《GPS原理与应用》复习与思考(附答案)

1《全球定位系统原理与应用》复习与思考1、了解美国60年代初期研制的子午卫星导航系统组成①卫星星座：由六颗独立轨道的极轨卫星组成。（i=90°；T=107m；H=1075km）②地面设有：4个卫星跟踪站；1个计算中心；1个控制中心；2个注入站；海军天文台（负责卫星钟差、钟频改正）2、了解美国90年代初期建成全球定位系统（GPS）的系统组成⑴卫星星座：由6个轨道，24颗卫星组成（卫星寿命7.5年）。（i=55°；T=11h58m；H=20200km）⑵地面设有：①5个监测站：负责监测卫星的轨道数据、大气数据，经初处理后储存和传送到主控站；②1个主控站：根据各监测站资料，推算预报各卫星的星历、钟差和大气修正参数编制导航电文；对监测站的钟差、偏轨或失效卫星实行调控和调配。将电文、指令传送到注入站；③3个注入站：将导航电文、控制指令注入相应的卫星。3、了解我国的北斗一号导航系统的组成，定位精度如何系统组成：①卫星星座：由3颗同步静止卫星组成（其中1颗在轨备用）。（i=0°；T=24h恒星时；H=36000km）。②地面仅有：一个中心站:负责系统测控、定位信号的发射与接收、用户坐标的解算与发布、双向授时等。定位精度：平面精度±20m；垂直精度±10m。4、GPS卫星的测距码（C/A码）如何产生有何作用产生：测距码（C/A码）由卫星上的原子钟所产生的基准频率f0降频10倍产生，即fC=f0÷10=1.023MHz。作用：测距码（C/A码）是普通用户用以测定测站到卫星距离的一种主要的信号。5、掌握二进数列的模二和或者波形积的运算法则及其简单运算模二和（不进位的加法运算）：运算法则：1⊕1=0；1⊕0=1；0⊕1=1；0⊕0=0波形积：运算法则：(-1)×(-1)=1；1×1=1；(-1)×1=-1；1×(-1)=-16、认知和掌握两个结构相同m序列模二和后，在码相同步以及码相不同步时的自相关系数学表达的差异自相关函数:R(t)=（L-Y）/（L+Y）码相同步时：R(t)=-1/N=-1/(2n-1)码相不同步时：R(t)=L/L=N/N=17、记忆卫星轨道开普勒六根数为的名称及代号①轨道椭圆的长半轴a；②轨道椭圆的偏心率e；③升交点的赤经Ω；④轨道面倾角i；⑤近地点角距ω；⑥卫星的真近点角V。8、导航型GPS接收机可分为哪几种类型船载型、车载型、机载型、星载型9、测地型GPS接收机可分为哪几种类型单站差分型、局域差分型、广域差分型10、了解重建载波信号的方法和原理方法：①相关法：通过码相关同步乘法装置获得载波信号和D码混合的解调信号，读解2D码后可恢复载波信号；②平方法：接收机将收到的调制信号在相同步的情况下自乘恢复载波信号。原理：将调制在载波信号上的测距码、数据码去掉，恢复载波信号的过程。11、了解GPS接收机微处理器（CPU）的工作程序①开机自检，测定各通道时延值；②搜索锁定卫星信号，解译导航电文；③结合星历、伪码或载波观测量计算站点坐标；④通过站点坐标、星历计算可见卫星的方位、高度角；⑤计算导航参数（须有明确目标）。12、用什么方法可以求解整周未知数（整周模糊度）①已知点坐标法；②多普勒法；③伪距法；④经典方法：将N当作整数解，将N当作实数解。13、用什么方法可以测定整周计数Intφ？由于多普勒效应通过混频器对本振信号与卫星信号的对比可以获得多普勒计数从而推算整周计数Intφ。14、了解GPS接收机载波相位测定时，产生周跳原因的各种原因①卫星信号被遮挡暂时阻断；②外界干扰或动态环境恶劣，导致环路跟踪失锁；③对混频器产生的频差信号无法正确解读整周计数；由于石英振荡器频率不稳定使整周计数Intφ错误。15、了解整周跳变探测修复的各种方法①屏幕扫描探测法；②高次差探测法；③多项式拟合法；④在卫星间求差法，⑤用双频观测值修复周跳。16、了解美国GPS政策以及对付美国GPS政策的方法美国GPS政策：①对不同的GPS用户提供不同的服务方式；②选择性可用政策（SA）——对（SPS）用户实施干扰；③反电子欺骗技术（A-S）——用W码对P码实施加密。