GPS原理与应用复习试题解析

GPS原理与应用复习题GPS测量试卷A卷一、填空（每空0.5分，共10分）1、GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户部分—GPS接收机。

2、GPS系统的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成，它们均匀分布在6个近似圆形轨道上。

3、GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。

4、GPS卫星位置采用WGS-84大地坐标系。

5、GPS系统中卫星钟和接收机钟均采用稳定而连续的GPS时间系统。

6、GPS卫星星历分为预报星历(广播星历)和后处理星历（精密星历）。

7、GPS接收机依据其用途可分为：导航型接收机、测地（量）型接收机和授时型接收机。

8、在GPS定位工作中，由于某种原因，如卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象称为整周跳变（周跳）。

9、根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有：点连式、边连式、网连式和边点混合连接四种基本方式。

选择什么样的组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。

二、名词解释（每题3分，共18分）1、伪距：就是由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所得出的量侧距离。

由于卫星钟、接收机钟的误差以及信号经过电离层和对流层的延迟，量侧距离的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此，称量侧距离的伪距。

2、GPS相对定位：是至少用两台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。

3、观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段称为观测时段，简称时段。

4、同步观测环：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。

5、后处理星历：一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪占所获得的对GPS 卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似的方法而计算的卫星星历。

由于这种星历是在事后向用户提供的在其观测时间内的精密轨道信息，因此称为后处理星历。

6、静态定位：如果在定位时，接收机的天线在跟踪GPS卫星过程中，位置处于固定不动的静止状态，这种定位方式称为静态定位。

三、简答（每题6分，共36分）1、简述GPS系统的特点。

答：①定位精度高；（1分）②观测时间短；（1分）③测站间无需通视；（1分）④可提供三维坐标；（1分）⑤操作简便；（0.5分）⑥全天候作业；（1分）⑦功能多，应用广；（0.5分）（回答：全能性、全球性、连续性和实时性的也各1分。

）2、简述接收机的主要任务。

答：当GPS 卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行（2分）；对所接收到的GPS 信号，具有变换、放大和处理的功能（2分）；测量出GPS 信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS 卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间（2分）。

3、简述无摄运动中开普勒轨道参数。

答：轨道椭圆的长半径；（1分）轨道椭圆偏心率（或轨道椭圆的短半径）；（1分）卫星的真近点角；（1分）升交点赤经；（1分）轨道面倾角；（1分）近地点角距。

（1分）4、简述伪距定位观测方程中划横线参数的含义。

()()()12222j j 'k 12c t jj j j j S S S X X Y Y Z Z c t δρδρδρδ⎡⎤-+-+--=++-⎢⎥⎣⎦ 式中，j 为卫星数，j = 1 , 2 , 3 ,…答：k t δ：接收机钟差（1分）； 'j ρ：（对j 号卫星的）伪距观测值（2分）； 1jδρ、2jδρ：分别为电离层延迟和对流层延迟的改正数（2分）； j t δ：为卫星钟差（1分）。

5、减弱电离层影响的措施。

答：利用双频观测;（2分）利用电离层改正模型加以改正;（2分）利用同步观测值求差。

（2分）6、简述快速静态定位的作业方式。

答：在测区中部选择一个基准站，并安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星(3分)；另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测数分钟(3分)。

四 、论述（共23分）1、什么是伪距单点定位？说明用户在使用GPS 接收机进行伪距单点定位时，为何需要同时观测至少4颗GPS 卫星？（13分）答：根据GPS 卫星星历和一台GPS 接收机的伪距测量观测值来直接独立确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中的绝对坐标的方法叫单点定位，也叫绝对定位。

（5分）由于进行伪距单点定位时，每颗卫星的伪距测量观测值中都包含有接收机钟差这一误差，造成距离测量观测值很不准确。

（4分）需要将接收机钟差作为一个未知数加入到伪距单点定位的计算中，再加上坐标三个未知数，所以至少需要4个伪距观测值，即需要同时观测至少4颗GPS 卫星。

（4分）2、什么是多路径误差?试述消弱多路径误差的方法。

（10分）答：在GPS 测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线，这就和直接来自卫星的信号产生干涉，从而使观测值偏离真值，产生多路径误差。

（5分）消弱多路径误差的方法:（1）选择合适的站址a 、 测站应远离大面积平静地水面; （1分）b 、 测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中; （1分）c 、 测站应离开高层建筑物 . （1分）（2）对接收机天线的要求a 、在天线中设置抑径板（1分）b 、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。

（1分）五 、综合分析（共13分）根据下列控制网的图形，用三台天宝4800双频接收机作业，相邻点的距离约1 km ，仪器迁移时间约20-30分钟，已知接收机的使用序号和机号如下表，要求最少有三个同步观测环，同步观测时间为1小时。

