GPS基础知识二

GPS复习题1．名词解释导航：通过实时地测定运载体在途中行进时的位置和速度，引导运载体沿一定航线经济而安全地到达目的地的技术。极移:地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表面上的位置随时间而变化的现象称为极移。历元：在天文学和卫星定位中，与所获取数据对应的时刻也称历元。多路径效应:多路径效应也称多路径误差,即接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号。整周模糊度:一般是未知的，通常称为整周未知数（整周待定值或整周模糊度）周跳:gps卫星信号中断时，初始整周计数发生变化的现象。天线相位差:卫星天线几何中心与相位中心的偏差绝对定位；在地球协议坐标系中，确定观测站相对地球质心的位置。相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。整数解：将平差计算所得的整周未知数取为相近的整数，并作为已知数代入原方程，重新解算其它待定参数。当观测误差和外界误差（或残差）对观测值影响较小时，该方法较有效，一般应用于基线较短的相对定位中。非整数解：如果外界误差影响较大，求解的整周未知数精度较低(误差影响大于半个波长)，将其凑成正数，无助于提高解的精度。此时，不考虑整周未知数的整数性质，平差计算所得的整周未知数，不再进行凑整和重新计算。一般用于基线较长相对定位中大地高：某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H表示。正高：某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高用符号Hg表示正常高：常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高正是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，正常高用Hr表示。高程异常：似大地水准面到参考椭球面的距离，称为高程异常，记为。1．简答题1简述导航技术的发展历程。推算定位-天文导航-惯性导航-无线电导航2简述导航系统的分类并举例。推算定位系统（DeadReckoningSystems）通过航行的方向和距离来推算其所在位置。引导系统（GuidanceSystems）提供给用户到达目的地的引导信息，不需要知道用户的具体位置。灯塔、无线电信标、仪表着陆系统（InstrumentLandingsystem,ILS）、微波着陆系统（MicrowaveLandingsystem,MLS）等定位系统（PositioningFindingSystems）在一个定义的参考框架内，准确确定用户所在的位置。罗兰（Loran）、奥米加（Omega）、子午卫星（Transit）、GPS、GLONASS等3简述惯性导航的原理及优缺点。基本原理：根据牛顿提出的相对惯性空间的力学定律，利用陀螺、加速度计等惯性元件感受运动载体在运动过程中的加速度。然后通过计算机进行积分运算，从而得到运动载体的位置和速度等信息。优点：不依赖于外界导航台和电磁波的传播，因此应用不受环境限制，包括海陆空及水下。隐蔽性好，不可能被干扰，无法反利用，生存能力强；另外还可产生多种信息，包括载体的三维位置、三维速度与航向姿态。当然它的垂直定位信息不好，误差是发散的，不能单独使用。4简述无线电导航的原理及优缺点。基本原理：根据电磁波在理想均匀媒质中按直线传播，且速度为常数，并在任两种媒质介面上一定产生反射，入射波和反射波同在一铅垂面内的特性，进行导航定位。优点：因为电磁波的传播基本上不受昼夜与气候的限制，也无论距离的远近，以及在恶劣气候与能见度不良的条件下，随时都可借助各种频率的无线电信号有效地对空中、海上与地面的各种运动载体乃至人进行精确定位，并将它（他）们安全、准确、经济地由出发点，沿预定的航行路线驶达目的地；而且测量快、精确度高，可靠性也高。不足之处在于电磁波难免受外界干扰。5简述无线电导航定位的基本方法。测边交会法双曲线定位多普勒定位6简述现有和曾经出现过的无线电导航系统。子午卫星导航系统（TRANSIT）全球定位系统（GPS）全球导航定位系统（GLONASS）双星导航定位系统（北斗一号）伽俐略系统（GAILILEO）7简述GPS系统的特点。观测时间短测站间无需通视可提供三维坐标操作简便,全天候作业功能多，应用广8简述GPS系统的坐标基准和时间基准。GPS:基准点（原子时）时间尺度（1980年1月6日UTC时）9简述GPS系统使用的基本坐标系统及相互关系。10简述卫星轨道在GPS定位中的意义。绝对定位：卫星轨道误差将直接影响用户接收机位置的精度相对定位：尽管卫星轨道误差的影响将会减弱，但当基线较长或精度要求较高时，轨道误差影响不可忽略。为了制订GPS测量的观测计划和便于捕获卫星发射的信号，也需要知道卫星的轨道参数11简述影响卫星轨道的因素。卫星在空间绕地球运行时，除了受地球重力场的引力作用外，还受到太阳、月亮和其它天体的引力影响，以及太阳光压、大气阻力和地球潮汐力等因素影响。地球的质量分布不均匀，其形体也不是对称的球体，因此地球引力场分布也不均匀。12简述卫星无摄运动的基本轨道参数。①a为轨道的长半径②e为轨道椭圆偏心率③为升交点赤经：即地球赤道面上升交点与春分点之间的地心夹角。