航海仪器复习资料

航海仪器复习题

1、何为卫星导航系统？目前世界上开发的全球定位系统有哪些？（6分）

卫星导航系统：由导航卫星、地面站、和用户设备三部分组成，导航卫星用于发送定位信号，地面站对卫星进行跟踪控制并注入导航信息，位于用户运载体上的导航接收机接收卫星信号以实现定位与导航。

世界上的定位系统：1、GPS 卫星导航系统；2、格罗纳斯卫星导航系统；3、北斗卫星导航系统；4、伽利略卫星导航系统

2、卫星基本轨道参数有哪些？（6分）

1、轨道倾角i ；

2、升交点赤经Ω；

3、近地点幅角ω；

4、轨道长半径a ；

5、轨道偏心率e ；

6、平近点角M （0-2π）

3、GPS 系统怎么设置的？相互之间是 怎样联系的？（10分）

由GPS 导航卫星网、地面站和用户设备三大部分组成。

GPS 导航卫星网:由21颗工作卫星与3颗备用卫星组成，轨道高度约为20200km 左右，运行周期11h58min ，轨道倾角约为55°，发射频率为1575.42MHZ 和1227.60MHZ 两种频率，发射天线由12个鞭状螺旋天线组成的螺线天线阵，发射电源由太阳能电源和镉镍蓄电池组成，卫星钟为电子钟。

GPS 地面站:由主控站、5个跟踪站和3个注入站三部分组成。

用户设备（GPS 卫导仪）:由天线、接收机、微处理片和输入输出组成。

相互之间的联系：1、导航卫星与地面站：通过跟踪站收集的气象位置信息形成导航电文，并将测定的信息传送到主控站，通过收集、评价数据，并形成导航信息码发送到3个注入站，再由注入站将导航电文发送到导航卫星，使得导航电码始终保持更新。

2、导航卫星与用户设备：用户设备通过导航卫星的信号来测量时间和多普勒频移，并从中解调出导航电文，由导航电文获得该瞬时的导航卫星的空间位置，从而完成定位计算、测速计算。

4、GPS 定位原理如何，说经经典导航算法的基本步骤？（10分） 定位原理：GPS 导航方程： GPS 系统是个测距（时间）的定位系统，由于在测量过程中，用户的时钟为普通石英钟无法与导航卫星的的电子钟完全同步，因此测量出来的距离不是真实距离，而是伪测距，与真实的距离存在时钟偏差因而产生误差。通过分析，如果同时去测量四颗卫星，则用户所使用的石英钟与卫星的电子钟几乎是完全同步的，即可求出用户的位置（x 、y 、z ）。

经典导航算法：将基本导航方程r 线性化，线性方程的系数是由用户及卫星之间的相对位置决定，因此可以用叠代法来计算用户位置：1、先设一个用户位置，2、通过用用户位置和卫星相对位置方程求出一个系数，3、依次求出多个系数。通过系数收敛于一个点即可得出用户位置。

5、GPS 系统有哪两类加密码？各有何特点（6分）

1、P 码：P 码是一种连续、长周期的伪随机二进制序列码，其码率为10.23MHz ，码周期为7d 、每个周期开始于星期六格林尼治标准时午夜1200时。这种码具有精确额时间和距离测量能力。

2、CA 码：是一种低速、短周期的伪随机二进制序列码。CA 码的码率为1.023MHz ，码周期为1ms 、CA 码测距精度较低，但它具有协助获得P 码的能力。

6、GPS 系统能够的自相关特性和互相关特性指的是什么？在接收信号是起什么作用（6分） 自相关特性：用同样合适的码结构去对的过程中只有完全对齐的情况下，才会有一个较大的数值输出，而没有对齐时则会输出一个较小的数值。 4

,3,2,1)()()()(222*=∆-∆∙+∆∙+-+-+-=i t t C t C Z Z Y Y X X r si

Ai u si si si i

互相关特性：用不同的码结构去对的过程中，永远是个小的输出才是具有良好的互相关特性。作用：自相关特性：使用加密码测量延时。互相关特性：防止卫星之间相互干扰。

7、GPS卫星导航电文信号格式如何？一个完整的导航电文包括哪些类容？（10分）

格式：导航电文信号时经过二进制编制而成的数据码，码率为每秒50个码位，1、2、3子帧全相同，4、5子帧分25页为星历和历书。

内容：一个完整的导航电文包括卫星上各有关系统工作状态、系统时间、卫星钟偏差校正参量、卫星星历、卫星历书、卫星识别标志及卫星导航有关的其他信息。

8、GPS系统伪测误差由哪些组成？（6分）

1、卫星误差：包括星历表误差、卫星钟剩余误差和群延迟误差等

2、信号传播误差：受传播介质的影响，卫星信号传播的路径和速度变化产生的测距误差。信号传播误差有电离层折射误差、对流层折射误差、多径效应。

3、GPS接收机误差：GPS接收机误差有接收机通道间偏差、接收机噪声及量化误差。

9、DOP值指什么？对定位误差有何影响？二维定位和三维定位分别采用弄什么DOP类型？（6分）

DOP值即为几何精度因子。

DOP值越小，定位精度越高，定位误差越小。

二维定位采用HDOP，三维定位采用PDOP。

10、说明DGPS的工作原理?（6分）

DGPS由GPS卫星网、基准站、数据链及用户四部分组成，DGPS基准站的位置精确已知，基准站用GPS接收机定位后，与其已知位置比较，计算出修正量。一般DGPS用户和基准站之间距离较近，两者的GPS接收机观测定位误差基本相近，基准站的误差修正数据可以被用户用来修正其观测结果，该误差修正数据被称为差分修正数据。基准站通过数据链以广播或其他的通信方式将差分修正数据发送给用户，对用户测量的数据进行修正，使用户获得高精度的定位结果。

11、GPS卫导仪有哪些功能？（6分）

1、显示定位和导航数据：纬度、经度、高度，航迹向、航迹速、至航路点恒向线或大圆的操舵航向和距离、航行所需要的时间、偏航、航路点间的方向和航程、若有陀螺罗经和计程仪输入时，可显示流向和流速。

2、能够设置一些参数：HDOP、二维定位、三维定位、变换使用测地系。

3、位置更新时间约1s、导航数据更新时间3~5s。

4、显示卫星信息：卫星编号、方位、仰角、卫星工作状态、信噪比、星座预报。

5、能储存、设计航线和航路点。

6、警报：偏航、守锚监视、到达航路点所设定的范围、接收机故障等。

7、接口功能：提供输入/输出接口。