山东建筑大学地理101GPS考试重点(升级版)

***三条主线***【题型】填空、名词解释、简答一、如何实现定位1、GPS定位基本原理①利用瞬间GPS卫星的空间位置以及接收机观测获取站星之间的距离②基于空间后方交会原理来实现定位③GPS卫星发射测距信号和导航电文④导航电文包含卫星轨道参数及相关时间参考信息，可以计算得到卫星的瞬间位置⑤通过测距码可以测量站星之间的距离⑥由于存在接收机钟差，无法采用有效手段加以改正与消除，因此通常需采用4颗及以上卫星，通过空间距离后方交会方法解算地面点位置。2、系统组成【第一章1】3、信号结构组成【第一章3】4、前提条件如何实现5、坐标系统、时间系统【第二章】二、如何提高精度误差源（性质、空间分布）【第四章2】三、如何使用及应用1、定位方式：绝对（单点）定位、相对（差分）定位2、使用：精度高，可靠性、可用性高，实时性→RTK、网络RTK、CORS3、GPS高程（为大地高）【第八章】第一章1、GPS的构成：GPS卫星星座、地面监控部分、用户接受处理部分2、GPS的特点：定位精度高、观测时间短、测站间无需通视、可提供三维坐标、操作简单、全天候作业、功能多，应用广【P14】3、GPS卫星的信号：载波（L1载波、L2载波）【可测距】、测距码（P码、C/A码）【PRN，伪随机噪声吗】、导航电文【计算卫星瞬间位置】L1载波：频率=1575.42MHz波长=19.03cmL2载波：频率=1227.60MHz波长=24.42cmC/A码的码元宽度293m，测距误差2.9mP码的码元宽度29.3m，测距误差0.29m10.23MHz基本频率载波C/A码P码D码L1=1575.42MHz1.023MHz10.23MHz50bit/sL2=1227.60MHz10.23MHz50bit/s4、GPS卫星导航电文：卫星星历、时钟改正参数、电离层延迟改正参数、遥测码、由C/A码确定P码信号时的交接码等参数第二章1、天球坐标系统：原点位于地球质心M，z轴指向天球北极，x轴指向春分点，y轴垂直于xMz平面。2、地球坐标系统：原点位于参考椭球中心，z轴指向参考椭球北极，x轴指向首子午面与赤道的交点，y轴位于赤道面上，且按右手坐标系统与x轴成90°夹角。原点坐标轴指向尺度北京54（参心）西安80（参心）国家2000（地心）包括海洋和大气在内整个地球的质心Z轴与国际地球自转服务参考极方向一致；X轴为IERS参考子午面与垂直于Z轴的赤道面的交线；Y轴与X轴、Z轴垂直初始定向由1984.0时BIH定向给定米3、WGS84大地坐标系统：原点位于地球质心，Z轴指向国际时间局（BIH）1984年0时定义的BIH1984.0协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。4、坐标系统三要素：原点位置、坐标轴指向、尺度5、时间系统两要素：原点（历元）、尺度（时间单位）6、GPS时间系统：采用原子时ATI秒长作为时间基准，时间起算原点定义在1980年1月6日UTC【协调世界时】0时。第三章1、WHY研究卫星轨道运动①起算基准（必要的）②提高卫星坐标精度（必须的）③时间函数作卫星预报，便于工作计划制定（必有帮助）***用轨道参数研究***2、卫星轨道运动6个参数①轨道椭圆的长半轴a②轨道椭圆的偏心率e③轨道倾角i：卫星轨道平面和地球赤道面之间的夹角④升交点赤经Ω：即地球赤道面上，升交点与春分点之间的地心夹角⑤近地点角距ω：即在轨道平面上，升交点与近地点之间的地心夹角。表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向⑥真近地点角V：即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。该参数为时间函数，确定卫星在轨道上的瞬时位置3、坐标转换【Z’=0】①轨道平面直角坐标系（a,e,v）（'x,'y,'z）a.绕'z轴旋转近地点与升交点重合①→②原点重合，坐标轴不重合b.绕'x轴旋转i轨道平面与赤道平面重合c.绕'z轴旋转Ω×154154X120÷10÷204600确定开普勒椭圆的形状和大小唯一的确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向用双频是为消除大气中电离层影响②天球坐标系统（Ω，i，）'=''iXxYRRRyZz天球轨道②→③原点、Z轴重合，绕Z轴旋转③地球坐标系统()84=WWGASTWWGSXXYRYZZ天球GAST→格林尼治恒星时4、卫星坐标计算【②③】第四章1、GPS基本观测量：测码伪距观测量、载波相位观测量、积分多普勒观测量载波相位观测值：①理论值（等号左右同时乘λ，得到站星之间距离）ji=jit+INT(t)+N0（t0）→理论上有，实际未知【jit→任意时刻精确小数部分】②观测值【INT(t)→整周计数】ji=jit+INT(t)→受周跳影响【N0（t0）→整周模糊度】2、GPS误差源①与卫星有关的误差：卫星钟差、卫星轨道误差、卫星天线相位偏差②与信号传播有关的误差：电离层延迟、对流层延迟、多路径③与接收设备有关的误差：接收机钟差、接收机天线相位中心偏差、周跳、整周模糊度④其他误差：地球自转改正、潮汐的影响3、消除或减弱误差方式①建立误差改正模型②选择较好观测条件③求差法（接收机间求差→一台接收机观测俩颗卫星）4整周模糊度：【起因】①载波信号是一种没有任何标记的周期性的正弦波【本因】②接收机相位测量又只能精确测定载波相位中不足一个周期的小数部分。