（1）编写定位的先后次序（6分）。

（2）写出三个同步观测环和一个独立环。

（4分）（3）根据下图PDOP 值选择每一个同步观测环最佳的观测时段。

（3分）答：（1）观测时段1：A 点（接收机1）、B 点（接收机2）、D 点（接收机3）（2分）观测时段2：A 点（接收机1）、B 点（接收机2）、C 点（接收机3）（2分）观测时段3：B 点（接收机2）、C 点（接收机3）、D 点（接收机1）（2分）（2）同步观测环：观测时段1的AB 、BD 、AD 三边所组成的闭合环；（1分）观测时段2的AB 、BC 、AC 三边所组成的闭合环；（1分）观测时段3的BC 、CD 、BD 三边所组成的闭合环；（1分）独立环：观测时段1的独立边AB 、AD 和观测时段3的独立边BD 三边所组成的闭合环；（1分）；（没有明确写明是独立边的酌情处理）（3）在这三个时间段内选择较好：观测时段1： 5：00 - 6：00（1分）观测时段2： 13：30：- 14：30（1分）观测时段3： 18：00 - 19：00（1分）GPS测量试卷B卷一、填空（每空0.5分，共10分）1、卫星定位中常采用空间直角坐标系及其相应的大地坐标系，一般取地球质心为坐标系原点。

2、我国目前常采用的两个国家坐标系是 1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系。

3、GPS接收机的天线类型主要有：单板天线、四螺旋形天线、微带天线和锥形天线。

4、GPS接收机主要由GPS接收机天线单元、GPS接收机主机单元和电源三部分组成。

5、单站差分按基准站发送信息的方式来分，可分为位置差分、伪距差分和载波相位差分。

6、与信号传播有关的误差有电离层折射误差、对流层折射误差及多路径效应误差。

7、GPS的数据处理基本流程包括数据采集、数据传输、数据预处理、基线解算、GPS网平差。

8、GPS卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。

9、对于N台GPS接收机构成的同步观测环，有J条同步观测基线，其中独立基线数为N-1。

10、双频接收机可以同时接收L1和 L2信号，利用双频技术可以消除或减弱对流层折射对观测量的影响，所以定位精度较高，基线长度不受限制，所以作业效率较高。

二、名词解释（每题3分，共18分）1、WGS-84 大地坐标系：原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0定义的零子午面和CTP赤道的交点，Y 轴与Z、X轴构成右手坐标系。

2、GPS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坐标系中相对坐标系原点的决对位置.3、广域差分：基本思想是对GPS观测量的误差源加以区分，并单独对每一种误差源分别加以“模型化”，然后将计算的每一种误差源的数值，通过数据链传输给用户，以对用户GPS定位误差加以改正，达到削弱这些误差源，改善用户GPS 定位精度的目的。

4、同步观测：同步观测:同步观测是指两台或两台以上接收机同时对一组卫星进行的观测.5、异步观测环：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，则该改多边形环路叫异步观测环。

6、整周跳变：在定位过程中，卫星信号可能被暂时阻挡，或受外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累计计数，出现信号失锁，使其后的相位观测值均含有同样的整周误差，这种现象叫整周跳变，简称周跳。

三、简答（每题6分，共36分）1、简述美国GPS卫星的主要参数。

答：GPS系统的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成(2分)，它们均匀分布在6相对与赤道的倾角为55°的近似圆形轨道上，它们距地面的平均高度为20200Km，运行周期为11小时58分(2分)。

载波频率为1575.42MHz和1227.60MHz(2分)。

2、简述卫星的受摄运动及其主要摄动力。

答：考虑了摄动力作用的卫星运动称为卫星的受摄运动(2分)。

主要的摄动力有：日月引力(1分)；地球潮汐作用力(1分)；太阳辐射压力(1分)；大气阻力(1分)。

3、简述动态定位的作业方法。

答：建立一个基准站安置接收机连续跟踪所有可见卫星 (2分)；流动站接收机先在出发点上静态观测数分钟，然后流动站接收机从出发点开始连续运动(2分)；按指定的时间和间隔自动测定运动载体的实体位置(2分)。

4、如何减弱GPS接收机钟差。

答：把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数，在数据处理中与观测站的位置参数一并求解。

(2分)认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的，像卫星钟那样，将接收机钟差表示为时间多项式，并在观测量的平差计算中求解多项式的系数。

此法可大大减少未知数，其成功与否关键在与钟误差模型的有效程度。

(2分)通过在卫星间求一次差来消除接收机的钟差。

(2分)5、试说明载波相位观测值的组成部分。

答：完整的载波相位观测值是由三部分组成的：即载波相位在起始时刻沿传播路N(2分)，和从某一起始时刻至观测时刻之间载波相位变化的径延迟的整周数0Intφ(2分)，以及接收机所能测定的载波相位差非整周的小数部分整周数()Frφ(2分)。