標(biāo)表示形式間進(jìn)行變換。 13、基準(zhǔn)變換：在不同的參考基準(zhǔn)間進(jìn)行變換。 14、基準(zhǔn)：為描述空間位置的點、線、面。在大地測量中基準(zhǔn)是指用以描述地球形狀的參考橢球的參數(shù)。15、恒星時（ST）：以春分點為參考點，由春分點的周日視運動所

8、確定的時間。 時間尺度：春分點連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一恒星日，一恒星日分為24個恒星時。 起算原點:恒星時以春分點通過本地子午圈時刻為 起算原點，所以恒星時在數(shù)值上等于春分點相對于本地子午圈的時角。 恒星時的特性:恒星時具有地方性。恒星時是以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的，由于歲差和章動的影響，春分點在 天球上的位置并不確定(真恒星時、平恒星時)。 因此，恒星時不具有統(tǒng)一的時間原點。16、平太陽時（MT）：以平太陽為參考點，由平太陽的周日視運動所確定的時間。 時間尺度：平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間 間隔為一平太陽日，一平太陽日分為24個平太陽時。 起算原點：平太陽時以平太陽通過本地子午圈時

9、刻為起算原點，所以平太陽時在數(shù)值上等于平太陽相對于本地子午圈的時角。 平太陽時的特性：平太陽時具有地方性.17、世界時（UT）：以平子夜為零時起算的格林尼治平太陽時。 世界時與平太陽時尺度基準(zhǔn)相同，其差別僅在于起算點不同。 世界時的特性：世界時雖然屬全球性，但時間尺度還是不穩(wěn)定。18、原子時（ATI）：秒長被定義為銫原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級間躍遷輻射震蕩9192631170周所持續(xù)的時間； 起點：按國際協(xié)定取為1958年1月1日0時0秒，事后發(fā) 現(xiàn)該瞬間原子時與世界時有差異(0.0039S)。19、協(xié)調(diào)世界時（UTC）:是原子時和世界時的結(jié)合。既有時間 原點，也有穩(wěn)定的時間尺度。 跳秒（lea

10、p second）：通常在6月30日或12月31日最后一秒具有相同原點：協(xié)調(diào)世界時、GPS、原子時具有相同尺度：協(xié)調(diào)世界時、GPS具有相同地方性：平太陽時、恒星時20、坐標(biāo)系匯總：第三章1、什么二體問題 ？ 忽略所有的攝動力，僅考慮地球質(zhì)心引力研究衛(wèi)星相對于地球的運動，在天體力學(xué)中，稱之為二體問題。2、衛(wèi)星運動的開普勒參數(shù)是哪些？ 升交點赤徑；軌道面的傾角；長半軸；偏心率；近地點角距；衛(wèi)星過近地點的時刻（真近點角）3、什么是衛(wèi)星星歷，分為哪兩類？ 定義：描述衛(wèi)星運動軌道的信息。一組對應(yīng)某一時刻的 軌道參數(shù)及其變化率。 分為：預(yù)報星歷（廣播星歷)（通常包括相對某一參考?xì)v元的開普勒軌道參數(shù)和必要的

11、軌道攝動改正數(shù)）；后處理星歷（精密星歷）（是一些國家某些部門，根據(jù)各自建立的衛(wèi)星跟蹤站所獲得的對GPS衛(wèi)星的精密觀測資料，應(yīng)用于確定廣播星歷相似的方法而計算的衛(wèi)星星歷。）4、計算衛(wèi)星位置的主要思路是什么？ 通過衛(wèi)星的導(dǎo)航電文將已知的某一初始?xì)v元的軌道參數(shù)及變率發(fā)給用戶（接收機），即可計算出任一時刻的衛(wèi)星位置。另外通過已知的地面站對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測，求得衛(wèi)星在某一時刻的位置，可以反求出衛(wèi)星的軌道參數(shù)，從而對衛(wèi)星的軌道進(jìn)行改進(jìn)，實現(xiàn)精密定軌，用于GPS精密定位。5、GPS衛(wèi)星信號包含哪幾部分？ 載波（波長*次數(shù)）（L1、L2）；測距碼（時間*光速） ：C/A碼（用于粗測距和捕獲GPS衛(wèi)星信號的偽

