《GPS原理及其應(yīng)用》習(xí)題集a答案

子午衛(wèi)星系統(tǒng)的缺點

該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目少，運行高度低，從地面站觀測到衛(wèi)星的時間間隔長，因

而不能進行三維連續(xù)導(dǎo)航。加之獲得一次導(dǎo)航所須要的時間較長，所以難

以充分滿足軍事導(dǎo)航的要求，從大地測量的角度來看，由于它的定位速度

慢，精度較低，因此，該系統(tǒng)在大地測量學(xué)和動力學(xué)探討方面受到了極大

限制O

GPS的基本組成

衛(wèi)星星座，地面限制與監(jiān)控站，用戶設(shè)備3個部分

什么是標準定位服務(wù)？

供應(yīng)C/A碼（又稱粗碼）民用SPS定位服務(wù)

GPS信號接收機主要組成

主要由接收機硬件、數(shù)據(jù)處理軟件以與微處理機與其終端設(shè)備組成（硬件

包括主機、天線、電源。軟件部分主要是對數(shù)據(jù)處理的軟件）

子午衛(wèi)星系統(tǒng)與GPS定位原理有何區(qū)分？

子午衛(wèi)星系統(tǒng)是依據(jù)多普勒效應(yīng)原理進行接收定位的，而GPS定位則是

以后方交匯原理進行測量。

名詞說明：

天球：是指以地球質(zhì)心為中心、以無窮大為半徑的一個假象球體。

赤經(jīng)：含天軸和春分點r的天球子午面與過空間點s的天球子午面之間的

夾角。

赤緯：為原點0至空間點S與天球赤道面之間的夾角。

黃道：地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的平面稱為黃道面，相交的大

圓稱為黃道。

春分點：黃道與天球赤道有兩個交點，其中太陽的視位置由南向北通過赤

道的交點為春分點。

歲差：地球在太陽、月亮的萬有引力和其他天體引力對地球隆起的部分的

作用，地球自轉(zhuǎn)軸方向不再保持不變，這使得春分點在黃道上產(chǎn)生緩慢的

西移現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為歲差。

章動：由于月球軌道和月地距離不斷變更,地球自轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的一系列短

周期變更被統(tǒng)稱為章動

極移：由于地球內(nèi)部質(zhì)量不勻整的影響，地球自轉(zhuǎn)軸相對于地球體位置隨

時間而變更的現(xiàn)象

世界時：以平半夜為零時起算的格林尼治平太陽時。

原子時：原子時秒長：位于海平面上的Csl33原子基態(tài)有2個超精細能級,

在零磁場中躍遷輻射振蕩9192631770周所持續(xù)的時間為1原子時秒。而

原子時的原點由式AT=UT2-0.0039(s)來確定，UT2為經(jīng)過改正的世界時。

協(xié)調(diào)世界時：一種以原子時秒長為基礎(chǔ)，在時刻上盡量接近于世界時的一

種折中的時間系統(tǒng)。

儒略日：是從公元前4713年儒略歷1月1日格林尼治平正午起算的連續(xù)

天數(shù)。

簡述協(xié)議地球坐標系的定義

地球坐標系是以地球質(zhì)心為坐標原點0,其Z軸指向地球北極，X軸指向

格林尼治平子午面與地球赤道的交點E,y軸垂直于XOZ平面構(gòu)成的右

手坐標系。以協(xié)議地極為基準點的地球坐標系，稱為協(xié)議地球坐標

系。

赤緯與大地緯度有何區(qū)分

赤緯為原點至空間點的連線與天球赤道面之間的夾角大地緯度為過地

面點的橢球法線與橢球赤道面的夾角

赤經(jīng)與大地經(jīng)度有何區(qū)分

赤經(jīng)為含天軸和春分點的天球子午面與過空間點的天球子午面之間的夾

角大地經(jīng)度為過地面點的橢球子午面與格林尼治平子午面之間的夾

角。

什么是參心坐標系

先定義一個參考橢球，即選取一個參考橢球面作為基本參考面，選一參考

點作為大地測量的起算點，并利用大地原點的天文觀測量確定參考橢球在

地球內(nèi)部的位置和方位。這種原點位于地球質(zhì)心旁邊的坐標系，稱為地球

參心坐標系，簡稱參心坐標。

什么是GPS定位測量接受的時間系統(tǒng)？它與協(xié)調(diào)世界時UTC有什么區(qū)分？

GPS定位中，接受特地為GPS建立的時間系統(tǒng)，該系統(tǒng)可簡寫為GPST,由

GPS主控站的原子鐘限制。

規(guī)定GPST與協(xié)調(diào)世界時的時刻于1980年1月6日0時相一樣，其后隨時

間的積累，兩者之間的差別將表現(xiàn)為秒的整數(shù)倍。

簡述衛(wèi)星大地測量的發(fā)展歷史，并指出其各個發(fā)展階段的特點。試說明G

PS全球定位系統(tǒng)的組成。

衛(wèi)星大地測量最初階段人造地球衛(wèi)星僅僅作為一種空間觀測目標，由地面

上的2個測站對衛(wèi)星瞬間位置進行同步攝影觀測，形成三角網(wǎng)，從而確定

地面點位置，此方法稱為衛(wèi)星三角測量。其特點是雖能實施大陸與海島的

聯(lián)測定位，但難以實現(xiàn)遠距離聯(lián)測定位問題，定位精度不高。

更高級的階段是子午衛(wèi)星系統(tǒng)的問世，，它的問世是對導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)

展具有劃時代的意義，其原理是多普勒效應(yīng)原理。但仍還有很大的局限性,

該系統(tǒng)在大地測量學(xué)和地球動力學(xué)探討方面受到了極大的限制。隨后的就

是現(xiàn)在的GPS系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)包括衛(wèi)星星座，地面限制與監(jiān)控站，用戶設(shè)

