GPS测量与数据处理复习

第1章1.1GNSS的全称是什么？包括哪些系统？P9全球导航卫星系统，包括：美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS、欧盟正在筹建的伽利略（Galileo）1.2GPS产生的背景？p5因为美国海军研制、开发、管理的第一代卫星系统——子午卫星系统存在：（1）一次定位所需的时间过长；（2）不是一个连续的、独立的卫星导航系统等缺点，所以在该系统投入使用不久，美国国防部组织海、陆、空三军着手研制第二代卫星导航定位系统——全球定位系统GPS.1.3美国的GPS政策有哪些？各自的含义及其对定位的影响如何？P7SA政策：含义：选择可用性影响：大幅降低民用定位精度AS政策：含义：反电子欺骗影响：限制广大非特许用户使用Y码的可能性；增加载波相位测量数据处理的难度降低单点定位的精度；降低长距离相对定位的精度；AS技术会对高精度相对定位数据处理整周未知数的确定带来不便。1.4美国GPS政策发生变化的原因？p8（1）前苏联的解体和东欧国家所发生的变更使国家形势发生了很大的变化。美国政府有必要对GPS政策作出相应调整。（2）GPS产业已成为美国经济发展中新的增长点，为美国提供了成千上万个就业机会。（3）未经美国政府授权的广大用户利用差分GPS等技术已能较好地解决实施SA政策所产生的问题。（4）俄罗斯管理的GLONASS卫星定位系统早已宣布不实施SA政策，所以其导航地位精度要比实施SA政策的GPS高得多。1.5GPS现代化的内容有哪些？p8(1)在BlockIIR-M及BlockIIF卫星及随后的GPS卫星的L2载波上调制民用码。(2)在BlockIIF卫星及随后的GPS卫星上增设频率为1176.45MHz的L5信号。(3)在L1和L2上增设军用码M码。(4)阻止、干扰敌对方使用全球定位系统。1.6目前区域导航系统有哪些？为什么说北斗仍属于区域卫星导航系统？P18有我国的北斗卫星导航定位系统、印度的卫星导航系统；因为目前北斗的定位范围只覆盖中国领土、领海及部分周边地区在内的用户提供实时的三维导航定位和定位服务。1.7什么是PPS和SPS，分别采用什么测距码？P7GPS系统针对不同用户提供两种不同类型的服务。一种是标准定位服务SPS（C/A码），另一种是精密定位服务PPS（P码）。SPS主要面向全世界的民用用户。PPS主要面向美国及其盟国的军事部门以及民用的特许用户。第3章3.1什么是RINEX数据格式，其定位了哪几种文件？哪些是导航定位中必需的？P240RINEX(与接收机无关的交换格式)是一种在GPS测量应用中普遍采用的标准数据格式，该格式采用文本文件形式存储数据，数据记录格式与接收机的制造厂商和具体型号无关。包括6种不同类型的数据文件：观测数据文件（O文件）、GPS导航电文文件（N文件）、气象数据文件（M文件）、GLONASS导航电文文件（G文件）、GEO导航电文文件（H文件）、接收机钟文件（C文件），其中观测数据文件、导航文件是导航定位中所必须的。3.2全球定位系统由哪三部分构成，各自的作用是什么？P40（1）空间部分：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：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。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：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参数等。3.3什么是GPS卫星星座？P43发射入轨能正常工作的GPS卫星的集合，共24颗卫星组成。（截止高度15°时，能观测4-8颗卫星；10°：最多能同时观测10颗卫星；5°：最多能同时观测12颗卫星）3.4GPS接收机的分类?p45按用途不同可分为导航型接收机、测量型接收机、授时型接收机按卫星信号频率数可分为单频接收机和双频接收机3.5GPS卫星信号包括哪些？