12、隨機碼，目前只被調(diào)制在L1上）P(Y)碼（精測碼，被分別調(diào)制在L1和L2上)；衛(wèi)星導(dǎo)航電文（數(shù)據(jù)碼）6. 信號調(diào)制:就是用一個信號（調(diào)制信號）去控制另一作為載體的信號（載波信號），讓后者的某一參數(shù)（幅值、頻率、相位、脈沖寬度等）按前者的值變化。將頻率較低的信號加載在頻率較高載波信號上。 7. 衛(wèi)星導(dǎo)航：電文是由導(dǎo)航衛(wèi)星播發(fā)給用戶的描述導(dǎo)航衛(wèi)星運行狀態(tài)參數(shù)的電文，包括系統(tǒng)時間、星歷、歷書、衛(wèi)星時鐘的修正參數(shù)、導(dǎo)航衛(wèi)星健康狀況和電離層延時模型參數(shù)等內(nèi)容。8、 GPS衛(wèi)星星歷：描述衛(wèi)星運動軌道的信息。一組對應(yīng)某一時刻的 軌道參數(shù)及其變化率。9、 偽隨機噪聲碼：又叫偽隨機碼或者偽噪聲碼，簡稱PRN，是

13、一個具有一定周期的取值0和1的離散符號串。第四章1、衛(wèi)星星歷誤差: 由星歷所給出的衛(wèi)星位置與實際位置之差。 如何消除：（1）采用精密星歷建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨立定軌；（2）軌道松馳法（改正數(shù)設(shè)為未知參數(shù)）；（3）同步觀測求差.2、衛(wèi)星鐘誤差：衛(wèi)星時鐘與導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時間的差別，衛(wèi)星鐘誤差包括 鐘差、頻偏、頻漂和隨機誤差。 如何消除：（1）模型改正;（2）通過觀測值相減消除公共的鐘誤差;(3)獲取精確的衛(wèi)星鐘差。3、電離層誤差:電離層中的氣體分子由于受到太陽等天體各種射線輻射，產(chǎn)生強烈的電離形成大量的自由電子和正離子引起 傳播路線彎曲、傳播速度變化。從而使測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差。 如何消除：（1）經(jīng)驗?zāi)?/p>

14、型改正；（2）雙頻改正；（3）實測模型改正；（4）利用同步觀測值求差。4、對流層誤差:對流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能，其溫度隨高度的上升而降低，GPS信號通過對流層時，也使傳播的路徑發(fā)生彎曲，從而使測量距離產(chǎn)生偏差。 如何消除：（1）經(jīng)驗?zāi)Ｐ停?）引入附加待估參數(shù)（3）利用同步觀測求差。5、多路徑誤差: 多路徑是指衛(wèi)星信號通過多個不同路徑傳到接收到衛(wèi)星信 號的同時，還可能收到經(jīng)天線周圍地物反射的衛(wèi)星信號，多種 信號疊加就會引起測量參考點（相對中心）的位置變化，這種 由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。 如何消除：（1）觀測上選擇合適的測站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境；（2

15、）硬件上:在天線下設(shè)置抑徑板或抑徑圈；改進(jìn)接收機內(nèi)部軟硬件；抗多路徑的接收機：窄相關(guān)技術(shù)等（3）適當(dāng)延長觀測時間；（4)數(shù)據(jù)處理上加權(quán)；參數(shù)法；濾波法；信號分析法。6、接收機鐘誤差: 接收機時鐘與導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時間的差別。 如何消除：（1）參數(shù)法；（2）鐘差模型改正；（3）求差法；（4）外接原子鐘。7、導(dǎo)航電文：一組反映衛(wèi)星運行軌道、衛(wèi)星鐘改正參數(shù)、電離層延遲修正參數(shù)及衛(wèi)星工作狀態(tài)等信息的二進(jìn)制代碼， 也稱數(shù)據(jù)碼（D碼）。8、偽距：由于衛(wèi)星鐘、接收機鐘的誤差以及無線電信號經(jīng)過電離層和對流層中的延遲，實際測出的距離A與衛(wèi)星到接收機的幾何距離B有一定的差值，因此，一般稱量測出的距離為偽距。9、單差：