備3個部分。

世是測繪技術(shù)發(fā)展史上的一場革命？

1、測站間無需通視。2、定位精度高。3、觀測時間短。4、供應(yīng)三維坐標。

5、儀器靈巧、自動化程度高。6、全天候作業(yè)。因此，GPS定位技術(shù)的發(fā)

展是對經(jīng)典測量技術(shù)的一次重大突破。

簡述GPS、GLONASS、與NAVSAT三種衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)工

作衛(wèi)星的主要參數(shù)。

GPS衛(wèi)星顆數(shù)21+3,軌道傾角55°,平均高度20233KM,運行周期llh58min,

GLON21+365°19100

Hhl5min

NAVS12+663.45°20238

Hh58min

簡述（歷元）平天球坐標系、（觀測）平天球坐標系以與瞬時極（真）天

球坐標系之間差別。

（歷元）平天球坐標系是以某時刻作為標準歷元，或交協(xié)議天球坐標系。

（觀測）平天球坐標系是觀測時刻的天球坐標系，（觀測）平天球坐標系

轉(zhuǎn)換成（歷元）平天球坐標系須要歲差旋轉(zhuǎn)。而瞬時極（真）天球坐標系

與(觀測)平天球坐標系之間的區(qū)分是前者是后者章動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換而來。

怎樣進行歲差旋轉(zhuǎn)與章動旋轉(zhuǎn)？它們有什么作用？

由于衛(wèi)星和地面點分別屬于不同的坐標系，要實現(xiàn)孫冠母的亨?。?

必需將衛(wèi)星的天球坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為地球坐標系。而如常溫則是通過』乍

旋轉(zhuǎn)矩陣，

一個是章動旋轉(zhuǎn)矩陣，一個是歲差旋轉(zhuǎn)矩陣。

只有通過歲差、章動旋轉(zhuǎn)才能將協(xié)議天球坐標系轉(zhuǎn)換成瞬時天球

坐標系，這樣才能轉(zhuǎn)換成地球坐標系。

為什么要進行極移旋轉(zhuǎn)？怎么進行極移旋轉(zhuǎn)？

想要將天球坐標系轉(zhuǎn)換成地球坐標系必需進行章

動旋轉(zhuǎn)、歲差旋轉(zhuǎn)、極移旋轉(zhuǎn)。這樣才能確定地

球表面的位置。

首先進行X軸上的旋轉(zhuǎn)，使X軸與協(xié)議地球坐

標的X軸旋轉(zhuǎn)，再進行Z軸上的旋轉(zhuǎn)使Z軸重

合，再進行X軸旋轉(zhuǎn)，使三個坐標軸重合，圖

中的就使三個旋轉(zhuǎn)矩陣。

試寫出大地坐標到地心空間直角坐標系的轉(zhuǎn)換過程。

大地坐標與空間直角坐標系它們的原點位置與坐標軸的指向一般都不相

同。存在一個旋轉(zhuǎn)矩陣，R(w)=R3(wz)R2(wy)RI(wx),這些旋轉(zhuǎn)矩陣分

別是Z軸，Y軸，X軸上的旋轉(zhuǎn)矩陣。

而旋轉(zhuǎn)循序則按它們的下標依次旋轉(zhuǎn)。

綜述由(歷元)平天球坐標系到協(xié)議地球坐標系的轉(zhuǎn)換過程。

簡述恒星時、真太陽時與平太陽時的定義。

恒星時是以春分點為參考點，由春分點的周日視運動所定義的時間。

以真太陽為參考建立起來的時間系統(tǒng)稱為真太陽時工

一個平太陽以真太陽周年運動的平均速度在天球赤道上作周年運動，以平

太陽為參考點，由平太陽的周日視運動所定義的時間系統(tǒng)為平太陽時系

統(tǒng)。

在GPS定位測量，具有重要意義的時間系統(tǒng)主要有哪三種？

恒星時、原子時和力學(xué)時。

試描述GPS衛(wèi)星正常軌道運動的開普勒三大定律。

第確定律：衛(wèi)星運動的軌道是一個橢圓，而該橢圓的一個焦點與地球的質(zhì)

心重合。

其次定律：衛(wèi)星的地心向徑，即地球質(zhì)心與衛(wèi)星質(zhì)心見的距離向量，在相

同的時間內(nèi)所掃過的面積相等。

第三定律：衛(wèi)星運行周期的平方，與軌道橢圓長半徑的立方之比為一常量,

而該常量等于地球引力的常數(shù)GM的倒數(shù)。

試畫圖并用文字說明開普勒軌道6參數(shù)。

a：橢圓軌道的長半徑

e：橢圓軌道的偏心率

i：橢圓軌道平面的傾角（軌道平面與地球赤道面的夾角）

Q：升交點的赤經(jīng)，即在地球赤道平面上，升交點與春分點之間的家教。

3：橢圓軌道近地點角距，即在軌道平面，升交點與近地點之間的地心夾

角。

f：衛(wèi)星的真近點角（與時間T有關(guān)），衛(wèi)星與近地點之間的地心角距。

簡述地球人造衛(wèi)星軌道運動所受到的各種攝動力。

1、地球體的非球形與質(zhì)量分布不勻整而引起的作用力，即地球的非中心

引力。

2、太陽的引力和月球引力。

3、太陽的干脆與間接輻射壓力。

4、地球潮汐的作用力。

5、磁力等

地球引力場攝動力對衛(wèi)星的軌道運動有什么影響？

1、引起軌道平面在空間的旋轉(zhuǎn)，這一影響，使升交點沿地球赤道產(chǎn)生緩慢

的推動，進而使升交點的赤經(jīng)，產(chǎn)生周期性的變更。

2、引起近地點在軌道面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。引起衛(wèi)星軌道近地點角距的緩慢變更。

