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第一章：1.1、1.2、1.31、GPS卫星星座参数-1.1（1）GPS全球定位系统——美国，以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空、航天）、全球性、全天候、连续性、实时性的导航、定位、定时功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。基本参数为：卫星颗数21+3，卫星轨道面个数6，卫星高度20200KM，轨道倾角55°，卫星运行周期11h58min（恒星时12h），载波频率1575.42MHz和1227.60MHz。卫星通过天顶时，卫星可见时间为5h，在地球表面上任何地点任何时刻，在高度角15°以上，平时可同时观测6颗卫星。GPS向广大用户发送的用于导航定位的调制波，包括载波、测距码（C/A码和P码）、数据码(D码、导航电文)。全球定位传统是由空间部分、地面监控部分和用户部分组成。其中地面监控部分是由主控站、监测站、注入站组成的。（2）GLONASS全球导航卫星系统—俄罗斯（3）伽利略（GALILEO）全球卫星导航系统—欧盟（4）北斗卫星导航系统（BeiDou/Compass）—中国，选用WGS-84坐标系（5）全球导航卫星系统GNSS—美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、欧盟的伽利略（GLALILEO）系统和中国北斗二号卫星导航定位系统共同组成的。2、GPS系统组成-1.2GPS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；用户设备部分—GPS信号接收机。（1）GPS卫星星座——由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记做（21+3）GPS星座。（p2，图1-1）24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55°，各个轨道平面之间相距60°，即轨道的升交点赤经各相差60°。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角相距90°，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30°。GPS卫星—其核心部件是高精度的时钟、导航电文存储器、双频发射和接收机以及微处理机。（2）地面控制系统—包括1个主控站、三个注入站、5个监测站。（3）GPS信号接收机—GPS测地型接收机，其双频接收机精度可达5mm+1*10-6D，单频接收机在一定距离内精度可达10mm+2*10-6D。（详见p116）3、GPS的具体应用，结合最后一章（论述题）（1.3，p13）见ppt第二章：2.2、2.41、WGS-84和我国大地坐标系（重点）（2.2，p22）（1）WGS-84大地坐标系：几何意义—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的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴构成右手坐标系。对应于WGS-84大地坐标系有一WGS-84椭球。（2）国家大地坐标系：我国目前常用的是1954年的北京坐标系和1980年的国家大地坐标系。此外还有2000年国家大地坐标系。2、UTC时间的概念与北京时间的区别-2.4（1）时间系统：当要求GPS卫星位置误差小于1cm时，相应的时刻误差应小于2.6μs；要求距离误差小于1cm时，信号传播时间的测定误差应小于0.03ns。时间系统与坐标系统一样，应有其尺度（时间单位）与原点（历元）。只有把尺度与原点结合起来，才能给出时刻的概念。6种时间系统：恒星时ST，平太阳时MT，世界时UT，原子时ATI，协调时间时UTC，历书时（现在常用的秒等）；世界时UT：以平子午夜为零时起算的格林尼治平太阳时定义为世界时UT，在UT中加入极移改正即得到UT1，UT1加上地球自转速度季节性变化后为UT2。UT1广泛应用于天体测量，如今已不再作为时间尺度，而是从数值上表征了地球自转相对恒星的角位置，故用于天球坐标系与地球坐标系之间的转换计算。（2）UTC时间：（p29）UTC时间系统采用原子时秒长，但因原子时比世界时每年快约1s，两者之间逐年累积，便采用跳秒（闰秒）的方法使协调时与世界时的时刻相接近，其差不超过1s。UTC与UT1之间的差值最大可以达到±0.9s，超过或接近时以跳秒补偿，跳秒一般安排在12月末或6月末。TUT1=TUTC+△T,△为时间服务部门所发播的差值。北京与0度经线相差8个时区，时间上+8h。第三章：3.4广播星历的概念（参数，时间，开普勒，9个参数）预报星历及后处理星历的概念预报星历——又叫做广播星历。通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正项参数。相应的参考历元的卫星开普勒轨道参数也叫参考星历。GPS广播星历参数共有16个，其中包括1个参考时刻，6个对应参考时刻的开普勒轨道参数和9个反映摄动力影响参数。（书）以跟踪站已往时间的观测资料推求的参考轨道参数为基础包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正项参数。通过导航电文传递给用户，每小时更新一次。参考星历：相应参考历元的开普勒轨道参数。用轨道参数的摄动项对已知的参考星历加以改正，可外推出任意观测历元的卫星星历。（ppt）后处理星历——是一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪站所获得的对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或者精密星历。（书）预报星历精度较低，难以满足精密定位工作的需求。一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪站所获得的对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。观测事后，利用磁盘（卡）或通过电传通信等方式向用户有偿提供（PPT）C/AP外码精度量级区别如何区分C/A码星历：精度低，民用P码星历：精度高，军事目的（第三章）C/A码（粗码）只在L1上调制。