对付美国GPS政策的方法：①建立独立的卫星导航定位系统；②建立独立的卫星轨道精密测量系统；③增加接收机的兼容性和接收通道；④利用差分技术提高定位精度。17、哪些GPS测量误差可通过差分技术消除？哪些GPS测量误差不能通过差分技术消除可通过差分技术消除：卫星钟差、星历误差、本机钟差。不能通过差分技术消除：电离层误差、对流层误差、多路径反射、通道误差。18、比较局域差分和广域差分的定位原理和定位精度方面的差异局域差分原理：①由多个基准站构成GPS差分网络；②差分数据通过网平差后提高改正参数精度；③将改正参数发送用户。广域差分的原理：①主控站对各种定位误差独立解算——用户分别修正；②卫星星历：用多站解算的精密星历代替广播星历；③卫星钟差：用多站解算的卫星钟差代替广播钟差；④大气延时：发布网格参数,由客户内插截取后用模型修正。定位精度方面的差异：局域差分基准站对软硬件要求不高，维持费用低；比单基准站差分精度稍高范围稍广；相对基准站距离越远精度越低；要大面积覆盖，必须布控大量基准站。广域差分差分精度与相对距离无关；不必大量兴建监测站节省费用；利于大面积无人区的定位导航；监测站、主控站对软硬件要求高，维持费用高。319、了解位置差分的条件、原理和优缺点条件：①基准站与用户必须观测同一组卫星，故范围在100km内；②已知基准站的GWS-84精密坐标（X0，Y0，Z0）。原理：①基准站通过GPS卫星,实时(t0)测定本站坐标（X，Y，Z）；②计算坐标改正数及其时间导数；③将改正参数发送用户（P），修正实测(t0)坐标(X，P,Y，P,Z，P)。优点：计算简单，适用于各种GPS定位仪。缺点：用户接收机通道越少或定位相对距离越远精度越低（＜50km为宜）。20、了解伪距差分的条件、原理和优缺点条件：①基准站与用户至少有4颗相同的观测卫星；②已知基准站的GWS-84精密坐标（X0，Y0，Z0）。原理：①基准站通过卫星(i)星历坐标（Xi，Yi，Zi），实时(t0)计算站星几何距离（Di）；②基准站测定卫星(i)t0时刻的伪距(D，i)；③计算t0时刻的伪距改正数及其时间导数；④将改正参数发送用户P，修正t0时实测伪距，计算即时(t)P点坐标(XP,YP,ZP)。优点：计算简单，适用于各种GPS定位仪，用户接收通道数与定位精度关联不大。缺点：定位相对距离越远精度越低(＜100km)。21、了解单点定位几何精度（GDOP）的涵义由GPS卫星与接收机作顶点构成的多面体的体积V决定的测量精度。体积V越大→GDOP值越小，定位精度越高，接收机显示的GDOP值的范围：2.0～6.0。22、理解GPS的绝对定位和相对定位的涵义和原理绝对定位：①涵义：用单台GPS定位仪独立测量、解算未知点坐标的过程。②原理：同时接收三颗GPS卫星信号可解算测点的二维坐标；接收四颗以上GPS卫星信号可解算测点的三维坐标。相对定位：①涵义：在一定距离内，用两台以上GPS定位仪同时测定站星距离，通过求差的方法解算测点间基线向量的过程。②原理：至少知道一个已知点的三维坐标(GWS-84)；通过求差的方法可以最大限度消除或削弱各种测量误差的影响，大大提高测量精度。23、了解同步环、异步环、独立环、独立基线、非独立基线的涵义及其作用，如果只观测一个时段如何确定独立基线数和基线总数？同步环：①涵义：三台以上接收机同步观测所得的基线闭合环。②作用：同步环可提高测量点的解算精度。异步环：①涵义：含有非同步观测基线的闭合环。②作用：起发现粗差、检测精度的作用。独立环：①涵义：各边均由独立观测基线构成的闭合环。②作用：独立基线：①涵义：N台接收机同步观测，可得N-1条独立基线。②作用：构成解算同步观测点的最起码条件。非独立基线：①涵义：在同步环中除了独立基线之外的基线。②作用：与独立基线构成最少（T）个的同步环，T=J-(N-1)=(N-1)(N-2)/2。