测绘工程专业GPS知识点总结

第一章1．美国的GPS政策：（1）SA政策：考虑到GPS在军事上的巨大应用潜力以及C/A码是公开向全球所有用户开放的这一基本政策，为了防止敌对方利用GPS危害美国的国家安全，美国国防部从1991年7月1日起在所有工作卫星上实施SA技术。（2）AS政策：AS政策是美国国防部为防止敌对方对GPS卫星进行电子欺骗和电子干扰而采取的一种措施。其具体做法是在P码上加上严格保密的W码，使其模二相加产生完全保密的Y码。该措施从1994年1月31日起实施。2．全球导航卫星系统（GNNSS）（1）GLONASS（俄罗斯）（2）伽利略卫星导航定位系统（3）我国自行研制组建的北斗卫星定位导航系统（4）美国GPS（5）印度导航卫星系统第二章1．什么是时间系统？定义时间系统的基本要素?定义：规定了时间测量的标准，包括时刻的参考基准和时间间隔测量的尺度基准。基本要素：守时、授时以及时间频率测量和比对技术。2．目前使用较为精准的时间基准有：（1）地球自转周期它建立了世界所用的基准，其稳定度约为10的负8次方。（2）行星绕日的公转周期及月球绕地球的公转周期它建立历书时所用的时间基准，其稳定度约为10的负10次方。（3）原子中的电子从某一能级跃迁至另一能级时所发出（或吸收）的电磁波信号的振荡频率(周期)它建立了原子时所用的时间基准，其稳定度约为10的负14次方。（4）脉冲星的自转周期，最好的毫秒脉冲星的自转周期的稳定度有可能达到10的负19次方。3．世界时、恒星时和太阳时都是以地球自转作为时间基准的。4．恒星时：恒星时是以春分点作为参考点的。5．真太阳时：真太阳时是以太阳中心作为参考点的，太阳连续两次通过某地的子午圈的时间间隔称为一个真太阳日。6．平太阳时：以地球自转为基础以上述的平太阳中心作为参考点而建立起来的时间系统。7．世界时：格林尼治起始子午线处的平太阳时（它是世界统一的时间系统）。8．儒略日：是一种不涉及年、月等概念的长期连续的记日法，在天文学、空间大地测量和卫星导航定位中经常使用。（儒略日的起点为公元前4713年1月1日12h，然后逐日累加）。9．简化儒略日：MJD是采用1858年11月17日平子夜（JD=2400000.5）作为计时起点的一种连续计时法。10．年积日：是仅在一年中使用的连续计时法。每年的1月1日计为第1日,2月1日为第32日，依此类推。11．岁差：由于天球赤道和天球黄道的长期运动而导致的春分点（天球赤道和天球黄道的一个交点）的进动。12．章动：由于月球、太阳和各大行星与地球间的相对位置存在周期性的变化，因此作用在地球赤道隆起部分的力矩也在发生变化，地月系质心绕日公转的轨道面也存在周期性的摄动，因此，在岁差的基础上还存在大小和周期各不相同的微小的周期性变化。13．章动产生的原因：这是由于月球绕地球的公转轨道面—白道平面与地球赤道平面之间的交角会以18.6年的周期在18度17分至28度35分之间来回变化而引起的。14．三个天球坐标系及转换关系？（1）真地心天球赤道坐标系（瞬时地心天球赤道坐标系）原点位于地心，X轴指向真春分点，Z轴指向真北天极，Y轴垂直于X轴和Z轴组成的右手坐标系。（2）平地心天球赤道坐标系原点位于地心X轴指向平春分点，Z轴指向平北天极，Y轴垂直于X轴和Z轴组成的右手坐标系。（3）协议地心天球赤道坐标系X轴指向J2000.0（JD=2451545.0）时的平春分点，Z轴指向J2000.0时的平北天极，Y轴垂直于Z轴和X轴组成右手坐标系。15．地极：地球自转轴与地面的交点。16．极移：由于地球表面的物质运动（如洋流、海潮等）以及地球内部的物质运动（如地幔的运动）会使极点（严格的说应该是天球历书极）的位置产生变化。17．原子时：位于海平面上的铯133（Cs133）原子基态两个超精细能级间在零磁场中跃迁辐射振荡9192631770周所持续的时间定义为原子时的1s。18．协调世界时（UTC）：协调世界时的秒长严格等于原子时的秒长，而协调世界时与世界UTC间的时刻差规定需要保持在0.9s以内，否则将采取闰秒的方式进行调整。