是用于粗测距和捕获GPS卫星信号的伪随机码。用于粗测距和捕获GPS卫星信号的伪随机码。不同的卫星具有不同的C/A码，但其周期均为1ms,码率均为1.023MHz。一般最简单的导航接收机的伪距测量分辨率达到0.1m。C/A码的特点码长很短，易于捕获；共有1023个码元，若以每秒50码元速度搜索，只需20.5秒即可完成；码元宽度较大；假设两个序列的码元对齐误差为码元宽度的1/100，则相应的测距误差可达2.9mP码（精测码）在L1、L2上都可调制。卫星的精测码，码率为10.23MHz。每颗卫星采用不同的P码；反电子欺骗政策AS（AntiSpoofing)；在P码上增加一个极度保密的W码，形成新的Y码，绝对禁止非特许用户使用。P码的特点：码长很长；一般先捕获C/A码，再根据导航电文中的信息捕获P码；码元宽度为C/A码的1/10，精度高，专为军用；假设两个序列的码元对齐误差为码元宽度的1/100，则相应的测距误差只有0.29m。第四章：4.1导航电文的概念GPS卫星的导航电文（简称为卫星电文）是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码转换到捕获P码的信息。这些信息以二进制码的形式，按规定格式组成，按帧向外播送，卫星电文又叫做数据码（D码）。4.2信号的调制与解调，信号中包含的内容，L1/L2载波频率调制就是使一个信号（如光、高频电磁振荡等）的某些参数（如振幅、频率等）按照另一个欲传输的信号（如声音、图像等）的特点变化的过程。解调是调制的逆过程，它的作用是从已调波信号中取出原来的调制信号。解调是调制的逆过程，它的作用是从已调波信号中取出原来的调制信号。(EOL上的答案)在无线电通信技术中，为了有效的传播信息都是将频率较低的信号加载在频率较高的载体上，此过程称为调制；解调就是调制的逆过程，它的作用是从已调波信号中去除原来的调制信号（PPT）GPS卫星信号是GPS卫星向大用户发送的用于导航定位的调制波，它包含有：载波、测距码和数据码。载波频率：L1(1575.42MHZ)，L2(1227.6MHZ)4.4（p53）（1）按接收机载波频率分类单频接收机——只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（小于15km）的精密定位。双频接收机——可以同时接收L1、L2载波信号。利用双频对电离层延迟不一样，可以消除电离层对电磁波信号延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。（2）按接收机工作原理分类（重点）码相关接收机：码相关接收机是利用码相关技术得到载波伪距观测值。平方型接收机：平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制新型号，来恢复完整的载波信号，通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定载波伪距观测值。第五章：（50%！）1、GPS定位中，为什么需要观测四颗以上卫星？（重点）P=Cг=P+C（dt-dT）+dion+dtropP:伪距，г：时间，dt：卫星钟相对于GPS时间系统的偏差（可通过导航电文求得），dT：接收机时钟相对于GPS时间系统的偏差（接收机钟差），dion：电离层效应引起的距离偏差，dtrop：对流层引起的距离偏差。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（dT）这一误差，相对于卫星钟误差来说是非常不稳定的，造成距离测量观测值很不准确。需要将接收机钟差作为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4颗GPS卫星。5.3载波相位测量——测相（1）重建载波概念在GPS信号中由于已用相位调整的方法在载波上调制了测距码和导航电文，因而接收到的载波的相位已不再连续，所以在进行载波相位测量以前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取载波，这一工作称为重建载波。其一般采用两种方法:一种是码相关法；一种是平方法。重建载波：由于载波上已用二进制相位调制法调制了测距码和导航电文，故接收到的卫星信号的相位也不连续，所以在进行载波相位测量前，必须设法将调制信号去掉，恢复载波，此项工作称重建载波，一般可采用码相关法、平方法等方法进行。（2）载波相位测量原理图（重点！非常重要！）（p62）（3）整周未知数N0的确定（P64）在接收机间求一次差后可消除（卫星钟差）与卫星有关的载波相位及其钟差项，继续在卫星间求二次差后可消除（接收钟差）与接收机有关的载波相位及其钟差项，再在历元（观测时刻）间求三次差后可消除（整周模糊度）与卫星和接收机有关的初始整周模糊度项N0。（p71）（4）整周跳变的概念及修复方法（p64）在跟踪卫星过程中，由于某种原因，使得计数器无法连续计数。当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的。这种现象称为整周跳变，简称周跳。修复方法：屏幕扫描法、用高次差或多项式拟合法、在卫星间求差法、用双频观测值修复周跳、根据平差后的残差发现和修复整周跳变。（5）绝对精度DOP值9个精度因子（p69）精度因子（DOP，dilutionofprecision）：伪距解算时权系数阵中主对角线元素的函数。1、平面位置精度因子HDOP；2、高程精度因子VDOP；3、空间位置精度因子PDOP；4、接收机钟差精度因子TDOP；5、几何精度因子GDOP(=(PDOP2+TDOP2)1/2)。绝对定位精度评价（续）精度因子的值与所测卫星的几何分布有关几何精度因子与测站与4颗观测卫星所构成的六面体的体积成反比，即GDOP1/V一般地，六面体体积越大，GDOP值越小实际观测中，为了减弱大气折射的影响，所测卫星的高度角不能过低。在这一条件下，尽可能使卫星与测站构成的六面体体积最大。可由用户接收设备自动完成。5.6美国SA/AS政策区分（p74）SA技术：称为有选择可用性技术，即人为地将误差引入卫星钟差和卫星数据中，故意降低GPS定位精度。使C/A码定位的精度从原来的20m降低到100m。主要内容——在广播星历中，对GPS卫星的基准频率采用δ技术，使星历精度降低，其变化为无规律的随机变化；在卫星钟的钟频信号中加高频抖动（即ε技术）。AS技术：称为反电子欺骗技术。其方法是将P码与保密的W码相加成Y码，Y码严格保密。其目的是防止敌方使