3、引起平近點角的變更。

日、月引力對衛(wèi)星的軌道運動有什么影響？

由于日月引力加速度引起的衛(wèi)星軌道攝動，主要是長周期的。對GPS衛(wèi)星

產(chǎn)生的攝動加速度約為0.000005,將可能使GPS衛(wèi)星在3h的弧段上產(chǎn)生

50150m的位置偏差。

簡述太陽光壓產(chǎn)生的攝動力加速度，并說明它對衛(wèi)星軌道運動有何影響？

太陽輻射壓對球星GPS衛(wèi)星所產(chǎn)生的攝動加速度，既與衛(wèi)星、太陽和地球

之間的相對位置有關(guān)，也與衛(wèi)星表面的反射特性、衛(wèi)星的截面積和質(zhì)量比

有關(guān)。

太陽光壓對GPS衛(wèi)星產(chǎn)生的攝動加速度約為10的一7次方的量級，將使衛(wèi)

星軌道在3h的弧段上產(chǎn)生5——10m的偏差。

綜述考慮攝動力影響的GPS衛(wèi)星軌道參數(shù)。

地球引力場攝動力影響的有升交點的赤經(jīng)，近地點的角距，平近點角的變

更。由于日月引力加速度引起的衛(wèi)星軌道攝動，主要是長周期的。對GPS

衛(wèi)星產(chǎn)生的攝動加速度約為0.000005,將可能使GPS衛(wèi)星在3h的弧段上

產(chǎn)生50——150m的位置偏差。太陽光壓對GPS衛(wèi)星產(chǎn)生的攝動加速度約

為10的一7次方的量級，將使衛(wèi)星軌道在3h的弧段上產(chǎn)生5——10m的偏

差。其他的攝動力的影響不明顯，或者是以上攝動力的間接影響。

試寫出計算GPS衛(wèi)星瞬時位置的步驟

1、計算衛(wèi)星運行的平均角速度

2、計算t時刻衛(wèi)星的平近點角

3、計算偏近點角

4、計算真近點角

5、計算升交距角

6、計算衛(wèi)星向徑

7、計算攝動改正項

8、計算衛(wèi)星在軌道平面坐標系中的位置

9、計算在地球坐標系中衛(wèi)星的位置

碼：表達不同信息的二進制數(shù)與其組合。

碼元：碼的度量單位，一位二進制數(shù)稱1碼元或1比特。

數(shù)碼率：二進制數(shù)字化信息的傳輸中，每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)，單位為BPS

(bit/s).。

自相關(guān)系數(shù)：表示的是兩個時間序列之間和同一個時間序列在隨意兩個不

同時刻的取值之間的相關(guān)程度。

信號調(diào)制：為了削減在傳輸時的耗損，人們一般是先對傳輸信號進行特殊

處理，然后再傳遞。把原始的待傳信號托附到高頻振蕩的過程稱為調(diào)制。

如p碼與C碼與載波的調(diào)制。

信號解調(diào)：是信號調(diào)制的反過程，是將原始信號與高頻震蕩分別的過程。

遙測字：每一子幀的第1個字，用作捕獲導(dǎo)航電文的前導(dǎo)。

交接字：每一子幀的第2個字，主要內(nèi)容：捕獲P碼的Z計數(shù)（從每周起

先半夜零時起算的時間計數(shù)，表示下一子幀起先瞬間的GPS時;為好用便

利一般為發(fā)播的子幀數(shù)1子幀/6s）。

數(shù)據(jù)齡期：最近一次更新星歷數(shù)據(jù)的時間。

時延差改正：信號在衛(wèi)星內(nèi)部的時延。

傳輸參數(shù)：它表示向非特許用戶指明，當用該GPS衛(wèi)星作為導(dǎo)航定位測量

時，可能達到的測量精度。

試說明什么是偽隨機噪聲嗎？什么是隨機噪聲嗎？

為隨機噪聲嗎：具有隨機序列特性的非隨機序列為偽隨機序列。不僅具有

類似隨機噪聲碼的良好自相關(guān)特性，而且具有確定的編碼規(guī)則，周期性的

且易復(fù)制。

隨機噪聲嗎：碼元幅度的取值完全無規(guī)律的碼序列，也稱隨機碼序列。

C/A碼和P碼是怎么產(chǎn)生的？

C/A碼：2個10級反饋移位寄存器相組合產(chǎn)生，碼長Nu=1010-1=1023。

P碼：2組各有2個12級反饋移位寄存器構(gòu)成，碼長Nu=2.35X1014（1

0的14此方）。

試述C/A碼和P碼的特點。

C/A碼的碼元寬度較大，測距誤差2.9米（碼寬293.1米），測量精度低,

屬于標準定位服務(wù)。（民用）

P碼的碼元寬度較小，測距誤差0.29米（碼寬29.3米），測量精度高,

屬于軍用定位服務(wù)。

試述偽隨機噪聲碼測距原理。

預(yù)先復(fù)制一份偽隨機噪聲碼，再與接收機接收的偽隨機噪聲嗎進行比對，

記錄起先比對時間，當達到自相關(guān)系數(shù)最高時記錄時間，這時間差就是信

號的傳播時間。這個時間乘以光速就是距離。

什么是導(dǎo)航電文？

包含有關(guān)衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘運行狀態(tài)、軌道

攝動改正、大氣折射改正和由C/A碼捕獲P碼等導(dǎo)航信息的數(shù)據(jù)碼（D碼）

作用：向用戶播發(fā)衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘參數(shù)、衛(wèi)星狀態(tài)信息與其它信息

試述導(dǎo)航電文的組成格式。

導(dǎo)航電文也是二進制碼，依規(guī)定格式組成，按幀向外播送。播送速度為

50b/s,所以播送1幀電文的時間須要30秒，每幀電文含有5子幀，而每

子幀分別含有10字碼，每字碼占30bit,

其持續(xù)播送的時間為6s,為了記載多大25顆衛(wèi)星的星歷，子幀4、5各含

25頁。子幀1、2、3與子幀4、5的每一頁均構(gòu)成1個主幀，在每一主幀

的幀與幀之間，子幀1、2、3的內(nèi)容每小時更新1次，而子幀4、5的內(nèi)

容僅在給衛(wèi)星注入新的導(dǎo)航數(shù)據(jù)后才更新。

簡述導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)塊II的主要內(nèi)容。

其次數(shù)據(jù)塊是由其次子幀與第三子幀構(gòu)成，表示GPS衛(wèi)星的星歷。它的內(nèi)

容有3類參數(shù)來描述GPS衛(wèi)星的運行與其軌道。第一類：開普勒六參數(shù)。

其次類：軌道攝動九參數(shù)。

第三類：時間二參數(shù)1、從星期日半夜0點起先度量的星歷參考時刻；2、

星歷表的數(shù)據(jù)齡期。

什么是預(yù)報星歷？什么是廣播星歷?

