山东农业大学GPS复习题及答案.pdf

第一章绪论1、简述GPS系统的特点有哪些？GPS在测绘工程中应用的优点 P13●定位精度高 应用实践证明,相对静态定位1小时以上观测解,其平面位置：在300～1500m范围内,绝对误差小于1mm;50km以内相对误差可达10-6;100～500km可达10-7;1000km以上可达10-9●观测时间短 随着GPS技术不断完善,目前20km内的相对静态定位,仅需15～20分钟；快速相对静态定位在15km内,观测只需1～2分钟●测站间无需通视 GPS测量不要求测站点间互相通视,只需要测站上空开阔即可,因此可节省大量的造标费用点位可根据需要灵活选定,也可以省去常规测量中过渡点的测量工作,为测绘工作带来极大方便●可提供地心坐标 GPS观测可得到地面的三维空间坐标,并得到地面点的地心坐标●操作简便 GPS观测自动化程度非常高,作业人员只限于安置仪器,开关仪器,量取仪器高度和监视工作状态,其余都由仪器自动完成从而减轻测量工作者的劳动强度,使野外工作变得轻松愉快///●全天候作业 GPS观测不受时间、地点、气象条件限制,可在每天24小时内的任何时间进行,不受限制●功能多、应用广 GPS系统不仅可用于测量、导航,还可以用于测速、测时。

就是应用于测绘工程中,也可以实现控制测量、碎部测量和施工放样等多种测绘任务,真正实现了一机多用///2.GPS定位系统由哪几部分组成的？各部分的作用是什么？整个GPS系统，它包括三部分：空间部分—GPS卫星及其星座;地面控制部分—地面监控系统;用户设备部分—GPS信号接收机●GPS卫星作用* P11（1）接收地面站发来的导航电文和其他信号；（2）接收地面站的指令,修正轨道偏差并启动备用设备；（3）连续不断向地面发送GPS导航和定位信号///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●主控站的作用主控站拥有以大型电子计算机为主体的数据收集、计算、传输等设备,其主要作用为：P12（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,按一定格式编制成导航电文；（3）监测协调 控制和协调监测站、注入站和卫星的工作；（4）控制卫星 修正卫星的运行轨道,发送启动备用设备指令●监测站的作用监测站设有用户接收机、环境数据传感器、原子钟、计算机等监控站的作用：P12接收卫星信号,为主控站提供卫星的观测数据●注入站的作用注入站设有3.66m 抛物面天线,固定电路C波段发射机和计算机。

注入站主要作用：P12将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中●用户接收部分就是 GPS 信号接收机包括接收机硬件和机内软件以及数据的后处理软件包,构成完整的GPS用户设备其作用如下：P12捕获卫星信号,(计算出测站的三维位置,或三维速度和时间)达到导航和定位的目的第二章坐标系统和时间系统1、GPS 定位对坐标系有何要求？定义一个空间直角坐标系条件有哪些?GPS 定位对坐标系的要求*●需把卫星与地面点的位置统一在一个坐标系内；●需采用空间直角坐标系,以便于天球与地球坐标系进行转换；●天球与地球坐标系的建立上应具有简便的变换关系///定义一个空间直角坐标系的条件* P16●坐标原点的位置；●三个坐标轴的指向；●长度单位2、WGS-84空间直角坐标系的几何定义？原点位于地球的质心,Z 轴指向国际时间局(BIH) 1984.0 定义的协议地球极(CTP,ConventionalTerrestrial Pole)方向,X轴指向相应零子午面和赤道的交点(经度零点),Y轴与Z、X轴构成右手坐标系如图2-3所示3、简述定义时间系统和时间尺度的条件分别是什么？◆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；●该周期可被观测和实验复现。

第三章卫星运动基础及GPS卫星星历1、开普勒轨道6参数分别是什么？各参数的作用？● 轨道椭圆长半径a；● 轨道椭圆第一偏心率e；a ,e 确定轨道椭圆形状和大小●升交点赤经Ω 升交点与春分点所对应的地心夹角称升交点赤经卫星由南向北运行与地球赤道面的交点称升交点///●轨道面倾角i 卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角；//Ω , i 确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向●近地点角距ω 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●真近点角V 卫星与近地点所对应地心夹角,是时间的函数v确定卫星在椭圆上瞬时位置结论：(a, e, Ω, i ,ω,V)称开普勒轨道参数(轨道根数）除V外另5个参数均是常数,由卫星的发射条件决定的；给定6个轨道根数,即可确定任意时刻 t 的卫星位置及其运动速度///第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号1、试述GPS卫星信号的内容及其作用？GPS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)等多种信号分量,以满足用户导航、定位等需要载波和测距码是在卫星钟基本频率10.23MHz的控制下产生的;导航电文是接收地面注入站发来的。

载波含义：可运载调制信号的高频震荡波在无线电通信技术中，为了有效地传播信息，都是将频率较低的信号加载在频率较高的载波上特点： ●所选择的频率有利于测定多普勒频移●所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响●选择两个频率可以较好的消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟与信号的频率有关）作用 加载和传送码信号,其本身也是重要的测量对象测距码概述：现代数字通讯中,普遍使用二进制数(0和1)及其组合来表示各种信息,称其为码1位二进制数称1个码元或1比特(bit),每秒钟传输的比特数称为数码率(波特率)测距码的作用：测定站星距离数据码,即导航电文,是由地面主控站编制发送给卫星,然后加载在载波上随同测距码一起发送给用户的,相关内容在下节介绍//2、C/A码和P码各自特点？3、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)和辅助设备组成,4、GPS接收机按不同标准的分类有哪些？第五章GPS卫星定位基本原理1、试述GPS测距和单点定位原理？写出方程式GPS测距基本原理设想在卫星上无线电信号发射机在卫星钟的控制下,按预定的方式发射测距信号,在地面待定点上安置信号接受机,在接收机钟的控制下,测得信号到达接收机的时间差(Δt),进而求出站星之间的距离(ρ):式中,vt为卫星钟差,随导航电文得到;vT为接收机钟改正数,作为未知变量,定位时一并求解,c为电磁波传播速度。