增加1s称为正闰秒，减少1s称为负闰秒。19．GPS时：是全球定位系统GPS使用的一种时间系统。它是由GPS的地面监控系统和GPS卫星中的原子钟建立和维持的一种原子时，起点为1980年1月6日0h00m0s。20．协调世界时（UTC）与国际原子时的关系（TAI）？由于在GPS时的起始时刻1980年1月6日，UTC与国际原子时TAI以相差19S,故GPS时与国际原子时之间总会有19s的差异，即TAI-GPST=19s。从理论上讲，TAI和GPST都是原子时，且都不跳秒，因而这两种时间系统之间严格相差19s。21．GPS与协调世界时的关系（UTC）？在起始时刻，GPS时与UTC对齐这两种时间系统给出的时间是相同的的。由于UTC存在挑秒，因而经过一段时间后，这两种时间系统中就会相差n个整秒，n是这段时间内UTC的积累跳秒数，将随时间的变化而变化。20．GPS测量中采用的大地坐标系统是什么？WGS84坐标系第三章1．全球定位系统由哪几部分组成，每个部分的作用？（1）空间部分（GPS卫星）作用：GPS卫星可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，并接收来自地面监控系统的各种信息和命令以维持系统的正常运转。（2）地面监控部分作用：跟踪GPS卫星，确定卫星的运行轨道及卫星钟改正数，进行预报后，再按规定格式编制成导航电文，并通过注入站送往卫星。地面监控系统还能通过注入站向卫星发布各种指令，调整卫星的轨道及时钟读数，修复故障或启用备用件等。（3）用户部分作用：用GPS接收机来测定从接收机至GPS卫星的距离，并根据卫星星历所给出的观测瞬间卫星在空间的位置等信息求出自己的三维位置、三维运动速度和钟差等参数。2．GPS接收机分类：（1）根据用途的不同，GPS接收机可分为导航型接收机、测量型接收机、授时型接收机等。（2）按接收的卫星信号频率数可分为单频接收机和双频接收机等。3．GPS卫星发射的信号由载波、测距码和导航电文三部分组成。4．什么叫载波，载波类型及作用？定义：可运载调制信号的高频率振荡波。类型：GPS卫星所用的载波有两个，由于它们均位于微波的L波段，故分别称为L1和L2载波。作用：在无线电通信中，为了更好地传送信息，我们往往信息调制在高频的载波上然后再将这些调制波播发出去，而不直接发射这些信息。5．测距码：用于测定从卫星至接收机间的距离的二进制。GPS卫星中所用的测距码从性质上讲属于伪随机躁声码。6．码元（比特）：码序列中的每一位二进制数。7．码元的宽度：每个码元特续的时间或所对应的距离。8．C/A码的作用：（1）捕获卫星信号：由于C/A码的周期仅为1ms，一个周期中总共只含1023bit，若以每秒50bit的速度进行搜索，最多只需20.5s即可捕获C/A码，然后通过导航电文快速捕获P码，因而C/A码也称捕获码。（2）粗略测距：利用C/A码也可测定从接收机至卫星间的距离，只是由于C/A码的码元宽度较宽，用时间表示为T=1ms/1023=0.977517us，所对应的距离为293.052m。9．P码的作用：由于P码的传播速率为C/A码的10倍，达10.23Mbps，其码元宽度仅为29.3m。如果测距精度仍按码元宽度的百分之一计，则为0.29m，可以较精地测定从接收机至卫星的距离，故称为精码。10．导航电文：是由GPS卫星向用户播发的一组反映卫星在空间的运行轨道、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，也称数据吗（D码）。11．描述导航电文的结构？（见书上P56）12．开普勒轨道根数（所谓轨道根数也称轨道参数），每个参数所确定的轨道的值？（1）升交点赤经Ω升交点N升的赤经被称为升交点赤经，用Ω来表示，Ω可在0度—360度范围内变动。（2）轨道倾角i在升交点处，轨道正方向（卫星运动方向）与赤道正向（赤经增加方向）之间的夹角称为轨道倾角。用Ω和i两个轨道根数可以描述卫星轨道平面在空间的指向。