所謂預(yù)報星歷就是衛(wèi)星GPS將含有軌道信息的導(dǎo)航電文發(fā)送給用戶接收

機，然后經(jīng)過解碼獲得的衛(wèi)星星歷。所以也叫廣播星歷。預(yù)報星歷通常包

括相對某一參考歷元的開普勒軌道參數(shù)以與必要的軌道的攝動改正參數(shù)。

后處理星歷，是一些國家的某些部門依據(jù)各自建立的跟蹤站所獲得的精密

觀測資料，應(yīng)用與確定預(yù)報星歷相像的方法計算的衛(wèi)星星歷。

試通過圖表說明GPS衛(wèi)星是怎樣構(gòu)成的？

包括載波（Carrier）.測距碼（Code）

和衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文（Message）

載波：LI,L2

測距碼：C/A碼（目前只被調(diào)制在以上）

P（Y）碼（被分另調(diào)制在L1和L2上）

數(shù)據(jù)碼：衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文

試寫出調(diào)制后的GPS信號的表達式。

SLli(t)=ApPi(t)Di(t)cos(w

SL2i(t)=BpPi(t)cos(32t+62i)

其中Ap,Ac,Bp分別為19cm載波LI和24cm的載波L2的振

幅;Pi(t),Di(t),Gi(t)分別為第i顆GPS衛(wèi)星的P碼，C/A碼和D碼；31,

32分別是LI和L2的角頻率，61i,62i,分別是第i顆GPS衛(wèi)星的LI

載波和L2載波的出項。

繪圖說明載波與測距碼信號調(diào)制的原理。

試述GPS接受機的硬件和軟件

GPS接收機的硬件，一般包括主機、天線和電源，是用戶設(shè)備的核心部分,

主要功能是接受GPS衛(wèi)星信號。GPS軟件部分也是構(gòu)成現(xiàn)代GPS測量系統(tǒng)

的重要組成部分之一，它包括內(nèi)軟件和外軟件兩部分。內(nèi)軟件是指限制接

收機信號通道，按時序?qū)πl(wèi)星信號進行量測以與內(nèi)務(wù)或固化在中心處理器

中的自動操作軟件。外軟件主要是指觀測數(shù)據(jù)后處理的軟件。

GPS接收機的分類。

依據(jù)GPS用戶的不同要求，按用途分，一般可分為導(dǎo)航型、測量型、和授

時型。

按接收機的載波頻率分類：單頻接收機，雙頻接收機。

按接收機通道類型分類：多通道接收機，序貫穿道接收機，多路多用通道

接收機。

確定定位：是以地球質(zhì)心為參考點，確定接收機天線在WGS—84坐標系中

的確定位置。

相對定位：在地球協(xié)議坐標系中，確定觀測站與地面某一參考點之間的相

對位置。

靜態(tài)定位：是指將接收機安置在固定不動的特定點上觀測數(shù)分鐘或更長時

間以

確定該點的三維坐標。

動態(tài)定位：是指至少有1臺接收機處于運動狀態(tài)，確定各觀測時刻運動中

的接收機的確定位置。

靜態(tài)確定定位：當接收機天線處于靜止狀態(tài)確定觀測站確定坐標的方法。

靜態(tài)相對定位：用2臺接收機分別安置在基線的兩個端點，其位置靜止不

動，同步觀測相同的4顆以上GPS衛(wèi)星，確定基線2個端點在協(xié)議地球坐

標系中的相對位置。

整周未知數(shù)：由于載波信號是一種周期性的正弦信號，而相對測量只能

測定其不足1周的小數(shù)部分，因而存在整周不確定問題，這個未知數(shù)就是

整周未知數(shù)。

整周跳變（周跳）：當信號重新被跟蹤后，整周計數(shù)就不正確，但是

不到一個整周的相對觀測值仍是正確的。這種現(xiàn)象為周跳。

GPS動態(tài)定位：是利用GPS信號測定相對于地球運動用戶的狀態(tài)參數(shù)，這

些參數(shù)包括三維坐標，運動參數(shù)和時間7參數(shù)。

導(dǎo)航：是測定運動載體的狀態(tài)參數(shù)，并導(dǎo)引運動載體精確的運動到預(yù)定的

后續(xù)位置。

參考站：參考站是由GPS接收機與天線構(gòu)成，他們以穩(wěn)定的方式設(shè)置在一

個電力穩(wěn)定的平安地方，接收機不間斷運行，記錄原始數(shù)據(jù)，或許還要連

續(xù)輸出原始數(shù)據(jù)流，供應(yīng)應(yīng)RTK的接收機，假如須要參考站接受機還與計

算機連接，經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給GPS用戶運用。

差分動態(tài)定位：是運用兩臺接收機分別置于兩個測站上，其中一個測站是

已知的基準點，稱為基準接收機；另一臺安設(shè)于運動載體上，稱為動態(tài)接

收機。兩臺接收機同時測量來自相同GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號?；鶞式邮?/p>

機所測得的三維位置與該點已知值進行比較，可以獲得GPS定位數(shù)據(jù)的改

正值，據(jù)此來改正動態(tài)接收機所測得的實時位置。此時多項誤差得到抵消，

可以得到更為精確的動態(tài)用戶位置。

RTK：是GPS實時載波相位差分的簡稱。這是一種將GPS與數(shù)傳技術(shù)相結(jié)

