GPS课程精选习题1

δρ = (δ TR − δ Ts ) ⋅ c 。由于信号的传播速度 c 的值很大，因此在 GPS 测量中必须十分仔细
地消除钟误差。 23. 相对论效应的影响下，卫星钟频率是变快还是变慢？如何改正？ 答：相对论效应的影响下，卫星钟频率变快。解决方法是在地面上生产原子钟时将钟的 频率降低 4.45 × 10−10 ⋅ f ，f 为卫星的真近点角。另外为了求得相对论效应的精确值，用户 还需加上一项改正： ∆f
10、GPS 测量中，如何消除天线平均相位中心偏差的影响？ 答：由于天线平均相位中心偏差的存在，GPS 测量所得的位置并非标石中心的位置。 解决这个问题的一般方法有： （1）归心改正法。进行 GPS 测量时若将接收机天线指标线指北，则有
X 标石中心＝X 平均相位中心－rcosθ Y标石中心＝Y平均相位中心－rsinθ
答：GLONASS、Galileo 和 GPS 定位原理相同，因为它们都是采取被动式测距原理。 在距离测量时， 用户天线只接收来自导航卫星的导航定位信号， 而测得用户天线至导航 卫星的距离。 这种发送和接收测距信号分别位于两个不同地方的测距原理， 称为被动式测距 原理。用它所测得的站星距离和已知的卫星在轨位置，就可以算得用户天线的三位坐标，这 种基于被动式测距原理的定位，叫做被动定位。GLONASS、Galileo 和 GPS 都是基于被动 定位的导航卫星系统，定位原理相同。 6、北斗卫星导航定位系统的定位原理与 GPS 有何区别。 答：北斗卫星导航定位系统的定位原理和 GPS 有本质上的区别。 北斗卫星导航定位系统采用主动式定位原理， 用户设备既接收来自北斗卫星的导航定位 信号，又要向卫星转发该信号，进而由地面中心站解算出各个用户的所在点位，并用通讯方 式告知用户所测得的坐标值。这种主动式定位原理不仅需要采用高程约束解算出用户位置， 而且用户不能自主解算出自己所在点位的坐标值。而 GPS 系统是采取被动式测距原理，用 户天线只接收来自导航卫星的导航定位信号，用户能自主解算出点位。 7、名词解释：SA，AS 答：考虑到 GPS 在军事上的巨大应用潜力以及 C/A 码是公开向全球所有用户开放的这 一基本政策，为防止敌对方利用 GPS 危害美国的国家安全，美国国防部从 1991 年 7 月 1 日 起在所有的工作卫星上实施 SA 技术，即实施选择可用性政策。其主要的技术手段为： （1） 在卫星的广播星历中人为地加入误差， 以降低卫星星历的精度， 这就是所谓的 ε 技 术； （2）有意识地使卫星钟频产生一种快速的抖动。这种抖动实际上也是一种伪随机过程， 对于未掌握其变化规律的用户来讲， 产生的效果相当于降低了钟的稳定度， 从而影响导航定 位精度，这就是所谓的 δ 技术。 SA 政策已在 2000 年 5 月 2 日 4 时（CTU）左右取消。 AS 政策是美国国防部为防止敌对方对 GPS 卫星信号进行电子欺骗和电子干扰而采取的 一种措施。其具体做法是在 P 码上加上严格保密的 W 码，使其模二相加产生完全保密的 Y 码。该措施从 1994 年 1 月 31 日起实施。 8、GPS 系统由哪几部分组成，并说明其作用？ 答：GPS 系统由三个部分组成：空间部分（GPS 卫星） 、地面监控部分和用户部分。各 部分作用如下： （1）GPS 卫星可连续向用户播发用于进行导航定位的测距信号和导航电文，并接收来 自地面监控系统的各种信息和命令以维持正常运转。 （2）地面监控系统的主要功能是：跟踪 GPS 卫星，确定卫星的运行轨道及卫星钟改正 数，进行预报后再按规定格式编制成导航电文，并通过注入站送往卫星。地面监控系统还能 通过注入站向卫星发布各种指令，调整卫星的轨道及时钟读数，修复故障或启用备用件等。 （3）用户则用 GPS 接收机来测定从接收机至 GPS 卫星的距离，并根据卫星星历所给 出的观测瞬间卫星在空间的位置等信息求出自己的三维位置、三维运动速度和钟差等参数。 9、GPS 系统中卫星的广播星历是由（）编制的：答案：B A 卫星上的处理器 B 主控站 C 监测站 D 注入站
∫
t2
பைடு நூலகம்
t1
( f 0 − f R )dt ，
N 称为多普勒计数。
4、试对 GLONASS、Galileo 与 GPS 的卫星星座分布情况进行比较。 答：GLONASS 由 24 颗工作卫星组成卫星星座。24 颗卫星平均分布在三个轨道倾角为
64.8 的轨道平面上，相邻轨道面的升交点赤经之差为120 ，每个轨道面上平均分布 8 颗卫
星。卫星在几乎为圆形的轨道上飞行（ e ≤ 0.01 ） 。卫星的平均高度为 19390km，运行周期 为 11h 15min 44s。 Galileo 的整个卫星星座将由 30 颗卫星组成 （27 颗工作卫星加上 3 颗在轨的备用卫星） 。 这些卫星将均匀地分布在三个倾角为 56 的轨道面上，每个轨道面上均分布有 9 颗工作卫星 和 1 颗备用卫星。卫星离地面的高度为 23616km，运行周期为 14h 4min，地面跟踪的重复 时间为 10 天。 GPS 的空间卫星星座由 24 颗卫星组成，其中包括 3 颗备用卫星。卫星分布在 6 个轨道 面内，每个轨道面上分布有 4 颗卫星。卫星轨道面相对地区赤道面的倾角约为 55 ，各轨道 平面升交点的赤经相差 60 。在相邻轨道上，卫星的升交距角相差 30 。轨道平均高度约为 20200km，卫星运行周期为 11h 58min。 5、GLONASS、Galileo 与 GPS 的定位原理是相同的吗？为什么？