GPS单点定位的基本原理在待定点P 上安置GPS接收机,如果在某一时刻同时测得了四颗卫星s1、s2、s3、s4到P点的距离 则有下式成立式中,坐标分别为待定点和卫星的地固空间直角坐标求解该方程即可得到定点P 的坐标///2、按不同分类标准GPS定位可分为哪些？ )( Tt vvctc i   4321     24242424 23232323 22222222 21212121 )()()( )()()( )()()( )()()( ZZYYXX ZZYYXX ZZYYXX ZZYYXX PPP PPP PPP PPP3、主动式测距和被动式测距的优缺点分别是什么？现代光电技术测距按是否发射电磁波分主动式和被动式两种方式1.主动式测距 如电磁波测距仪,测得往双程距离●优点:不要求仪器钟必须和某一时间系统保持一致●缺点:用户要发射信号,对军事用户难以隐蔽自己2.被动式测距 如GPS测距,测得单程距离●优点:用户无需发射信号,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。

4、简述多普勒三次差分法中的一次差分分别在哪些观测值间求差？并消除或减弱了哪些误差的影响？●在卫星间求差分(星际差分)在观测站k上,接收机同时对卫星S1和S2进行观测///结论:星际一次差分消除了接收机钟差, 也削弱电离层、对流层误差影响●在观测站间求差分(站际差分)在测站k1和k2上,同步观测卫星Sj结论:站际一次差分消除了卫星钟差,同时也削弱了电离层、对流层误差影响●在历元间求差分(历元差分)在测站k上,对卫星Sj进行ti和ti+1相邻2历元连续观测///结论:历元间一次差分消除了卫星和接收机钟差,同时也削弱了电离层、对流层误差影响特别注意的是还消除了初始整周未知数N0///5、产生周跳的原因有哪些？产生周跳的原因：●信号被遮挡，导致卫星信号无法被跟踪●仪器故障，导致差频信号无法产生●卫星信号信噪比过低，导致整周计数错误●卫星瞬时故障，无法产生信号6、SA和AS技术的目的是什么？实施SA和AS技术后对定位有何影响？SA和AS技术对定位的影响●降低单点定位的精度； ●降低长距离相对定位的精度；●给整周未知数的确定带来不便第六章、GPS卫星导航1、 简述导航的三要素分别是什么？● 起始点和目标点的位置● 航行体的即时位置● 航行体的瞬时速度、姿态等状态参数///2、简述GPS导航和惯性导航各自的优缺点？GPS导航的优缺点 P96(1)优点 全球性、全天候、 高精度、三维实时等(2)缺点● 星座不完善 卫星星座覆盖不完善,存在着“间隔区”；● 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；●数据更新率低 高速飞行器,难以满足实时控制的要求。

结论：GPS导航在高可靠性领域,还不能作为唯一的导航设备使用惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)优缺点(1)优点●不依赖于外部信息； ●不向外部辐射能量(隐蔽性好)；●不受外界干扰； ●可全天侯、全球性工作；●连续性好且噪声低； ● 数据更新率高、短期精度好(2)缺点●定位误差随时间而增大； ●初始化时间长●不能给出时间信息； ●设备昂贵结论：能工作空中、陆地、水下,目前高可靠领域主要导航设备///3、简述GPS/惯导综合导航系统的优点？GPS/惯性综合导航优点 P96●克服了各自的缺点,导航精度高于两个系统单独工作的精度;●有效地提高惯导系统的性能和精度;●提高GPS接收机跟踪卫星的能力及抗干扰性结论：GPS/惯性综合,是目前导航技术发展的主要方向 ///第七章、GPS测量的误差来源及其影响1、GPS测量与卫星、信号传播、接收机有关的误差分别有哪些？相应的消减措施有哪些？与信号传播有关的误差一.电离层折射 P100/101消减措施●双频接收 电磁波通过电离层所产生的折射改正数与其频率的平方成反比,利用这一特性当采用双频接收机定位时可有效地减弱其影响。

●相对定位 当测站间的距离不太远(例如20km以内),两测站上空的电离层状况相似,采用差分定位,可以有效地减弱电离层折射影响●利用改正模型 建立电离层改正模型,进行修正对于单频接收机一般采用导航电文提供的电离层模型加以改正●选择有利的观测时间 夜间电离层电离现象比白天要弱的多,所以在拟定作业计划时,可选择夜间进行观测二.对流层折射减弱对流层影响的措施 P105●模型改正 建立对流层模型,进行修正由于大气的对流作用很强,大气状态变化复杂,所以其影响,难以准确地模型化●相对定位 当两观测站相距不太远时(例如100km 时,对流层折射就成为 GPS 定位精度的重要制约因素//三.多路径误差 P105减弱措施●选择合适的站址 测站应远离大面积平静的水面;不宜选在山坡、山谷和盆地中;附近不应有高层建筑物●设置适宜的高度截止角 阻止来自高度截止角以下的信号●对天线设置抑径板 阻止来自地面反射的信号此外,观测时不要在测站附近停放汽车地面有草丛、农作物等植被时能较好吸收微波信号的能量,反射较弱,是较好的站址///与卫星有关的误差一.卫星星历误差 P107减弱措施●建立卫星跟踪网独立定轨 。