1、GPS原理及應(yīng)用復(fù)習(xí)填空題1、GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分 地面監(jiān)控系統(tǒng) ；用戶部分 接收機(jī) 。3 地面監(jiān)控系統(tǒng)：1個主控站3個注入站5個監(jiān)控站4、GPS衛(wèi)星位置采用 WGS-84 大地坐標(biāo)系。 衛(wèi)星定位中常采用空間直角坐標(biāo)系及其相應(yīng)的大地坐標(biāo)系，一般取 地球質(zhì)心 為坐標(biāo)系原點(diǎn)。5、我國目前常采用的兩個國家坐標(biāo)系是 1954年北京坐標(biāo)系 和 1980年國家大地坐標(biāo)系 。7、 GPS衛(wèi)星星歷分為預(yù)報(bào)星歷（廣播星歷）和后處理星歷（精密星歷）。8、GPS接收機(jī)依據(jù)其用途可分為：導(dǎo)航型 接收機(jī)、測地型 接收機(jī)和 授時型 接收機(jī)。 GPS接收機(jī)按載波頻率分為：單頻接收機(jī)

2、、雙頻接收機(jī)。GPS接收機(jī)按接通道數(shù)分為：多通道接收機(jī)、序貫通道接收機(jī)和多路多用通道接收機(jī)。10、 在GPS定位工作中，由于某種原因，如衛(wèi)星信號被暫時阻擋，或受到外界干擾影響，引起衛(wèi)星跟蹤的暫時中斷，使計(jì)數(shù)器無法累積計(jì)數(shù)，這種現(xiàn)象稱為 整周跳變 。 整周跳變的探測與修復(fù)的幾種方法 1屏幕掃描法2高次差或多項(xiàng)式擬合法3在衛(wèi)星間求差法4用雙頻觀測值修復(fù)周跳11、根據(jù)不同的用途，GPS網(wǎng)的圖形布設(shè)通常有：點(diǎn)連式、邊連式 、 網(wǎng)連式和 邊點(diǎn)混合連接 四種基本方式。12GPS測量誤差來源 與信號傳播有關(guān)的誤差：電離層折射誤差，對流層折射誤差，多路徑效應(yīng)誤差。與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：衛(wèi)星星歷誤差，衛(wèi)星鐘誤差，相

3、對論效應(yīng)。與接收機(jī)信號接收有關(guān)的誤差：接收機(jī)鐘誤差，接收機(jī)位置誤差，天線相位中心位置誤差等。其他誤差：地球自轉(zhuǎn)、 地球潮汐。13、GPS的數(shù)據(jù)處理基本流程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸 、數(shù)據(jù)預(yù)處理、 基線結(jié)算、GPS網(wǎng)平差。14.GPS衛(wèi)星定位原理和方法包括：偽距法定位，載波相位測量定位，差分GPS定位。15、GPS衛(wèi)星信號包含 載波 、 測距碼 、 數(shù)據(jù)碼 （導(dǎo)航電文）三類。16、GPS定位時的誤差源，常用的差分法有如下三種：在接收機(jī)間求一次差；在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差；在接收機(jī)、衛(wèi)星和 觀測歷元間 求三次差。17.利用載波相位觀測進(jìn)行定位首先解決整周模糊度和整周跳變兩個問題18、測地型GPS測量

4、時，其基本觀測量是 偽距 、 載波相位 。19、在進(jìn)行GPS 測量時，觀測量中存在著 系統(tǒng)誤差 和偶然誤差。其中 系統(tǒng) 誤差影響尤其顯著。20、GPS網(wǎng)一般是求得測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，其中高程為 大地 高，而實(shí)際應(yīng)用的高程系統(tǒng)為 正常 高系統(tǒng)。21、GPS定位的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采取 空間距離后方交會的方法，確定待定點(diǎn)的空間位置。23. 利用GPS進(jìn)行定位有多種方式，如果就用戶接收機(jī)天線所處的狀態(tài)而言，定位方式分為靜態(tài) 定位和 動態(tài) 定位；若按參考點(diǎn)的不同位置，又可分為單點(diǎn)定位和相對定位。25.在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差，可消去兩測站接收機(jī)的 相對鐘差改正。26.