B. 包含该卫星钟的改正参数 C. 包含该卫星的广播星历参数 D. 包含该卫星星历的数据龄期 17、测距码调制到载波上的基本原理是怎样的？ 答：GPS 卫星信号采用的是二进制相位调制法。其基本原理是先将导航电文调制在测 距码上，然后再将组合码调制到载波上。 18、名词解释：导航电文 答：导航电文是由 GPS 卫星向用户播发的一组反映卫星在空间的位置、卫星的工作状 态、 卫星钟的修正参数、 电离层延迟修正参数等重要数据的二进制代码， 也称数据码 （D 码） 。 它是用户利用 GPS 进行导航定位时一组比不可少的数据。 19. 与卫星有关的误差包括哪几类？ 答：与卫星有关的误差包括：卫星星历误差；卫星钟的钟误差；相对论效应。 20. 总体而言，消除和减弱各种误差影响的方法有哪些？ 答：消除和减弱各种误差影响的主要方法有： （1）模型改正法 原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正。 适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公式。 所针对的误差源：相对论效应，电离层延迟，对流层延迟，卫星钟差。 限制：有些误差难以模型化。 （2）求差法 原理： 通过观测值间一定方式的相互求差， 消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似 的误差影响。 适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。 所针对的误差源：对流层延迟、电离层延迟、卫星轨道误差、卫星钟差、接收机钟差。 限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱。 （3）参数法 原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来。 适用情况：几乎适用于任何的情况。 限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计。 （4）选择较好且适用的软硬件和选择合适的测量地点与方法。 21．用广播星历钟的卫星钟差改正数进行改正后，卫星钟差残余量在什么量级？进一步进 行改正的方法有哪些？ 答：用广播星历的卫星钟差改正数改正后,卫星钟差残余量为 5～10ns，对测距的影响为 1.5~3.0m。为了适应更高精度的应用，进一步的改进方法有： 1.利用测码伪距单点定位方法来确定接收机钟的钟差，精度估计可以达到 0.1~0.2 µs 。 2.通过各种渠道获得精确的卫星钟钟差值，一般 IGS 是比较好的数据来源，目前 IGS 给出 的卫星钟差的精度可以达到 0.1ns。
当基线两端使用不同类型的 GPS 接收机天线时，可用上述方法分别进行改正，将成果归 算至标石中心。 （2）消去法。在相对定位时，若使用的均是同一类型的 GPS 接收天线，将各站的天线 指标线指北即可。 11、什么是接收通道？序贯通道与多路复用通道的工作原理有何区别？ 答：接收机中用来跟踪、处理、量测卫星信号的部件，由无线电元器件、数字电路等硬 件和专用软件所组成， 称为接收通道。 一个通道在一个时刻只能跟踪一个卫星某一频率的信 号。 序贯通道的循环周期大于 20ms；多路复用通道的循环周期小于或等于 20ms。由于导航 电文中每个比特持续的时间为 20ms，故多路复用通道可同时采集到各卫星的导航电文，而 序贯通道则不能（必须通过其他渠道获得导航电文） 。 12、名词解释：天线的平均相位中心偏差，天线高 答：GPS 测量中，天线对中是以接收机天线的几何中心（位于天线纵轴的中心线）为 准的，而测量的却是平均相位中心的位置。由于天线结构方面的原因，平均相位中心和几何 中心往往不重合，两者之差称为平均相位中心偏差，其值由生产厂商给出。 天线平均相位中心至标石中心的垂直距离 H 称为天线高。 13、GPS 卫星信号由哪几部分组成？ 答：GPS 卫星发射的信号由载波、测距码和导航电文三部分组成。其中： （ 1 ） 可 运 载 调 制信号的 高 频 振 荡波 称为 载波 。 GPS 卫星所用的 载波 有 两 个： L1 ； （ f1 = 1575.42MHz ）和 L2（ f 2 = 1227.60 MHz ） （2）测距码是用于测定从卫星至接收机间的距离的二进制码，包括 C/A 码和 P 码。 （3）导航电文是由 GPS 卫星向用户播发的一组反映卫星在空间的位置、卫星的工作状 态、 卫星钟的修正参数、 电离层延迟修正参数等重要数据的二进制代码， 也称数据码 （D 码） 。 14、GPS 导航电文包含以下哪些内容： 答案：ABC A. 卫星星历 B. 卫星钟改正数 C. 电离层延迟改正参数 D. C/A 码距离观测值 15、对于 GPS 卫星导航电文的第二数据块，下列那些说法正确? A. 由第二、三子帧中的内容构成 答案：ACD
3 通过观测值相减来消除公共的钟差项。 22．为什么 GPS 测量中必须仔细地消除钟误差？ 答：在 GPS 测量中我们是以及卫星信号的传播时间 ∆t = t2 − t1 来确定从卫星至接收机的 距离的。其中 t1 为卫星钟所测定的信号离开卫星的时刻，t2 为接收机钟所测定的信号到达接 收机的时刻。若信号理论卫星时卫星钟相对于标准的 GPS 时的钟差为 δ Ts ，信号到达接收 机时接收机钟相对于标准的 GPS 时的钟差为 δ TR ，那么上述钟误差对测距所造成的影响为