合，實時解算進行數(shù)據(jù)處理，在1?2秒的時間里得到高精度位置信息的

技術(shù)

LADGPS（局部區(qū)域差分系統(tǒng)）：在局部區(qū)域中應(yīng)用差分GPS技術(shù)，應(yīng)當在

區(qū)域中布局一個差分GPS網(wǎng)，該網(wǎng)由于若干個差分GPS基準站組成，通常

還包含一個或多個監(jiān)控站，。位于該局部區(qū)域的用戶依據(jù)多個基準站所供

應(yīng)的改正信息，經(jīng)差分后改正求得自己的該證數(shù)。

WADGPS（廣域差分GPS系統(tǒng)）：WADGPS是針對單基準差分和區(qū)域差分GPS

所存在的問題，將觀測誤差按誤差的不同來源劃分成星歷誤差，衛(wèi)星鐘差

與大氣折射誤差進行改正，以提高差分的精度和牢靠性。

WAAS：利用地球同步衛(wèi)星，接受L1頻段轉(zhuǎn)發(fā)差分GPS修改信號，同時放

射調(diào)制在L1頻段上的C/A碼偽距的思想，稱之為廣域增加GPS系統(tǒng)。

觀測量的組成與精度

原始觀測量：1、測碼偽距觀測值：C/A碼，碼元寬293m,精度2.9mP

碼，碼元寬29.3m,精度0.29m2、測相偽距觀測值：L1載波，波長

19cm,精度0.19cm

L2載波，波長24cm,精度0.24cm

說明完整的載波相位觀測值都有哪些部分?

1、衛(wèi)星放射的載波信號相位。

2、接收機所復(fù)制的載波相位

3、信號發(fā)送時刻的GPS時

4、信號接收時的GPS時

試寫出偽距測量的表達式（顧與大氣折射影響），并說明各項符號的意義？

GPS接受單程測距原理，要精確地測定站星之間的距離，必需使衛(wèi)星

鐘與用戶接收機鐘保持嚴格同步，同時考慮大氣層對衛(wèi)星信號的影響。但

是，實踐中由于衛(wèi)星鐘、接收機鐘的誤差以與無線電信號經(jīng)過電離層和對

流層中的延

誤差，導(dǎo)致實際測出的偽距p,與衛(wèi)星到接收機的幾何距離p有確定差值。

二者之間存在的關(guān)系可用下式表示：

夕％）=Aj（0+陽（。-w1）+△]（。+&用

（3-3）

式中：疝（。一一觀測歷元/的測碼偽距；

AJ（0——觀測歷元f的站星幾何距離，p=Z-c=G（GPS）-"（GPS））；

訓(xùn)⑺一一觀測歷元/的接收機（T,）鐘時間相對于GPS標準時的鐘差,

f‘=f,（GPS）+M；

拉，3一—觀測歷元f的衛(wèi)星（）鐘時間相對于GPS標準時的鐘差,

tj=tJ（GPS）+3tji

Miw一—觀測歷元，的電離層延遲；

&/）一一觀測歷元，的對流層延遲。

設(shè)在某測站上的單點定位，靜態(tài)觀測了一個小時.，若歷元間隔為15秒，

問可組成多少偽距觀測方程？列出其中一個？

按每15s采集一組野外觀測數(shù)據(jù)計算，一臺接收機連續(xù)觀測lh將有120

組數(shù)據(jù)，可以組成120個觀測方程，其中一個方程組為：

試寫出TDOP,PDOP,GDOP,VDOP,HODP的定義？

TDOP是時鐘精度因子，鐘差的確定精度干脆關(guān)系到定位的精度。

PDOP是三維幾何精度因子，單點定位的精度取決于觀測量的精度與幾

何精度因子。

GDOP：幾何精度因子，衛(wèi)星的空間位置對精度的影響。

HODP：平面位置精度因子，定位點在平面位置對精度的影響。

VDOP：高程精度因子，定位點在垂位置對精度的影響。

簡潔論述衛(wèi)星空間幾何分布對三維定位精度的影響？

在相同的觀測精度下，幾何精度因子越小，定位精度越高，反之則越低。

衛(wèi)星高度角不能過低(減弱大氣折射)，盡量使衛(wèi)星與測站構(gòu)成的6面體

體積最大。

如何由載波相位觀測方程轉(zhuǎn)化為測碼偽距觀測方程？

可以將上式表示為載波相位實際觀測量對⑺的形式：

-心％)-+fM/pt)+

(3-30)

式(3-30)即為載波相位的觀測方程。

考慮到關(guān)系式2=%，則可由上式得到測相偽距觀測方程:

人/⑺=PI(1—pl(/)+c1-，piW的w

-c3tJ(r)-wGo)+A3p(，)+純7G)

(3-31)

式中含有的項對偽距的影響為米級。在相對定位中，假如基線較短

C

(20km以內(nèi))，則有關(guān)的項可以忽視，則(3-30)和(3-31)式可簡化為:

W(，)=/2/G)+/[的⑺-品(，)]-Ni(，())+/[△"p(，)+純T0)(3-32)

X媼(f)=RG)+出(r)-拉，0-人用(均)+/p0+4,T0

(3-33)

在不影響理解GPS定位原理的狀況下，我們常接受上述(3-32)和

(3-33)式的測相偽距方程的簡化形式。而當測量基線較長時?，可在(3-30)

和(3-31)的基礎(chǔ)上擴展出更為嚴密的形式。

若將(3-7)式代入(3-33)式，則可得測相偽距方程的線性化形式:

,6x[

入*")=P-0(0+~li(r)~mi(f)~niW,期-冰:Io)

3zj

+ck")-加")]+A。*)+△%(，)

(3-34)

試寫出單差、雙差、三差觀測方程？并說明它們各自有哪些特點？

單差觀測方程：之△〃(/)=以⑺-〃(/)]+皿⑺-WW+AA；(r)+M總)；

雙差觀測方程：=b⑺-；

%或(f)=bO(，2))-(H(，2)-042))]

三差觀測方程:

-卜。)-講1))-(夕見)-比《))]

單差可以消退了衛(wèi)星鐘誤差的影響，大大消弱了衛(wèi)星星歷誤差的影響，大

大消弱了對流層折射和電離層的影響，在短時間內(nèi)幾乎可以完全消退其影

響。

雙差為兩站間的差分，可以消退接收機的鐘差。

三差，即于不同歷元同步觀測同一組衛(wèi)星所得雙差觀測測量之差。三差模

型可以消退整周未知數(shù)。

試寫出當基線長度小于10KM時載波相位觀測方程的表達式，并說明其

Z?

ln

入明?)=P/O⑺+[-iW~i⑺2?