因此，当GPS接收机跟踪上某颗卫星信号并在t0时刻进行首次载波相位测量时，存在整周数的不确定问题，称之为N0（t0）【性质】③在此后观测中只要接收机保持对该卫星连续跟踪不失锁，则对同一卫星进行的连续载波相位观测值中，都包含同一的N0（t0）即N0（t0）不变（固定值、未知数）5、周跳：信号的遮挡或强外电磁源的影响会引起相位跟踪式整周计数器计数出现差错，即周跳现象6、多路径效应：又称多普勒误差，是指接收机天线除接收卫星直接发射的信号外，还可能接收天线周围一次或多次反射的卫星信号第五章1、GPS绝对（单点）定位：是指利用一台接收机观测卫星，并独立的计算出自身在WGS84大地坐标系中的三维位置，这一位置是唯一的，称为绝对定位。由于仅使用一台接收机进行定位，所以又称单点定位i→接收机（未知）j→卫星（已知）测码伪距观测方程：卫星钟差对流层延迟222jjjjjjjjiiiiiiiixxyyzzctctIT接收机钟差电离层延迟其他载波相位观测方程：卫星钟差对流层延迟整周模糊度2220jjjjjjjjiiiiiiiixxyyzzctctITNt接收机钟差电离层延迟2、伪距绝对定位精度评定DOP值：精度因子，它是权系数矩阵中主对角线元素的函数【DOP值越小，测算结果的精度越高】0xmDOP【0→观测中误差】平面位置精度因子HDOP高程精度因子VDOP空间位置精度因子PDOP接收机钟差精度因子TDOP几何精度因子GDOP第六章1、GPS相对（差分）定位：是指使用两台以上的GPS接收机做同步观测，以确定测站在WGS84坐标系统中的相对位置或坐标差。相对定位实际上是通过观测值间求差的办法实现的，因此也称差分定位。本质：通过求差，消除或减弱具有时空相关性的误差优点：可消除或减弱一些具有系统性误差的影响，如卫星轨道误差、钟差和大气折射误差等，从而大大提高GPS定位精度2、在相对定位中，至少选一个测站为参考站，参考站的坐标通常设为已知值，根据求差对象不同，可分为位置域差分和观测值域差分①位置域差分：110110110xxxyyyzzz111iiiiiixxxyyyzzz②观测值域差分：12341010101012341111111110222110333110444110====真值观测值3、静态相对定位：单差、双差、三差（方程推导）定义优点缺点单差不同测站同步观测相同卫星，所得到的载波相位观测方程之间求差【站间求差】①消除卫星钟差的影响②距离不远③轨道误差、电离层、对流层传播误差大大减弱方程个数太少双差不同测站同步观测一组卫星，所得2个单差之差【站间、星间求差】①消除接收机钟差的影响②进一步减弱卫星轨道误差，电离层、对流层影响①方程个数减少②方程之间相关性加强三差不同测站同步观测一组卫星，在双差的基础上历元间求差【站间、星间、历元间求差】①
消除整周模糊度的影响②
进一步减弱卫星轨道误差，电离层、对流层影响①方程个数明显减少②方程之间相关性加强第八章GPS高程测量①大地高（84H）：地面上的点沿法线方向到参考椭球面的距离②正高（gH：地面上的点沿铅垂线方向到大地水准面的的距离③正常高（rH）：地面上的点沿铅垂线方向到似大地水准面的距离④高程异常（ξ）：似大地水准面到参考椭球面的距离84HrHgH地表面大地水准面似大地水准面ξ参考椭球面在原始观测量间求差一般要求：（1）用户与参考站间的距离在100Km以内（2）两接收机同步观测相同卫星坐标差距离差第九章1、数据处理流程①项目建立②数据导入：内部格式、格式转换③基线处理：参数设置、看残差④网平差：发现误差、质量评定、成果转化⑤报告输出2、基线解算内容①数据传输②数据分流③统一数据文件格式④卫星轨道的标准化⑤探测周跳、修复载波相位观测值⑥对观测值进行必要改正第十章1、RTK技术：是一种载波相位差分定位技术，但在实际应用中存在明显的制约:①可靠性低②覆盖范围小③通信链路不畅2、网络RTK技术：是一种集卫星大地测量技术，通信技术和计算机网络技术为一体的空间信息实时服务技术，目前应用广泛是虚拟参考站技术、主辅站技术和区域改正数技术主要特点：①定位精度具有较好的均匀性②更高的可靠性和可用性③更大的作用范围④通常的数据链路第十二章1、GNSS概念:即全球卫星导航系统，是多个导航定位系统的总称，目的是为用户提供精确可靠的导航和定位服务。当前的GNSS包括美国的GPS和俄罗斯的GLONASS，未来的GNSS计划还包括欧盟的伽利略系统和中国的北斗卫星导航系统。2、比较GLONASS、GALILEO系统、北斗卫星导航系统000j1()1()1()1()j2()2()2()2()jj2112()12()12()k1()1()1()=jjjttttjjjttttjjtttktttctctNdiondtropctctNdiondtropctNdiondtropctc单差：①双差：000011()k2()2()2()2()kk2112()12()12()j12()12()j1()1(==kktkkkttttkktttkjkttttNdiondtropctctNdiondtropctNdiondtropNdiondtrop②③②-①三差：1101110110111)1()1()j2()2()2()2()jj2112()12()12()k1()1()1()=jjjtttjjjttttjjtttktttctctNdiondtropctctNdiondtropctNdiondtropctct④0111011110101()k2()2()2()2()kk2()1()12()12()12()j12()12()==kktkkkttttkkktttttkjkttNdiondtropctctNdiondtropctNdiondtropNdiondtrop