5、GPS基線向量屬于WGS-84坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)差27.GPS預(yù)處理的目的是：對數(shù)據(jù)平滑濾波檢驗(yàn)，剔除粗差；統(tǒng)一數(shù)據(jù)文件格式并將數(shù)據(jù)文件加工成和標(biāo)準(zhǔn)化文件；找出整周跳變點(diǎn)并修復(fù)觀測值；對觀測值進(jìn)行各種模型的改正28.相對點(diǎn)位的結(jié)果是空間坐標(biāo)差和大地坐標(biāo)差29同一條基線，其直接解算結(jié)果與獨(dú)立基線推算所得結(jié)果之差就產(chǎn)生了所謂的坐標(biāo)閉合差條件30.同步環(huán)路的站間距離總數(shù)為m（m-1）/2 獨(dú)立基線：m-132.GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)：GPS測量規(guī)范和測量任務(wù)書。名詞解釋1.大地原點(diǎn)，稱大地基準(zhǔn)點(diǎn)，是國家地理坐標(biāo)經(jīng)緯度的起算點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)2.WGS-84 大地坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984

6、.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0定義的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸與Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。3、天球：指以地球質(zhì)心為中心，半徑r為任意長度的一個假想球體，為建立球面坐標(biāo)系統(tǒng)，必須確定球面上的一些參考點(diǎn)、線、面和圈。4、天球坐標(biāo)系：以天球及天球上的點(diǎn)線圈為基礎(chǔ)所建立的坐標(biāo)系。5、地球坐標(biāo)系：以地球及地球上的點(diǎn)線圈為基礎(chǔ)所建立的坐標(biāo)系6. 歲差：春分點(diǎn)除因地球自轉(zhuǎn)軸方向改變引起的變化外還因黃道的緩慢變化而變化7. 章動：地球瞬時自轉(zhuǎn)軸在慣性空間不斷改變方向的周期性運(yùn)動。8.靜態(tài)定位：指的是對于固定不動的待定點(diǎn)，將GPS接收機(jī)安置于其上，觀測數(shù)分鐘乃至更長的時間，以

7、確定該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，也叫絕對定位。9.動態(tài)定位：至少有一臺接收機(jī)處于運(yùn)動狀態(tài)，測定的是各觀測時刻運(yùn)動中的接收機(jī)的點(diǎn)位。GPS 動態(tài)定位 1單點(diǎn)動態(tài)定位 2實(shí)時差分動態(tài)定位 3后處理差分動態(tài)定位10、GPS相對定位：是至少用兩臺GPS接收機(jī)，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺接收機(jī)天線之間的相對位置。11.GPS絕對定位:也叫單點(diǎn)定位，即利用GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離觀測值直接確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中相對坐標(biāo)系原點(diǎn)的決對位置.12.單點(diǎn)動態(tài)定位：用安設(shè)在一個運(yùn)動載體上的GPS信號接收機(jī)，自主地測得該運(yùn)動載體的實(shí)時位置，從而描繪出該運(yùn)動載體的運(yùn)行軌跡，所以單點(diǎn)動態(tài)定位又叫絕對

8、動態(tài)定位。13、靜態(tài)相對定位：接收機(jī)處于相對靜止?fàn)顟B(tài)下，采用至少兩臺GPS接收機(jī)同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，確定基線端點(diǎn)的相對位置或基線向量。14、觀測時段：測站上開始接收衛(wèi)星信號到觀測停止，連續(xù)工作的時間段稱為觀測時段，簡稱時段。15.同步觀測:同步觀測是指兩臺或兩臺以上接收機(jī)同時對一組衛(wèi)星進(jìn)行的觀測.16.異步觀測環(huán):在構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測基線向量，則該改多邊形環(huán)路叫異步觀測環(huán)。17.同步觀測環(huán)：三臺或以上接收機(jī)同步觀測獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)（同步環(huán)）18 獨(dú)立基線：對于N臺GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步觀測環(huán)，有J條同步觀測基線，則獨(dú)立基線數(shù)為N-1.19、偽距：