中各符號的意義。?

z

zI

+(￡)_.%)]+△,*)+4,1k!

vI

整周未知數(shù)N/&),P71頁

試述整周未知數(shù)的確定方法？并說明各種方法的含義？

確定整周未知數(shù)方法很多，常用的方法有偽距法、待定法、快速確定整周

未知數(shù)法。

偽距法：是進行載波相位測量的同時又進行了偽距測量，將偽距觀測值減

去載波相位測量的實際觀測值后即可得到。

待定參數(shù)法：1、整數(shù)解：整周未知數(shù)從理論上講應(yīng)當是一個整數(shù)，利用

這一特性能提高解的精度。短基線定位時一般接受這種方法。

2、實解法：當基線過長時，將整周未知數(shù)固定為某一整數(shù)往往無實際意

義，因此將實數(shù)作為最終解。

多普勒法：由于連續(xù)跟蹤的全部載波相位觀測值中均含有相同的整周未知

數(shù)，所以將相鄰2個觀測歷元的載波相位相減，就將該未知數(shù)消退了。

快速確定整周未知數(shù)：以統(tǒng)計理論為基礎(chǔ)，在某一估算值的解空間內(nèi)搜尋

一組方差和為最小的照舊是整周數(shù)解集。

試總結(jié)應(yīng)用載波相位觀測的高次差分析周跳的方法？

若在相鄰的2個觀測值間依次求差而求得觀測值一次差則這些一次差的

變更小的多。在一次差的基礎(chǔ)上求二次差、三次差、四次差、五次差時.，

其變更就更小。此時，就能發(fā)覺有周跳現(xiàn)象的時段。

假如在兩個測站上同步觀測5顆衛(wèi)星，共觀測240個歷元，試分析計算

可組成多少單差、雙差和三差觀測方程？他們有多少未知數(shù)？

單差的觀測方程有1200個，未知數(shù)有10個。

雙差的觀測方程有960個，未知數(shù)有7個。

三差的觀測方程有480個，未知數(shù)有7個。

簡述GPS動態(tài)定位的特點？

動態(tài)定位的特點是測定一個動點的實時位置，多余觀測量少，定位精度低。

GPS動態(tài)定位和GPS靜態(tài)定位相比較，有哪些顯著特點？

（1）用戶的廣泛性；（2）定位的實時性；（3）速度的多異性

常用的差分法有哪三種？其中哪一種在實踐中應(yīng)用甚廣？

常用的差分法有如下三種：在接收機間求一次差；在接收機和衛(wèi)星間求二

次差；在接收機、衛(wèi)星和觀測歷元間求三次差。

其中雙差是大多數(shù)GPS基線向量處理軟件中必選的方法，在實踐中應(yīng)用甚

廣。

試寫出GPS動態(tài)定位的幾種方法？

可以利用測碼偽距單點確定定位，相對定位。

是述相對定位時載波相位原始觀測量的線性組合的形式。

假設(shè)安置在基線端點的GPS接收機7；(z=l,2),相對于衛(wèi)星6和摩，

于歷元(i=l,2)進行同步觀測(如圖3-7),則可獲得以下獨立的載波

相位觀測量：。4|),郊?1)，破&)，帚(，2)，或(。)，㈣(，1)，夕42)

I冬］3-7GPS才目又寸定仔7：口勺觀沙川呈

在靜態(tài)相對定位中，利用這些觀測量的不同組合求差進行相對定位，

可以有效地消退這些觀測量中包含的相關(guān)誤差，提高相對定位精度。目前

的求差方式有三種：單差、雙差、三差，定義如下：

①單差(Single-Difference)：不同觀測站同步觀測同一顆衛(wèi)星所

得觀測量之差

=0％)-WG)

(3-72)

②雙差(Doub1e-Difference)：不同觀測站同步觀測同組衛(wèi)星所得

的觀測量單差之差

▽A/(r)=

=［癖G)-d(川-［制)-對創(chuàng)

(3-73)

③三差(Triple-Difference)：不同歷元同步觀測同組衛(wèi)星所得的

觀測量雙差之差

WA夕"9)=▽△夕”[2)—VA^A(/,)

=[△"&)一△"?2).—[△/&)一A"&)]

=齷《2)-d⑷-㈣(才2)-如。2)])

-4冠(4)-。：(6).-叭(乙(4)])

(3-74)

試述RTK的定位原理與RTK系統(tǒng)的組成？

RTK的原理是實時處理2個測站載波相位觀測量的差分法。

RTK系統(tǒng)：若干個連續(xù)運行的GPS基準站、計算中心、數(shù)據(jù)發(fā)布中心、

用戶站。

試述位置差分和偽距差分的基本原理，并寫出相應(yīng)的觀測方程和誤差方

程？

位置差分的基本原理是：運用基準站7。的位置改正數(shù)去修正流淌站了,的位

置計算值，以求

得比較精確的流淌站位置坐標。

偽距差分的基本原理：利用基準站T。的偽距改正數(shù)，傳送給流淌站用戶7,，

去修正流淌站的偽距觀測量，從而消退或減弱公共誤差的影響，以求得比

較精確的流淌站位置坐標。

P78頁

RTK定位中修正法的原理是什么？寫出RTK定位中求差法的計算過

程？P79

修正法的原理是將基站的載波相位修正值發(fā)送給用戶，改正用戶接收到的

載波相位，再求坐標。

試述WADGPS的組成部分與各部分的作用？

該系統(tǒng)一般由一個中心站、幾個監(jiān)控站與其相應(yīng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)組成，另

