GPS重要概念及解释

一、名称解释1.GPS2.“3S”3.NNSS：海军导航卫星系统（子午卫星导航系统）4.PPS:精密定位服务5.SPS:标准定位服务6.SA技术:SelectiveAvailability–选择可用性7.AS技术:Anti-Spoofing–反电子欺骗8.GLONASS:全球导航卫星系统9.UTC:协调世界时10.天体视运动：由于地球不停的自西向东作自转运动，我们可以观察到天球上的日月星辰自东向西旋转，每日转一周，从而产生天体每日东升西落的自然象，这种由于地球自转产生的天体或天球的视运动，称为天体视运动11.岁差:实际上地球的形体接近一个赤道隆起的椭球体，因此，在日月引力和其它天体引力对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴的方向不再保持不变，从而使春分点在黄道上缓慢西移，这种现象在天文学中称为岁差12.历元：天文学上把观测资料所对应的时刻（观测瞬间）称为历元。因此时间的原点也叫作起始历元。13.轨道参数:而描述卫星轨道位置状态的参数，称为轨道参数14.二体问题:忽略所有的摄动力，仅考虑地球质心引力研究卫星相对于地球的运动，在天体力学中称为二体问题15.开普勒运动：卫星在上述地球引力场中的无摄运动（忽略所有的摄动力，仅考虑地球质心引力的运动）称为开普勒运动16.受摄运动：卫星的实际运行轨道，由于受到多种非地球中心引力的影响，而使其偏离开普勒轨道。考虑了摄动力作用的卫星运动称为卫星的17.卫星星历：是描述有关卫星运动轨道的信息。18.参考星历：相应参考历元的卫星开普勒轨道参数，也叫参考星历19.CDMA：码分多址20.测距码:是用于测定从卫星至接收机间的距离的二进制码，包括C/A码和P码21.导航电文：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位置、卫星的工作状态、卫星钟的修正参数、电离层延迟修正参数等重要数据的二进制代码，也称数据码（D码）。22.接收机钟差:GPS接收机一般采用石英钟，接收机钟与理想的GPS时之间存在的偏差和漂移。23.卫星星历误差:由卫星星历给出的卫星在空间的位置与卫星的实际位置之差24.大气延迟:信号在穿过大气时，速度将发生变化，传播路径也将发生弯曲25.总电子含量:底面积为一个单位面积时沿信号传播路径贯穿整个电离层的一个柱体内所含的电子总数26.对流层折射:GPS信号通过对流层时，也使传播路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差27.多路径误差:在GPS测量中，被测站附近的物体所反射的卫星信号（反射波）被接收机天线所接收，与直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径误差”。28.FDMA：频分多址29.载波相位测量：由于载波的波长较短，能达到较高的测距精度，把载波作为测距信号进行距离测量的方法叫作载波相位测量30.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31.差分观测值：将相同频率的GPS载波相位观测值依据某种方式求差所获得的新的组合观测值（虚拟观测值）32.静态定位：如果在定位时，接收机的天线在跟踪GPS卫星过程中，位置处于固定不动的静止状态，这种定位方式称为静态定位。33.动态定位：是以确定与各观测站相应的、运动中的、接收机载体的位置或轨迹的卫星定位。定位时，至少应有1台接收机处于运动状态。34.相对论效应：是由于卫星中和接收机钟所处的状态不同而引起的卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象。35.接收机的位置误差：接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差。36.等效距离误差：为了便于理解，通常将各种误差的影响投影到观测站至卫星的距离上，以相应距离误差来表示，称为等效距离误差。37.ITRF:国际地球参考框架38.被动式测距：用户自己不发送信号，只是接收发射源发射的信号进行距离量测。