9、就是由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時間乘以光速所得出的量側(cè)距離。由于衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘的誤差以及信號經(jīng)過電離層和對流層的延遲，量側(cè)距離的距離與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離有一定的差值，因此，稱量側(cè)距離的偽距。20、整周跳變：接收機(jī)在信號跟蹤接收過程出現(xiàn)信號中斷使計(jì)數(shù)器無法連續(xù)計(jì)數(shù)，恢復(fù)正常后小數(shù)部分正確，但整周數(shù)發(fā)生跳躍，即出現(xiàn)整周跳變。21整周模糊度：載波在空間傳輸?shù)恼芷跀?shù)，無法通過觀測獲得的未知數(shù)。22、導(dǎo)航電文：包含有關(guān)衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài)、軌道攝動改正、大氣折射改正和由C/A碼捕獲P碼等導(dǎo)航信息的數(shù)據(jù)碼（或D碼），是利用GPS進(jìn)行定位的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。2

10、3. 衛(wèi)星星歷：描述衛(wèi)星運(yùn)動軌道的信息。有了衛(wèi)星星歷就可以計(jì)算出任意時刻的衛(wèi)星位置及其速度。25、廣播星歷: 衛(wèi)星將地面監(jiān)測站注入的有關(guān)衛(wèi)星運(yùn)行軌道的信息，通過發(fā)射導(dǎo)航電文傳遞給用戶，用戶接收到這些信號進(jìn)行解碼即可獲得所需要的衛(wèi)星星歷，這種星歷就是廣播星歷。26、調(diào)制：將頻率較低的信號加載在頻率較高的載波上的過程稱為調(diào)制。27、相對論效應(yīng)：GPS測量中由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘在慣性空間鐘的運(yùn)動速度不同以及所處的位置引力位的不同而引起的測量誤差。28、多路徑效應(yīng)：在GPS測量中，測站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號進(jìn)入接收機(jī)天線，并和直接來自衛(wèi)星信號產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值。這種由于多路徑的信號傳

11、播所引起的干涉時延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。29【偽距定位法】偽距法定位是由GPS接收機(jī)在某一時刻測出得到4顆以上GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會的方法求定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。32.GPS水準(zhǔn)：利用GPS和水準(zhǔn)測量成果確定大地水準(zhǔn)面的方法稱GPS水準(zhǔn)33.偽距差分動態(tài)定位：就是用兩臺接收機(jī)在兩個測站上同時測量來自相同GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號，用以聯(lián)合測得動態(tài)用戶的精確位置34.同步網(wǎng) 由同步觀測環(huán)形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 異步網(wǎng) 由異步觀測環(huán)形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)簡答題1、GPS定位基本原理：根據(jù)地面已知點(diǎn)坐標(biāo)，用空間前方交會求出衛(wèi)星在軌位置；根據(jù)空中衛(wèi)星的已知坐標(biāo)，用空間后方交會的方法求出測站

12、點(diǎn)的位置。2、GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)：1定位精度高，2觀測時間短，3測站間無需通視，4可提供三維坐標(biāo)，5操作簡便，6全天候作業(yè)，7功能多，應(yīng)用廣。3. 開普勒軌道六參數(shù)（軌道根數(shù)a，e，V，i，）長半徑a 扁心率e（或短半徑b） 真近點(diǎn)角V升交點(diǎn)半徑 軌道面傾角近地點(diǎn)角距4一次差（單差），二次差（雙差），三次差可以消除哪些誤差？ （1）一次差（兩接收機(jī)間），可消除與衛(wèi)星有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)，如衛(wèi)星時鐘誤差同時減弱了衛(wèi)星軌道誤差、大氣傳播誤差對兩個測站同步觀測的影響。 （2）二次差（兩同步衛(wèi)星間），不僅可消除與接收機(jī)有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)，如接收機(jī)時鐘誤差還可以消除衛(wèi)星時鐘誤差。（雙差模型優(yōu)點(diǎn)）

13、 （3）三次差（兩歷元間），可消除與衛(wèi)星和接收機(jī)有關(guān)的初始整周模糊度項(xiàng)N。5、什么是多路徑誤差?試述消弱多路徑誤差的方法。 在GPS測量中，如果測站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號進(jìn)入接收機(jī)天線，這就和直接來自衛(wèi)星的信號產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值，產(chǎn)生多路徑誤差。消多路徑誤差的方法:（1）選擇合適的站址 測站應(yīng)遠(yuǎn)離大面積平靜地水面; （1分）測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中; （1分）測站應(yīng)離開高層建筑物 . （1分）（2）對接收機(jī)天線的要求 a、在天線中設(shè)置抑徑板（1分）b、接收天線對于極化特性不同的反射信號應(yīng)該有較強(qiáng)的抑制作用。（1分）6星歷誤差對定位的影響有哪些？減弱星歷誤差影

