GPS复习资料

GPS复习资料
1.全球定位系统GPS：一种可以授时和测距的空间交会点的导航系统，可为全球用户提供
连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息。

2.静态定位：待定点位置相对其周围点为没有变化，其天线位置处于固定不动的静态位置
3.相对定位：至少用两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线
之间的相对位置、
4.绝对定位：也叫单点定位，即利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定
用户接收机天线在WGS 84坐标系中相对于坐标系统原点地球质心的绝对位置
5.周跳：在跟踪卫星过程中，由于某种原因计数器无法连续计数，当信号重新被跟踪后，
整周计数就不正确，但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的，这种现象称为周跳。

6.整周模糊度：载波在空间传输的整周期数，无法通过观测获得的未知数
7.异步环：在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则称多变
形环路为异步观测环。

同步环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。

同步环之间的连接方式：点连式，边连式，网连式，点边混合连式
8.卫星高度角：GPS卫星的观测时待GPS卫星升离地平线一定角度才开始的，这个角度
称为卫星高度角
9.GPS卫星定位星座：在用GPS信号导航定位时，为了解算测站的三维坐标，必须观测
4颗GPS卫星。

GPS卫星星座：由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成
10.多路径效应：由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称做多路径效应。

多路径误
差包括反射波和载波相位测量中的多路径误差。

消弱其的方法有（1）选择合适的站址：测站应远离大面积平静的水面、测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中、测站应离开高层建筑物（2）对接收机天线的要求：在天线中设置抑径板、接收天线对于极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用
11.GPS卫星星历：某一时刻描述卫星运动轨道的信息，轨道参数及其变率
12.卫星星历误差：有星历所给出的卫星在空间的位置与实际位置之差称为卫星星历误差。

影响：对单点定位的影响大小取决与dρi的大小，广播星历误差对测量精度的影响一般可达到数米数十米及对相对定位的影响。

决方法有：建立自己的卫星跟踪网独立定轨、轨道松弛法、同步观测值求差
13.轨道松弛法：在平差模型中把卫星星历给出的卫星轨道作为初始值，视其改正数为未知
数，通过平差同时求得测站位置及轨道的改正数的方法
14.导航电文：由GPS卫星向用户播发的一组反映卫星在空间的运动轨道、卫星钟的改正
参数、电离层延迟修正参数及卫星的工作状态等信息的二进制代码
15.GPS水准：利用GPS和水准测量成果确定似大地水准面的方法。

作用：精确计算各
GPS 点的正常高H；求定高精度的似大地水准面计算方法有：绘等值线图法、解析内插法、曲面水合法
16.大地高：指从一地面点沿过此点的地球椭球面的法线到地球椭球面的距离正常高：地
面点沿铅垂线至似大地水准面的距离高程异常：参考椭球面与似大地水准面的距离
17.同步观测：两台或三台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测
18.独立观测环：有独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称独立环
19.差分动态定位：用两台接收机在两个测站上同时测量来自相同GPS卫星的导航定位信
号，用以联合测得动态用户的精确位置
20.对流层折射：GPS信号通过对流层时使传播路径发生弯曲，使测量距离产生偏差的现象
21.基准：是指用以描述地球形状的地球椭球的参数
22.卫星定位基本原理：卫星导航定位系统，用无线电测距交会原理，三个地面控制点交会
出卫星位置，反之三颗已知空间位置卫星交会出地面未知点位置。

23.简述GPS系统组成、作用及GPS系统特点。

GPS系统包括三大部分：空间部分-GPS；
地面控制部分-地面监控系统；用户部分-GPS信号接收机。

作用分别为a.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各种信息b.跟踪GPS卫星，确定卫星的运行轨道及卫星钟改正数，并通过注入站送往卫星c.测定从接收机至GPS卫星的距离，求出的三维位置、三维运动速度和钟差等地面监控系统包括1个主控站、3个注入站、5个监控站。

GPS特点：定位精度高；观测时间短；测站间无需通视；可提供三维坐标；操作简便；全天候作业；功能多，应用广
24.主控站的主要作用？答：a负责、管理、协调地面监控系统各部分的工作b根据各监测
站送来的资料，计算预报工作卫星轨道和卫星钟改正数，并按规定格式编制成导航电文送往地面注入站c调整卫星轨道和卫星钟读数，卫星出现故障负责修复或启用备用卫星
25.电离层折射误差及减弱电离层影响的措施？答：用信号的传播
时间乘以真空中光速而得
到的距离就不会等于卫星至接收机间的几何距离，这种偏差叫电离层折射误差。