P47GPS卫星发射的信号由载波、测距码和导航电文三部分组成。3.6GPS采用多个载波频率的主要目的是什么？P47用多个载波频率的主要目的是为了更好的消除电离层延迟，组成更多的线性组合观察值。3.7C/A码的作用是什么？P51（1）捕获卫星信号（2）粗略测距3.8什么是导航电文？其主要内容有哪些？P56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、卫星钟的改造参数、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，也称数据码（D码）。（1）第一数据块（1）遥测字：第1字帧的第1个字是遥测字，作为捕获导航电文的前导。（2）交换字：第1字帧的第2个字是交换字，交换字的用途是为了使用户在捕获C/A解调出导航电文后能够尽快捕获P(Y)码。（3）星期数：WN给出了GPS星期数。（4）用户测距精度：第3个字的第12~16比特中给出了该卫星的URA值得指数。（5）卫星的健康状况：第3个字的第17~2比特中给出了该卫星的工作状况是否正常的信息。（6）信号和信号的群延之差:从信号开始生成到最后离开卫星发射天线的相位中心之间的时间称为信号群延。（7）钟参数的数据龄期：钟参数的数据龄期（AODC）为：LoctTAODC式中ocT为卫星钟参数的参考时刻，由导航电文给出；Lt为计算这些参数时所用到的观察资料中最后一次观测值得时间。（8）卫星钟误差系数0fa、1fa、2fa：在导航电文有效时间段内，任一时刻t卫星钟相对于标准的GPS时间的误差可用下式来表示：rocfocfftttattaa2)()(t210式中0fa为参考时刻时的卫星钟差；1fa为参考时刻时卫星钟速，也称频偏；2fa为参考时刻时的卫星钟的加速度的一半；rt为由于GPS卫星非圆轨道引起的相对论效应的修正项；二次多项式的系数0fa、1fa、2fa由导航电文给出。（2）第二数据块描述GPS卫星轨道的参数，利用这些参数可以求出导航电文有效时间内任一时刻卫星在空间的位置及运动速度。包含的参数：①星历参考时刻oet时的轨道根数②9个轨道摄动参数③其他参数（3）第三数据块给出其他卫星的概略轨道及概略的卫星钟差参数，以便使用户能了解整个GPS卫星星座的总体情况。包含的参数：①卫星历书②卫星的健康状况③AS标识及卫星类型标识④表示GPS时与UTC之间的关系的参数⑤电离层改正参数3.9导航电文中的参考时刻有哪几个？卫星星历参考时刻oet、卫星钟参数的参考时刻oct3.10如何根据导航电文计算卫星钟钟差？并说明公式中各符号的含义？P62rocfocfftttattaa2)()(t210t：卫星钟钟差；oct：卫星钟参数的参考时刻；0fa：参考时刻oct时的卫星钟差；1fa：参考时刻oct时的卫星钟的钟速，也称频偏；2fa：参考时刻oct时的卫星钟的加速度的一半；rt：由于GPS卫星非圆形轨道而引起的相对论效应修正项。0fa、1fa、2fa由导航电文给出。3.11什么是精密星历？精密星历有哪几种类型？P74精密星历是按一定的时间间隔（通常为15min）来给出卫星在空间的三维坐标、三维运动速度及卫星改正数等信息。3.12如何根据导航电文计算卫星的坐标？3.13如何根据精密星历计算卫星的坐标？第4章4.1GPS定位中的误差源有哪些？P75与卫星有关的误差、与信号传播有关的误差、与接收机有关的误差消除或削弱的方法：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4.2与卫星有关的误差有哪些？如何消除或削弱？P75①卫星星历误差p84，消除或削弱的方法：1、采用精密星历2、采用相对定位模式3、建立自己的卫星跟踪独立定轨4、忽略轨道误差②卫星钟的钟误差p80，处理方法：1、忽略卫星钟的数学同步误差2、通过其他渠道获取精确地卫星钟差3、通过观测值相减来消除公共的钟差项③相对论效应p774.3与传播路径有关的误差有哪些？