外還有覆蓋范圍內(nèi)的若干用戶。

監(jiān)控站的作用是跟蹤觀測GPS衛(wèi)星的偽距、相位等信息。

中心站是對數(shù)據(jù)的處理，計算出3項改正數(shù)。

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)則是用來數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔谩?/p>

LADGPS的作業(yè)原理是什么？

在局部區(qū)域中應(yīng)用差分GPS技術(shù)，應(yīng)當在區(qū)域中布設(shè)一個差分GPS網(wǎng)，該

網(wǎng)由若干個差分GPS基準站組成，通常還包含一個或數(shù)個監(jiān)控站。位于該

局部區(qū)域中的用戶，接收多個基準站所供應(yīng)的修正信息，接受加權(quán)平均法

或最小方差法進行平差計算求得自己的修正數(shù)，從而對用戶的觀測結(jié)果進

行休整，獲得更高精度的定位結(jié)果。

WADGPS有哪些特點？

1、覆蓋面積更加廣泛。

2、投資更少，更加經(jīng)濟。

3、定位精度勻整。

4、系統(tǒng)可覆蓋一些不易測量的地區(qū)。

5、維護的價格昂貴。

在GPS測量定位中，其主要誤差源是什么誤差？系統(tǒng)誤差主要包括哪幾

種？

GPS定位測量的主要誤差來源有三個方面：與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差；與信

號傳播有關(guān)的誤差；與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。系統(tǒng)誤差主要包括衛(wèi)星星歷

誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差以與大氣的折射誤差等。

GPS衛(wèi)星星歷誤差的實質(zhì)是什么？

衛(wèi)星星歷誤差事實上就是衛(wèi)星位置的確定誤差，是一種起始數(shù)據(jù)誤差。

廣播星歷與實測星歷的優(yōu)缺點？

廣播星歷的好處是用戶在觀測的同時即可得到實時星歷參數(shù)和衛(wèi)星位置，

這對導(dǎo)航和定時定位是特殊重要的。但是，由于衛(wèi)星星歷是外推出來的，

特殊但是美國實施的限制政策，大幅度降低了廣播星歷的精度，所以它很

難滿足高精度定位的須要。

實測星歷的優(yōu)點在于它能夠獲得精確牢靠的精密星歷。缺點是這種星歷要

在觀測后「2個星期才能得到，對導(dǎo)航和動態(tài)定位無任何意義。

星歷誤差對定位的影響尤哪些？減弱星歷誤差影響的途徑有幾種？

對于單點定位時，星歷誤差的徑向重量作為等價測距誤差進入平差計算，

配賦到星站坐標和接收機鐘改正數(shù)中去，具體配賦方式則與衛(wèi)星的幾何圖

形有關(guān)。

減弱星歷誤差影響的途徑1）建立衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨立定軌；2）相對定位；3）

軌道松弛法。軌道松弛法又包括半短弧法，短弧法，同步觀測值求差法。

相對論效應(yīng)是怎樣產(chǎn)生的？如何解決？

GPS衛(wèi)星在高20230km的軌道上運行，衛(wèi)星鐘受狹義相對論效應(yīng)和廣義相

對論效應(yīng)的影響，其頻率與地面靜止鐘相比，將發(fā)生頻率偏移，由此產(chǎn)生

了相對論效應(yīng)。

衛(wèi)星鐘比地面鐘走的快，每秒約差448pso為了解決相對論的影響問題，

須將GPS衛(wèi)星鐘的頻率減小約0.00455Hzo使衛(wèi)星鐘進入軌道受到相對論

效應(yīng)影響后，恰與標準頻率10.23MHz相一樣。

電離層折射與其影響有哪些？減弱電離層影響的有效措施有幾種？

當GPS信號通過電離層時，如同其它電磁波一樣，信號的路徑會發(fā)生彎曲，

傳播速度會發(fā)生變更。此時再用光速乘上信號傳播時間就不會等于衛(wèi)星至

接收機的實際距離。對于GPS信號，這種距離差在天頂方向最大可達50m,

在接近地平方向時可達150m。

減弱電離層影響的有效措施1）相對定位；2）雙頻接收。

對流層折射與其影響有哪些？減弱對流層影響的有效措施有幾種？

對流層中雖有少量帶點離子，但對電磁波傳播影響不大，不屬于彌散性介

質(zhì)，也就是說，電磁波在其中的傳播速度與頻率無關(guān)，所以其群折射率與

相折射率可認為相等。

減弱對流層影響的措施如下：（1）利用上述改正模型進行對流層改正。（2）

利用同步觀測值求差。

多路徑效應(yīng)是什么？怎么防止？

接收機天線在干脆收到衛(wèi)星信號的同時，還可能收到經(jīng)天線四周地物反射

的衛(wèi)星信號，兩種信號疊加就會引起測量參考點（相位中心）的位置變更,

這種由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應(yīng)稱作多路徑效應(yīng)。

多路徑誤差不僅與反射系數(shù)有關(guān)，也和反射物離測站的距離與衛(wèi)星信號方

向有關(guān)，無法建立精確的誤差改正模型，只能恰當?shù)剡x擇站址，避開信號

反射物。例如：（1）選設(shè)點位時應(yīng)遠離寧靜的水面，地面有草叢、農(nóng)作物

等植被時能較好吸取微波信號的能量，反射較弱，是較好的站址。（2）測

站不宜選在山坡、山谷和盆地中。（3）測站旁邊不應(yīng)有高層建筑物，觀測

時也不要在測站旁邊停放汽車。

減弱接收機鐘差比較有效的方法？

處理接收機鐘差比較有效的方法，是把每個觀測時刻的接收機鐘差當作一

個獨立的未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中與觀測站的坐標參數(shù)一并求解。偽距測量