16、消除衛(wèi)星鐘差，減少接收機鐘差，衛(wèi)星星歷誤差，電離層、對流層誤差雙差：消除衛(wèi)星鐘差,接收機鐘差三差:解算未知參數(shù)的初始值10. GPS絕對定位：又稱單點定位，即利用GPS衛(wèi)星和用戶接收機之間的距離觀測值直接確定用戶接收機天線在WGS84坐標(biāo)系中相對于坐標(biāo)系原點（地球質(zhì)心）的絕對位置GPS絕對定位:是至少利用兩臺GPS接收機，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺接收機天線之間的相對位置（坐標(biāo)差）10、（重點畫圖題）第五章1、 差分觀測值的定義：將相同頻率的GPS載波相位觀測值依據(jù)某種方式求差所 獲得的新的組合觀測值（虛擬觀測值）2、 差分GPS分為：單基準(zhǔn)站差分，具有多個基準(zhǔn)站的局部區(qū)域差分，廣域差

17、分2、差分觀測值的特點：可以消去某些不重要的參數(shù)，或?qū)⒛承Υ_定待定參數(shù) 有較大負(fù)面影響的因素消去或消弱其影響3、求差方式：（1）站間求差（2）衛(wèi)星間求差（3）歷元間求差.4、RTK（載波相位差）: 位于基準(zhǔn)站上的GPS接收機通過數(shù)據(jù)通信鏈實 時把載波相位觀測值以及已知的站坐標(biāo)等信息播發(fā) 給附近工作的流動用戶接收機。 配置儀器設(shè)備：（1）GPS接收機；（2）數(shù)據(jù)通信鏈; (3)RTK軟件. 基本原理：構(gòu)建雙差觀測值。 主要應(yīng)用：實時厘米級高精度定位服務(wù)：數(shù)字測圖、施工放樣、 工程測量、土地測量。 缺點：（1）作業(yè)范圍有限；(2）定位結(jié)果可靠性較差；(3）定位精度不均勻；(4）作業(yè)過程需要設(shè)備較

18、多。5、網(wǎng)絡(luò)RTK: 網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)是指在一定區(qū)域內(nèi)建立多個（三個 或三個以上）基準(zhǔn)站，對該地區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋 ,并以 這些基準(zhǔn)站中的一個或多個為基準(zhǔn)，為該地區(qū)的GPS 用戶實時高精度定位提供GPS誤差改正信息。 基本原理：通過對多個連續(xù)運行基準(zhǔn)站的長時間觀 測，建立基準(zhǔn)站間的電離層延遲、對流層延遲以及 軌道誤差模型，精確估計出移動站定位誤差，并通 過現(xiàn)代通信手段為移動站用戶提供實時改正信息， 用戶利用上述信息削弱空間相關(guān)誤差，從而大大擴 展了基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的有效服務(wù)范圍，可實現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi) 厘米級、精度均勻、高可靠性、實時動態(tài)定位。 優(yōu)點：（1）解算速度快定位精度高，分布均勻。（2）操作簡單，生產(chǎn)效率高。（3）覆蓋面積大，成本低廉。 6、CORS：由若干個固定的、連續(xù)運行的GNSS參考站，利用現(xiàn) 代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實時地向不 同類型、不同需求、不同層次的用戶提供經(jīng)過檢驗的不同類 型的GNSS觀測值（載波相位，偽距），各種改正數(shù)、狀態(tài)信 息，以及其他有關(guān)GNSS服務(wù)項目的綜合系統(tǒng)。 組成成分：若干個連續(xù)運行的GPS基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)處理控制中心、數(shù)據(jù)傳輸與發(fā)播系統(tǒng)和移動站(用戶-單臺GPS接收機）組成。 功能:(1）差分服務(wù)（2）網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)（3）高精度靜態(tài)