如何消除或削弱？①电离层延迟p92，消除方法：1、建立经验公式2、双频观测3、建立实测模型4、同步观测求差②对流层延迟p107，1、普通测量常用模型：霍普菲尔德模型、萨斯塔莫宁模型、勃兰克模型2、高精度测量改正方法：将对流层延迟当作待定参数、采用随机模型③多路径效应p116，削弱的方法：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4.4与接收机有关的误差有哪些？如何消除或削弱？P76①接收机的钟误差（求差法）②接收机的位置误差③接收机的测量噪声（延长观测时间）4.5在相对论的影响下，卫星钟的变化情况？4.6什么是卫星星历误差？P84由卫星星历给出的的卫星轨道与卫星的实际轨道之差称为卫星星历误差4.7与空间相关的误差有哪些？4.8IGS提供的卫星星历有哪些？P86GPS和GLONASS卫星星历4.9电离层模型是什么？P97表述电离层中的电子密度、离子密度、电子温度、离子温度、离子成分和总电子含量等参数的时空变化规律的一些数学公式称为电离层模型。（本特模型、国际电离层模型、克罗布歇模型）4.10如何利用双频观测值消除电离层误差的影响？P99如果能卫星同时用两种频率来发射信号，那么这两种不同频率的信号就将沿着同一路径传播到接收机。如果我们能够精确确定这两种不同频率的信号到达接收机的时间差t，就能分别反推出他们各自所受到的电离层延迟。4.11电离层延迟的双频改正法的基础是什么？P99色散效应4.12电离层延迟的双频改正是如何实现的，试推导公式？P9922'221'1fAfA将两式相减有：122211222221212122'2'1)(6469.01)()(-ionionVffVffffAfAfAtc所以，tcVtcVionion54573.2)(54573.254573.1)(54573.1'2'12'2'11）（）（只要精确测定两种不同频率的信号到达接收机的时间差t，或用这两种不同频率的测距信号分别测定了从卫星至接收机间的伪距'1和'2后，就能精确计算出这两种信号的电离层延迟改正1V）（ion和2V）（ion4.13对流层延迟对GPS信号不具备色散效应？P107对于微波信号来说，由于其波长太长，所以对流层不存在色散效应。4.14什么是多路径误差，如何削弱？P118由于多个路径的信号传播所引起的干涉时延效应，削弱：1、选择合适的站址2、选择合适的GPS接收机3、适当延长观测时间第5章5.1什么是伪距？P126由于受到卫星钟与接收机钟不同步误差以及电离层延迟和对流层延迟的影响，由GPS观测而得的GPS观测站到卫星的距离并不是真正的距离，故称“伪距”。5.2测码伪距观测方程及其各符号的含义？P130itropiionttiiiVVcVcVZZYYXXsR)()()()()(222i~(i=1,2,3.....)i~:伪距观测值;（iX，iY，iZT）：根据卫星星历所求得的卫星在空间的位置；（X，Y，ZT）：接收机观测瞬间在空间的位置；c：光速；RtV：接收机钟差；stV：卫星钟差；iion）（V：电离层延迟改正；itrop）（V：对流层延迟改正5.3什么是码分多址技术CDMA（码分多址）是一种以扩频通信为基础的载波调制和多址连接技术。5.5用测距码测定伪距的原因是什么？P1281、易于将微弱的卫星信号提取出来2、可提高测距精度3、便于码分多址技术对卫星信号进行识别和处理4、便于对系统进行控制和管理5.6进行载波相位测量的原因是什么？P131测距码的码元宽度较大，因而测量精度不高，只能满足卫星导航和低精度定位的要求。5.7什么是重建载波？P131由于GPS信号中已用二进制相位调制的方法在载波上调制了测距码和导航电文，因此接收到的卫星信号（调制波）的相位已经不再连续。5.8载波相位测量的实际观测值？P135）（）（Frint~）（in