的數(shù)據(jù)處理就是依據(jù)這一原理進行的。還可以通過在衛(wèi)星間求一次差來減

弱接收機鐘差的影響。

接收機天線的相對中心與其幾何中心的區(qū)分在哪里？

在GPS測量中，觀測值都是以接收機天線的相位中心位置為準的，天線的

相位中心也應(yīng)當與其幾何中心保持一樣。但事實上天線的相位中心位置隨

信號輸入的強度和方向不同會發(fā)生變更，使其偏離幾何中心。

同步環(huán):3臺或3臺以上接收機同步觀測獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)。

異步環(huán)：在構(gòu)成多邊形環(huán)路的全部基線向量中，只要有非同步觀測基線向

量的多邊形環(huán)路。

重復(fù)基線：同步圖形中兩個多邊形所共有的基線。

同步圖形閉合差：同步圖形中各GPS邊的坐標閉合差。

異步圖形閉合差：異步圖形中各GPS邊的坐標閉合差。

重復(fù)基線坐標閉合差：對于圖形中重合的邊兩次測算中坐標閉合差。

GPS測量分哪些等級？各級精度怎樣衡量?

97城市規(guī)程規(guī)定的精度等級

等級D(km)a(mm)b(ppm)MD/D

二等9W10W21/120000

三等5W10<51/80000

四等2W10W101/45000

一級1W10W101/20000

二級<1W15W201/10000

2023國家規(guī)范規(guī)定的精度等級

級別a(mm)b(ppm)

AAW3WO.01

A(5<0.1

BW8

CW10W5

D〈10W10

EW10(20

GPS網(wǎng)的布網(wǎng)形式？

跟蹤站式：若干臺接收機長期固定安放在測站上，進行常年、不間斷的觀

測，即一年觀測365天，一天觀測24小時，這種觀測方式很象是跟蹤站,

因此，這種布網(wǎng)形式被稱為跟蹤站式（事實上就是跟蹤站）。數(shù)據(jù)處理通

常接受精密星歷。

會戰(zhàn)式：在布設(shè)GPS網(wǎng)時，一次組織多臺GPS接收機，集中在一段不太長

的時間內(nèi)，共同作業(yè)。在作業(yè)時，觀測分階段進行，在同一階段中，全部

的接收機，在若干天的時間里分別各自由同一批點上進行多天、長時段的

同步觀測，在完成一批點的測量后，全部接收機又都遷移到另外一批點上

接受相同方式，進行另一階段的觀測，直至全部點觀測完畢。

多基準站式：若干臺接收機在一段時間里長期固定在某幾個點上進行長時

間的觀測，這些測站稱為基準站，在基準站進行觀測的同時，另外一些接

收機則在這些基準站四周相互之間進行同步觀測。

同步圖形擴展式：多臺接收機在不同測站上進行同步觀測，在完成一個時

段的同步觀測后，又遷移到其它的測站上進行同步觀測，每次同步觀測都

可以形成一個同步圖形，在測量過程中，不同的同步圖形間一般有若干個

公共點相連，整個GPS網(wǎng)由這些同步圖形構(gòu)成。

單基準站式：以一臺接收機作為基準站，在某個測站上連續(xù)開機觀測，其

余的接收機在此基準站觀測期間，在其四周流淌，每到一點就進行觀測，

流淌的接收機之間一般不要求同步，這樣，流淌的接收機每觀測一個時段,

就與基準站間測得一條同步觀測基線，全部這樣測得的同步基線就形成了

一個以基準站為中心得星形

簡述GPS網(wǎng)的點連式、邊連式和網(wǎng)連式設(shè)計？

點連式：形式：相鄰的同步圖形間只通過一個公共點相連。

優(yōu)點：作業(yè)效率高，圖形擴展快速。

缺點：圖形強度低，假如連接點發(fā)生問題，將影響到后面的同步圖形。

邊連式：形式：相鄰的同步圖形間有一條邊（即兩個公共點）相連。

優(yōu)點：作業(yè)效率較高，圖形強度較強。

網(wǎng)連式：形式：相鄰的同步圖形間有3個（含3個）以上的公共點相連。

優(yōu)點：圖形強度最強。

缺點：作業(yè)效率低。

同步圖形的連接形式有哪些？

1、點連式。2、邊連式。3、網(wǎng)連式。4、邊點混合連接式。5、三角鎖鏈

式。6、導(dǎo)線網(wǎng)形連接式。7、星型布設(shè)。

GPS基線向量網(wǎng)的設(shè)計指標有哪些？

1.選點的原則

為保證對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測和衛(wèi)星信號的質(zhì)量，要求測站上空應(yīng)盡可能

的開闊，在10°~15°高度角以上不能有成片的障礙物。

為削減各種電磁波對GPS衛(wèi)星信號的干擾，在測站四周約200m的范圍內(nèi)

不能有強電磁波干擾源，如大功率無線電放射設(shè)施、高壓輸電線等。

為避開或削減多路徑效應(yīng)的發(fā)生，測站應(yīng)遠離對電磁波信號反射猛烈的地

形、地物，如高層建筑、成片水域等。

為便于觀測作業(yè)和今后的應(yīng)用，測站應(yīng)選在交通便利，上點便利的地方。

測站應(yīng)選擇在易于保存的地方。

2.提高牢靠性的原則

增加觀測期數(shù)（增加獨立基線數(shù)）。

保證確定的重復(fù)設(shè)站次數(shù)。

保證每點與三條以上的獨立基線相連。

最小異步環(huán)邊數(shù)不大于6。

3.提高精度的原則

網(wǎng)中距離較近的點確定要進行同步觀測，以獲得它們間的干脆觀測基線。

建立框架網(wǎng)。

最小異步環(huán)邊數(shù)不大于6。

適當引