（3）长半径（或长半轴）a从轨道椭圆的中心至远点的距离。（4）近地点角距ωω确定轨道椭圆在轨道平面内的指向。（5）偏心率e长半径a和偏心率e给出了轨道椭圆的形状和大小。（6）卫星过近地点的时刻to它给出了卫星在椭圆轨道的位置。13．写出计算GPS卫星位置计算步骤？（见书上P71）第四章1．GPS定位当中各种误差从来源角度分类？（1）与卫星有关的误差（卫星星历误差、卫星钟的钟误差、相对论效应）（2）与信号传播有关的误差（电离层延迟、对流层延迟、多路径效应）（3）与接收机有关的误差（接收机钟的钟误差、接收机的位置误差、接收机的测量噪声）2．消除误差的主要方法有哪几种？（1）建立误差改正模型（2）求差法（3）选择较好的硬件和较好的观测条件3．电离层：（1）是高度在60—1000km间的大气层（2）电磁波在电离层中传播的相速度Vp与电离层中的相折射率Np之间有下列关系：Vp=c/Np4．给出卫星钟误差的改正一般公式？（见书上P82）5．卫星星历误差：由卫星星历所给出的卫星轨道与卫星的实际轨道之差。6．卫星星历的种类：（1）广播星历（2）精密星历7．推导出双频改正的模型基本公式？（见书上P99）8．多路径误差：在GPS测量中，被侧站附近的反射物所反射的卫星信号（反射波）如果进入接收机天线，就将和直接来自卫星的信号（直射波）产生干涉，从而使观测值偏离真值。9．消除多路径误差的方法：（1）选择合适的站址（2）选择合适的GPS接收机（3）适当延长观测时间10．在GPS测量中处理钟差的方法？（1）忽略卫星钟的数学同步误差（2）通过其他渠道获取精确的卫星钟差（3）通过观测值相减来消除公共的钟差项11．天线相位中心的误差分为俩部分：（1）天线的平均相位中心（天线瞬时相位中心的平均值）与天线参考点ARP之间的偏差，称为天线相位中心偏差。（2）天线的瞬时相位中心与平均相位中心的差值，称为天线的相位中心变化。第五章1．距离测量有两种方法？并给出其观测方程、并说出观测方程参数含义？（1）伪距测量（方程见书P130）参数含义：P码的码速率为10.23x1000000bpsW码的码速率则512x1000pbs一个W码大约要和20个P码相对应。（2）载波相位测量（方程及含义见书P135）2．伪距：由GPS观测而得的GPS观测站到卫星的距离。3．卫地距：卫星至地面测站的距离。4．周跳：整周计数int（φ）出现系统偏差而不足一整周的部分Fr（φ）仍然保持正确的现象。5．周跳探测及修复方法？（1）高次差法（2）多项式拟合法（3）在卫星间求差后的单差观测值（4）双频P码伪距观测值（5）三次差法6．确定整周模糊度的方法？（1）静态定位中方法：取整法、置信区间法、模糊函数法、整数解和实数解法（2）快速定位中方法：GoandStop法、FARA法、LAMBDA法（3）动态定位中方法：初始化法、实数解算数模糊度法7．单点定位：根据卫星星历以及一台GPS接收机的观测值来独立确定该接收机在地球坐标系中的绝对坐标的方法也称绝对定位。8．相对定位：确定同步跟踪相同的GPS卫星信号的若干台接收机之间的相对位置（坐标差）的定位方法。9．动态相对定位：利用安置点在基准点和运动载体上的GPS接收机所进行的同步观测的资料来确定运动载体相对于基准点的位置（两者之间的基线向量）的工作。10．RTK：一种用载波相位观测值在流动站和基准站之间进行的一种实时动态相对定位技术。11．引起周跳原因：卫星信号被某障碍物阻挡而无法到达接收机，外界干扰或接收机所处的动态条件恶劣而引起卫星信号暂时失锁。12．位置差分：基准站将改正矢量播发给用户时。位置差分计算较为简单，数据传输量较少。13．组合观测中能够写出实际应用中单差、双差、三差是怎么求的，并说明消除哪些误差？（见P141）14．用测距码来测定伪距的原因？（1）易于将微弱的卫星信号提取出来（2）可提高测距精读（3）便于用码分多址技术对卫星信号进行识别与处理（4）便于对系统进行控制和管理15．伪距ρ=τ•c=Δt•cρ为延长