减弱措施：（1）利用双频观测（2）利用电离层改正模型加以修正（3）利用同步观测值求差26.GPS线性组合：GPS载波相位观测值可以在卫星间求差，也可以在不同历元间求差各种求差法都是观测值的线性组合。

接收机间求一次差，接收机和卫星间求二次差，接收机、卫星和观测历元间求三次差
27.简述何为GPS伪距测量，写出伪距法定位的观测方程并解释式中各项含义？由GPS
伪距测量原理：接收机测得四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星的位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标及时钟改正数，所测伪距为卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速得出来的测量距离。

观测方程为：[（Xs-X）+（Ys-Y）+（Zs-Z）]-Cδt =ρ＇+δρ+δρ+δρ-Cδ式中（Xs,Ys,Zs）为某历元卫星坐标，卫星钟差改正数，ρ＇为伪距观测值，δρ、δρ分别为电离层改正和对流层改正，C 为光速，（X，Y，Z）、分别为测站点坐标和接收机钟差改正数28.为什么采用码相关技术来确定伪距？答：GPS 卫星发射出的测距码在一周期内每个码
对应着一特定的时间，识别出每个码的形状特征，即用每个码的某一标志可推算出时延值τ进行伪距测量。

但是每个码都带有随机误差，且信号传送也会产生变形。

因此推算来的时延值τ就会有较大的误差。

因此采用码相关技术在自相关系数R(τ＇)=MAX 的情况下来确定信号的传播时间τ。

排除了随机误差的影响，实质上就是采用了多个码特征来确定τ的方法
29.GPS 控制网数据处理的目的？答：对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差；统一数据文
件格式并将各数据文件加工成标准化文件（如GPS 卫星轨道方程的标准化，卫星时钟钟差标准化等），找出整周跳变点并修复观测值；对观测值进行各种模型改正
30.GPS载波相位测量原理，写出载波相位测量观测方程并解释式
内各项含义？原理：
把载波作为测量信号，载波进行相位测量可以达到很高的精度，通过测量载波的相位而
求得接收机到卫星的距离。

ρ为卫星至
接收机之间几何距离，分别为卫星钟接收机钟差，ρ1 ρ2为电离层对流层影响31.简述GPS 卫星观测的误差来源及消除或削弱的措施？答：按误差来源：（1）与信号传
播有关的误差（电离层折射、对流层折射及多路径效应）消弱措施：利用双频观测、进行模型改正、利用同步观测求差、合适的站址、在天线中设置抑径板（2）与卫星有关的误差（卫星星历差、卫星钟误差及相对论效应）办法：建立自己的卫星跟踪网独立定轨、轨道松弛法、同步观测值求差、卫星钟差改正（3）与接收机有关的误差和观测误差（接收机钟误差、接收机位置误差、天线相位中心位置误差及几何图形强度误差等）
消弱措施：建立误差改正模型对观测值进行改正、通过观测值求值、好的观测条件、采用恰当的观测方法等
32.产生周跳的原因及探测和修复周跳的办法，如何确定整周未知数N？原因：卫星信
号被某些障碍物阻断；仪器线路故障使基准信号无法和卫星信号混频以产生差频信号，或虽产生了但无法正确计算；由于外界干扰使载波跟踪环路无法锁定信号。

探测方法有：（1）屏幕扫描法（2）用高次差后多项式拟合法（3）在卫星间求差法。

修复方法：用双频观测值修复周跳；根据平差后的残差发现和修复整周跳变。

确定N值：伪距法、多普勒法、将整周未知数当做平差中的待定参数、快速确定整周未知数法
33.GPS 定位时实际上广为采用的求差法有哪几种？为何要进行求差？答：在接收机间求
一次差，在接收机和卫星间求二次差，在接收机、卫星和观测历元间求三次差。