39.DGPS：差分动态定位40.差分动态定位：用两台接收机在两个测站上同时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号，用以联合测得动态用户的精确位置。41.RTK：（realtimekinematic）实时动态测量系统二、简答题1.子午卫星系统局限性卫星少，观测时间和间隔时间长，无法提供实时导航定位服务导航定位精度低卫星信号频率低，不利于补偿电离层折射效应的影响卫星轨道低，难以进行精密定轨2.GPS的发展简史方案论证阶段全面研制和试验阶段实用组网阶段3.GPS系统特点•全天候、全球无缝覆盖•独立于美国，受欧洲控制的民用卫星导航定位系统•定位精度高于其它导航星座•导航定位服务多样性•具有地面与卫星通信能力，提供救援和搜索服务•系统开放性•系统管理民间性4.GPS系统发展趋势•集成化，小型化•高动态，多通道•差分GPS接收机•以GPS为中心的组合导航系统•高精度动态接收机•与通信结合5.GPS现代化的内涵–保护。即GPS现代化是为了更好地保护美方和友好方的使用，要发展军码和强化军码的保密性能，加强抗干扰能力；–阻止。即阻扰敌对方的使用，施加干扰，施加SA，AS等；–保持。即是保持在有威胁地区以外的民用用户有更精确更安全的使用。6.北斗卫星导航系统组成及特点•“北斗卫星导航系统”系统是由空间卫星、地面控制中心站和北斗用户终端三部分构成。•投资少，组建快；具有通信功能；捕获信号快等。但也存在着明显的不足和差距，如用户隐蔽性差；无测高和测速功能；用户数量受限制；用户的设备体积大、重量重、能耗大等。7.简述卫星所受的摄动力•①地球体的非球性及其质量分布不均匀而引起的作用力，即地球的非中心引力•②太阳的引力和月球的引力•③太阳光的直接与间接辐射压力•④大气的阻力•⑤地球潮汐的作用力•⑥磁力及其他作用力等8.GPS的系统组成•GPS系统由三部分组成–空间部分–地面控制部分–用户设备部分9.GPS卫星信号的组成部分GPS卫星发射的信号由载波、测距码和导航电文三部分组成。其中：（1）可运载调制信号的高频振荡波称为载波。GPS卫星所用的载波有两个：L1（频率1575.42MHz；和L2（频率1227.60MHz）；（2）测距码是用于测定从卫星至接收机间的距离的二进制码，包括C/A码和P码。（3）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位置、卫星的工作状态、卫星钟的修正参数、电离层延迟修正参数等重要数据的二进制代码，也称数据码（D码）。10.减少GPS各种误差影响的方法•模型改正法：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正。•求差法–原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响–适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。•参数法–原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来–适用情况：几乎适用于任何的情况•回避法）–原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响–适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特殊的设备。11.多路径误差的特点•与测站环境有关•与反射体性质有关•与接收机结构、性能有关12.应对多路径误差的方法多路径效应将严重损害GPS测量的精度，是GPS测量中的一种重要的误差源。要消除或削弱多路径误差影响可采取的方法和措施有：(一)选择合适的测站1、避免临近水域；2、不宜选择山坡上；3、注意离开高层建筑(二)选择合适的GPS接收机1、在天线下设置抑径板或抑径圈；2、接收机天线对极化方向相反的反射信号应有较强的抑制能力；3、改进接收机的软、硬件(三)适当延长观测时间13.在全球定位系统中为何要用测距码来测定伪距1）易于将微弱的卫星信号提取出来。