山东农业大学GPS复习题及答案

●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。//
c t c ( v t v T )
i
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 1 2 3 4 则有下式成立。
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):
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。
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。///
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。
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
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； ●给整周未知数的确定带来不便。
Hale Waihona Puke Baidu
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,Conventional Terrestrial 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。
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？
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。
●降低长距离相对定位的精度；
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？
12 2 2 2 3 2 4
( X P X 1 ) 2 (Y P Y1 ) 2 ( Z P Z 1 ) 2 ( X P X 2 ) 2 (Y P Y2 ) 2 ( Z P Z 2 ) 2 ( X P X 3 ) 2 (Y P Y3 ) 2 ( Z P Z 3 ) 2 ( X P X 4 ) 2 (Y P Y4 ) 2 ( Z P Z 4 ) 2
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<10km),信号通过对流层的路径大体相同, 所以采用相对定位时可以明显地减弱其影响。 结论：随着同步观测站之间距离的增大,大气状况的相关性减弱。当距离>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 建立自己的 GPS 卫星跟踪网,进行独立定轨,得到较准 确的后处理星历,供精确定位用。 ●相对定位 星历误差对相距不太远的两个测站的影响基本相同 ,所以对于确定两个 测站之间的相对位置，基本上不受星历误差的影响。 二.卫星钟误差 P109 消减措施 ●导航电文给出参数改正 由主控站测定出钟参数,编入导航电文发布给用户。经钟差改 正后, 引起的等效距离偏差不超过 6m 。 ●相对定位 经改正后的残差,在相对定位中可通过差分法得到消除。
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。///