14、響的途徑有幾種？答：對于單點(diǎn)定位時，星歷誤差的徑向分量作為等價測距誤差進(jìn)入平差計(jì)算，配賦到星站坐標(biāo)和接收機(jī)鐘改正數(shù)中去，具體配賦方式則與衛(wèi)星的幾何圖形有關(guān)。減弱星歷誤差影響的途徑：  （1）建立衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立定軌； （2）相對定位； （3）軌道松弛法。7電離層折射及其影響有哪些？減弱電離層影響的有效措施有幾種？答：當(dāng)GPS信號通過電離層時，如同其它電磁波一樣，信號的路徑會發(fā)生彎曲，傳播速度會發(fā)生變化。此時再用光速乘上信號傳播時間就不會等于衛(wèi)星至接收機(jī)的實(shí)際距離。對于GPS信號，這種距離差在天頂方向最大可達(dá)50m，在接近地平方向時可達(dá)150m。減弱電離層影響的有效措施：（1）相對定位；

15、（2）雙頻接收3 利用電離層改正模型加以改正。9接收機(jī)天線的相位中心與其幾何中心的區(qū)別在哪里？答：在GPS測量中，觀測值都是以接收機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)的，天線的相位中心也應(yīng)該與其幾何中心保持一致。但實(shí)際上天線的相位中心位置隨信號輸入的強(qiáng)度和方向不同會發(fā)生變化，使其偏離幾何中心。 10 GPS網(wǎng) 應(yīng)用GPS定位技術(shù)建立的控制網(wǎng) 其控制點(diǎn)叫做GPS點(diǎn)15、闡述偽距測量和載波相位測量的基本原理，并寫出它們的觀測方程。（14分）答：偽距法定位是由GPS接收機(jī)在某一時刻測得四顆以上GPS衛(wèi)星的偽距及已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會法求定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。GPS衛(wèi)星依據(jù)自己的時鐘發(fā)出某一結(jié)構(gòu)測距

16、碼，該測距碼經(jīng)過t時間傳播后到達(dá)接收機(jī)。接收機(jī)同時產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)完全相同測距碼（復(fù)制碼）并通過時延器進(jìn)行相關(guān)處理使兩者完全對齊，則其延遲時間即為傳播時間，與光速乘積即得偽距觀測值。觀測方程： 載波相位測量以GPS接收機(jī)接收到的載波信號與本振參考信號的相位差作為觀測量，接收機(jī)跟蹤衛(wèi)星信號，不斷測定小于一周的相位差。對載波相位觀測量運(yùn)用各種求差模型解算接收機(jī)天線的位置。觀測方程：jk=f/c*+f*ta- f*tb-f/c*1-f/c*2+Njk16、GPS測量誤差主要來源于哪幾個方面？并根據(jù)測量誤差對定位結(jié)果的影響說明在外業(yè)工作中，選擇GPS點(diǎn)時的注意事項(xiàng)。(12分)答：誤差源：衛(wèi)星部分、信號傳播

17、、信號接收、其他影響（一）衛(wèi)星部分 星歷誤差鐘誤差相對論效應(yīng)（二）信號傳播 電離層對流層多路徑效應(yīng)（三）信號接收 接收機(jī)鐘誤差位置誤差天線相位中心變化（四）其他影響 地球潮汐負(fù)荷潮選擇GPS點(diǎn)時的注意事項(xiàng)：主要要考慮消除多路徑效應(yīng)測站應(yīng)遠(yuǎn)離大面積平靜水域。灌木叢、草和其他地面植被能較好吸收微波信號的能量，是較為理想的設(shè)站地址。測站不宜選擇在山坡、山谷、和盆地中。以避免反射信號從天線抑徑板上方進(jìn)入天線，產(chǎn)生多路徑效應(yīng)。測站設(shè)置應(yīng)遠(yuǎn)離高層建筑物。20.偽距法定位：由GPS接收機(jī)在某一時刻測出得到四顆以上GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會的方法求定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)和時鐘改正數(shù)