卫星信号的发射功率有限，很容易被一些干扰信号（如电视台、移动电话台、微波中继站等）所掩盖，卫星信号的强度一般只有这些噪声信号强度的万分之一或更低。只有依据伪距码的独特结构，才能将卫星信号从噪声中提取出来；2）可提高测距精度。用测距码进行相关处理所获得的伪距观测值可以视为用积分间隔中的每个码分别测距，然后将测得的结果取平均后所获得的均值，其精度显然要高于脉冲法测距的精度；3）便于用码分多址技术对卫星信号进行识别和处理。接收机接受信号时，卫星信号会连同噪声一起进入每个通道。但接收机在每个通道都规定了所观测卫星的PRN号，因此相应通道只产生相对应卫星的复制码，而其他卫星的测距码及噪声与该复制码可视为相互正交，相关系数的影响趋于零。这样就可以将其他卫星信号及噪声分离出去。因此让每个通道皆产生与需要观测的卫星相同的测距码，就能同时对视场中的n颗卫星分别进行伪距观测，从而方便地实现对卫星信号的识别和处理；4）便于对系统进行控制和管理。采用测距码后，美国国防部可以通过公开某种码的结构或对某种码结构进行保密来对用户使用该系统的程度加以控制。14.利用测距码进行测距的优点1）易于将微弱的卫星信号提取出来。卫星信号的发射功率有限，很容易被一些干扰信号（如电视台、移动电话台、微波中继站等）所掩盖，卫星信号的强度一般只有这些噪声信号强度的万分之一或更低。只有依据伪距码的独特结构，才能将卫星信号从噪声中提取出来；2）可提高测距精度。用测距码进行相关处理所获得的伪距观测值可以视为用积分间隔中的每个码分别测距，然后将测得的结果取平均后所获得的均值，其精度显然要高于脉冲法测距的精度；3）便于用码分多址技术对卫星信号进行识别和处理。接收机接受信号时，卫星信号会连同噪声一起进入每个通道。但接收机在每个通道都规定了所观测卫星的PRN号，因此相应通道只产生相对应卫星的复制码，而其他卫星的测距码及噪声与该复制码可视为相互正交，相关系数的影响趋于零。这样就可以将其他卫星信号及噪声分离出去。因此让每个通道皆产生与需要观测的卫星相同的测距码，就能同时对视场中的n颗卫星分别进行伪距观测，从而方便地实现对卫星信号的识别和处理；4）便于对系统进行控制和管理。采用测距码后，美国国防部可以通过公开某种码的结构或对某种码结构进行保密来对用户使用该系统的程度加以控制。15.GPS系统是如何用测距码来测定伪距的?测距码是用以测定从卫星至地面测站间距离的一种二进制码序列。利用测距码测定伪距，首先假设卫星钟和接收机钟均无误差，都能与标准的GPS时间保持严格同步。在某一时刻t卫星在卫星钟的控制下发出某一结构的测距码，与此同时接收机则在接收机钟的控制下产生或者说复制出结构完全相同的测距码（简称复制码）。由卫星所产生的测距码经△t时间的传播后到达接收机并被接收机所接收。由接收机所产生的复制码则经过一个时间延迟器延迟时间τ后与接收到的信号进行比对。如果这两个信号尚未对齐，就调整延迟时间τ，直至这两个信号对齐为止。此时复制码的延迟时间τ就等于卫星信号的传播时间△t，将其乘以真空中的光速c后即可得卫星至地面的距离ρ：ρ=τ·c=△t·c。由于卫星钟与接收机钟不同步，以及信号在传播过程中受到大气层的影响，所以求得的距离ρ并不等于卫星到地面测站的实际距离，故将其称为伪距。16.如何理解载波相位测量的实际观测值17.什么是静态相对定位载波测量？为什么在静态相对定位载波测量中广泛采用求差法？•利用载波相位测量的观测值，确定处于静止状态，同步跟踪观测相同的GPS卫星的若干台接收机之间的相对位置（坐标差）的定位方法，称为静态相对定位载波测量。采用求差法的原因：•(1)可以消去数量庞大的多余参数，例如卫星钟差，接收机钟差，甚至整周未知数，从而大大减少计算工作量。从数学上讲又是完全允许的。•(2)对于短距离基线来说，可以消除很多误差的影响，例如电离层误差、对流层误差、卫星星历误差等18.差分观测值的局限性•数据利用率低–只有同步数据才能进行差分•引入基线矢量替代了位置矢量•差分观测值间具有了相关性，使处理问题复杂化–参数估计时，观测值的权阵•某些参数无法求出–某些信息在差分观测值中被消除19.为什么在一般的GPS定位中广泛采用双差观测值在卫星、接收机和历元间求三次差：在二次差的基础上进一步消去了整周模糊度参数，但这并没有多少实际意义；三差解是