原因：
(1)可消除或减弱一些系统性误差的影响，如一次差可消除卫星钟误差的影响，削弱卫星
星历误差、对流层折射和电离层折射的影响；二次差可消除接收机钟误差的影响；三次差可消除整周未知数N (2)可减少平差计算中未知数的数量
34.简述GPS控制网的布设原则？GPS网应构成闭合图形，有一定数量的重复边，平均每
个测站的设站次数应在2次以上；GPS网点地面控制点相重合，不少于3个；GPS网中布设一定密度的水准联测点，确定GPS网的高度；GPS网点选在容易到达和视野开阔的地方，以便观测和保证接收机在观测时段内至少搜索4颗卫星；在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向，便于用经典方法联测或扩展
35.GPS 控制网布网的连接方式：点连式、边连式、网连式、边点混合连接式、三角锁连
接、导线网形连接、星形布设
36.整体平差的目的：消除图形闭合差的不符值，并建立网的基准。

无约束平差的作
用：评定GPS网精度，剔除粗差；得到GPS网格上WGS84坐标系经平差处理的三维直角坐标；为高程拟合提供平差后的高程数据。

37.测距伪码观测值受到的电离层延迟与总电子含量成正比与信号频率成反比
38.在接收机间求一次差后可消除卫星钟差参数继续求二次差可消除接收机钟差三次差课
消除整周模糊度
39.单站差分GPS按基站发送的信息方式来分可分为位置差分、伪距差分、相位差分
40.差分GPS按其工作原理和数学模型课分为三种类型单基站差分GPS、具有多个基准站
的局部区域差分GPS、广域差分GPS
41.利用载波相位观测进行定位，必须首先解决整周数不确定和整周跳变
42.根据不同的用途，GPS的图形部设通常有三角网式、多边形网式、附合导线网式、星形
网式四种基本方式
43.GPS卫星信号中含有多种定位信息，目前广泛采用的基本观测主要有两种，单点定位、
和相对定位定位的方式可分为静态定位和动态定位
44.GPS的基准包括位置基准、尺度基准、和方位基准
45.全球定位系统是由空间部分、地面监控部分和用户部分组成。

其中地面监控部分是由主
控站、监测站、注入站以及通信和辅助系统组成
46.GPS基线向量网平差时的数据可分为：GPS基线向量观测值、地面网观测值、地面网
的约束数据
47.当同步闭合环的闭合差较小时，通常只能说明GPS基线向量的计算合格，并不能说明
GPS边的观测精度高，也不能发现接收机信号干扰产生的粗差
48.GPS网技术设计的依据：GPS测量规范（规程）和测量任务书
49.GPS卫星信号由载波、导航电文、测距码组成
50.GPS测量的作业模式：静态定位、快速静态定位、准动态定位、动态相对定位
51.GPS基线向量平差是以GPS基线向量为观测值，以其方差阵之逆阵为权，进行平差计
算，消除许多图形闭合条件不符值，求定各GPS网点的坐标并进行精度评定
52.GPS基线向量根据平差时采用观测值和起算数据和类型将平差分为：无约束平差、约束
平差、联合平差
53.ITRF框架实质上是一种地球坐标系，其原点在地球体系(含海洋和大地圈)的质心，以
WGS84椭球为参考椭球
54.GPS接收机分类：a用途：导航型、测地型、授时型b载波频率：单频、双频c
通道数：多通道、序贯通道、多路多用通道d工作原理：码相关、平方型、混合型、干涉型
55.GPS 测量数据处理的基本过程：数据采集→数据传输→预处理→基线解算→GPS 网平
差。

56.地面监控部分的工作程序？答：由监测站接受GPS卫星信号，并将测距数据以及气象
数据、卫星状态数据等发送到主控站；再由主控站对测距数据进行包括电离层、对流层、相对论效应等的传播时延改正，并用卡尔曼数学滤波器进行连续数据平滑处理及最小二乘与多项式拟合，以提供卫星的位置和速度的六个轨道数的摄动，每个卫星的三个太阳压力常数，卫星的时钟偏差、漂移和漂移率、各监测站的时钟偏差、对流层残余偏差及三个极移偏差状态数据，并将这些数据编成导航电文传送到注入站，最后由注入站将这些导航电文注入卫星
57.GPS卫星的主要作用有哪三方面？答：(1)陆地应用，主要包括车辆导航、大气物理观
测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测等；(2)海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、水文地质测量以及海洋平台定位等；(3)航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导等
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