18、。所測偽距就是由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時間乘以光速所得出的量測距離。由于衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘的誤差以及無線電信號經(jīng)過電離層和對流層中的延遲，實(shí)際測出的距離與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離有一定的差值，因此一般稱量測的距離為偽距。21.偽距法距離測量的原理：GPS衛(wèi)星依據(jù)自己的時鐘發(fā)出某一結(jié)構(gòu)的測距碼，該測距碼經(jīng)過T時間的傳播后到達(dá)接收機(jī)。接收機(jī)在自己的時鐘控制下產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)完全相同的測距碼復(fù)制碼，并通過時延器使其延遲時間t將這兩組測距碼進(jìn)行相關(guān)處理，若自相關(guān)系數(shù)R（t）1，則繼續(xù)調(diào)整延遲時間t直至自相關(guān)系數(shù)R（t）=1為止。22.載波相位測量原理：載波相位測量的觀測值是GPS接收機(jī)所接

19、收的衛(wèi)星載波信號與接收機(jī)本振參考信號的相位數(shù)。23.整周模糊度（整周未知數(shù)）的確定：偽距法將整周未知數(shù)當(dāng)作平差中的待定參數(shù)經(jīng)典方法多普勒法（三差法）快速確定整周未知數(shù)。26.GPS網(wǎng)圖形構(gòu)成的幾個基本概念：觀測時段：測站上開始接收衛(wèi)星信號到觀測停止，連續(xù)觀測的時段，簡稱時段。同步觀測：兩臺或兩臺以上接收機(jī)同時對同一組衛(wèi)星進(jìn)行的觀測。同步觀測環(huán)：三臺或三臺以上接收機(jī)同步觀測獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱同步環(huán)。獨(dú)立同步環(huán)：由獨(dú)立觀測所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱獨(dú)立環(huán)。異步觀測環(huán)：在構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測基線向量，則該多邊形環(huán)路叫異步觀測環(huán)，簡稱異步環(huán)。獨(dú)立基線

20、：對于N臺GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步觀測環(huán)，有J條同步觀測基線，其中獨(dú)立基線數(shù)為N-1.7.非獨(dú)立基線：除獨(dú)立基線外的其他基線叫非獨(dú)立基線，總基線數(shù)和獨(dú)立基線數(shù)之差就是非獨(dú)立基線數(shù)。GPS衛(wèi)星的主要作用有三方面：（1）、接收地面注入站發(fā)送的導(dǎo)航電文和其它信號；（2）、接收地面主控站的命令，修正其在軌運(yùn)行偏差及啟用備件等；（3）、連續(xù)地向廣大用戶發(fā)送GPS導(dǎo)航定位信號，并用電文的形式提供衛(wèi)星自身的現(xiàn)勢位置與其它在軌衛(wèi)星的概略位置，以便用戶接收使用。32、GPS測量數(shù)據(jù)處理的基本過程？答：GPS測量數(shù)據(jù)處理的基本過程可分為：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、預(yù)處理，基線解算，網(wǎng)平差計(jì)算，坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，與原有地面網(wǎng)的

21、聯(lián)合平差基本步驟。33什么叫GPS水準(zhǔn)？其作用是什么？答：當(dāng)測區(qū)中有一部分點(diǎn)已用GPS定位技術(shù)和常規(guī)高程測量方法求得其大地高和正常高，可計(jì)算出該點(diǎn)處的高程異常，若測區(qū)內(nèi)測量點(diǎn)的數(shù)量足夠多，且分布較為均勻，則可擬合測區(qū)的似大地水準(zhǔn)面形狀，進(jìn)而推算測區(qū)中其余未進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測的GPS點(diǎn)的高程異常和求定未測點(diǎn)的正常高，這種方法可稱為“幾何法”GPS水準(zhǔn)。GPS水準(zhǔn)有兩個作用：一是精確解算GPS點(diǎn)的正常高，另一是求定高精度的似大地水準(zhǔn)面。34、什么叫大地高？什么叫正常高？怎樣將GPS大地高轉(zhuǎn)換成正常高？答：大地高H是以橢球面（WGS84）起算的，其相對定位得到的基線向量，通過GPS網(wǎng)平差，可以得到高精度的大地高差H。正常高 Hr是以似大地水準(zhǔn)面起算的。地面點(diǎn)P處的大地高H，高程異常 ，就可通過 計(jì)算正常高Hr，將GPS大地高轉(zhuǎn)換成正常高。35、可用于G