只观测一个时段，独立基线数：J独=C(N-1)；基线总数：J总=CN(N-1)/2。其中N为接收机数，C为观测时段数。424、了解GPS网测量过程的各种连接方式及其特点⑴星形连接特点：①GPS仪一台固定，另一台跑点；②基线无构成任何闭合图形的，无法检测精度；③星形连接只用于低精度工程碎部测量。⑵点连式特点：①各时段转点只保留一台GPS定位仪不动；②无复测基线边，各同步图形以点连接，几何强度很弱；③无或少异步环（异步检测条件）可靠性差。⑶边连式图形特点：①各时段转点至少保留两台GPS定位仪不动；②各同步图形以复测边连接，几何强度及异步检测条件较好；③观测工作量较点连式大。⑷边点混合连接式特点：①作业方式与点连式同；②同步环点、边连接皆有，以提高几何强度；③尽量创造异步检测条件提高可靠性。⑸网连式特点：①各时段转点至少保留两台GPS定位仪不动；②各同步图形均以复测边连接，适用于高精度控制测量；③观测工作量较点连式大比混连式小。⑹三角锁连接特点：①作业方式与混连式同，适用狭长区域；②同步环点、边连接皆有，以提高几何强度。25、简述子午卫星导航定位原理在已知子午卫星空间坐标前提下，利用一颗卫星信号的多普勒效应，测定该卫星四个时段相对观察者的视向位移，通过布列四个双曲线方程求解出测站坐标。26、简述GPS卫星导航定位原理GPS接收机(P)利用码分多址技术与码相关锁相放大技术,同时对4颗以上的卫星(R)进行伪距测定,再通过修正后的站星几何距离解算站位坐标。27、简述我国双星卫星（北斗1号）导航系统定位原理地面中心站通过2颗静止卫星传送测距信号，根据用户的应答信号时差计算星户距及求出用户坐标，再用地面数字高程模型读出用户高程，让卫星转告用户。28、试述我国自主知识产权《北斗导航定位系统》的发展阶段①第一阶段：2003年建成两颗静止卫星的局域有源定位系统；②第二阶段：2012年建成亚太地区的局域无源定位系统；③第三阶段：2020年建成覆盖全球无源定位系统，并兼有短报文服务；其开放服务和授权服务的精度都比目前GPS系统高。29、试述GPS测量控制网的设计原则与要求（课件PPT228页）①通视原则：GPS网点至少要有一个方向通视；②开阔原则：网点地平15°以上的天区不能有遮挡；③便利原则：测站应选在交通便利、上点方便且站标易于保存的地方；④防止干扰：在测站200米范围内不能有强电磁波干扰源（包括高压电线）；⑤防止反射：测站应远离对电磁波反射强烈的高层建筑、成片水体等地物；⑥利用旧站标原则：在不违反原则前提下尽量利用旧站标；⑦异步环检测原则：为了检验观测精度的可靠，异步环或附合线路5的边数不能超过国家规定；⑧复测原则：各网点至少独立观测两个时段，增加复测基线。30、试述GPS在航空遥感中的应用（1）各历元机载GPS天线相位中心的确定：①机载天线相位中心是通过GPS动态差分(RTK)技术确定的；②地面基准站与遥感飞机通过无线电链接差分信号；③遥感飞机利用整周模糊度航测解算OTF软件，解决了传统动态测量的长时间静态初始化问题；④可以快速读出飞行状态各历元机载GPS天线相位中心。（2）曝光时刻机载GPS天线相位中心的内插：①由于曝光时刻与确定机载GPS天线相位中心的时刻不重合，故曝光时刻的天线相位中心必须内插获得；②遥感曝光瞬间通过TTL电平脉冲在GPS数据流中打上标记；③如果计时精度±2μs航速200m/s，内插精度可达0.4mm（3）将内插的WGS-84坐标转换为国家地理坐标系：①首先地面基准站GPS天线相位中心要有明确的双重坐标系；②其次航拍时附近地面还要有另一个具有双重坐标的联测点；③这样航拍曝光的内插相位中心，就可以通过有约束平差实现成果转换获得——国家地理坐标系。31、试述RTK的工作原理及其在地籍房产中的应用工作原理：①基准站（已知点）将GPS差分数据，利用无线电通信链实时转达GPS流动站，实施定位差分修正以提高测量精度；②当流动站捕获4颗以上卫星并确定整周模糊度后，流动站可以厘米级精度快速测定动点坐标。应用：①可以简易快捷