④i为轨道面倾角：即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。⑤为近地点角距：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。⑥f为卫星的真近点角：即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。该参数为时间的函数，确定卫星在轨道上的瞬时位置。这两个参数唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。13简述GPS卫星的坐标计算。a)计算真近点角fb)计算升交距角及轨道摄动改正项c)计算升交距角、卫星的地心距离及轨道倾角d)计算卫星在轨道坐标系中的坐标（x,y,z）e)计算升交点的经度f)计算在协议地球系中的空间直角坐标g)考虑极移的影响，最后得到在协议地球坐标系中的空间直角坐标14简述GPS卫星信号的构成。GPS卫星所发射的信号包括载波信号、P码（或Y码）、C/A码和数据码（或D码）等多种信号分量，其中P码和C/A码统称为测距码。15简述GPS接收机的类型。按工作原理划分：码相关型接收机平方型接收机混合型接收机根据接收机信号通道类型划分:多通道接收机序贯通道接收机多路复用通道接收机根据所接收的卫星信号频率划分:单频接收机（L1）双频接收机（L1+L2）按接收机用途划分:导航型测量型接收机授时型接收机16简述GPS的定位方法。17简述GPS的基本观测量。码伪距观测量、载波相位观测量、积分多普勒观测量18简述载波相位观测的主要问题。a)无法直接测定卫星载波信号在传播路径上相位变化的整周数，存在整周不确定性问题。b)在接收机跟踪GPS卫星进行观测过程中，常常由于接收机天线被遮挡、外界噪声信号干扰等原因，还可能产生整周跳变现象。19根据提供的伪距测量的观测方程，试标记出每一项改正数的名称及意义。20根据提供的载波相位测量的观测方程，试标记出每一项改正数的名称及意义。itropiionttRiiiiimuliitropiionttRiimuliitropiionttRiiiVVcVcVZZYYXXiVVcVcVVVcVcVZZYYXXisisisi)()()()()()()()()()()()()()(222~222~近似公式：随机误差改正多路径误差改正星历误差改正对流层改正电离层改正卫星钟差改正接收机钟差改正严密公式：itropiionttRiiiiimuliitropiionttRiimuliitropiionttRiiiVVcVcVZZYYXXiVVcVcVVVcVcVZZYYXXisisisi)()()()()()()()()()()()()()(222~222~近似公式：随机误差改正多路径误差改正星历误差改正对流层改正电离层改正卫星钟差改正接收机钟差改正严密公式：21简述观测量的误差来源及其影响。GPS定位中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类：与卫星有关的误差与信号传播有关的误差与接收设备有关的误差22简述GPS系统误差的处理方式。一般根据系统误差产生的原因而采取不同的措施，包括：①引入相应的未知参数，在数据处理中联同其它未知参数一并求解。②建立系统误差模型，对观测量加以修正。③将不同观测站，对相同卫星的同步观测值求差，以减弱和消除系统误差的影响。④简单地忽略某些系统误差的影响。23避免多路径效应的主要措施。①安置接收机天线的环境应避开较强发射面，如水面、平坦光滑的地面和建筑表面。②选择造型适宜且屏蔽良好的天线如扼流圈天线。③适当延长观测时间，削弱周期性影响。④改善接收机的电路设计。24简述处理接收机钟差的方法。①作为未知数，在数据处理中求解。②利用观测值求差方法，减弱接收机钟差影响。③定位精度要求较高时，可采用外接频标，如铷、铯原子钟，提高接收机时间标准精度。25什么叫电离层折射误差？怎样消除电离层折射的影响？电离层折射影响：主要取决于信号频率和传播路径上的电子总量。通常采取的措施:利用双频观测利用电离层模型加以修正利用同步观测值求差26什么叫对流层折射？怎样消除对流层折射的影响？对流层折射对观测量的影响可分为干分量和湿分量两部分干分量主要与大气温度和压力有关，而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和高度有关。目前湿分量的影响尚无法准确确定。对流层影响的处理方法：定位精度要求不高时，忽略不计。采用对流层模型加以改正。引入描述对流层的附加待估参数，在数据处理中求解。观测量求差。27载波相位原始观测量的不同线性组合（如单差、双差和三差），都可作为相对定位的相关观测量，试述其优点和缺点。单差:在不同观测站，同步观测相同卫星所得观测量之差，卫星钟差的影响已经消除，这是单差模型的优点双差:在不同观测站，同步观测同一组卫星，所得单差之差。双差模型的优点是消除了接收机钟差的影响。三差:于不同历元，同步观测同一组卫星，所得观测量的双差之差。三差模型的优点是消除了整周未知数的影响28．试述GPS快速解算法包括哪些。按解算时间长短划分：经典静态相对定位法和快速解算法。经典静态相对定位法：将其作为待定量，在平差计算中求解，为提高解的可靠性，所需观测时间较长。快速解算法包括：交换天线法、P码双频技术、滤波法、搜索法和模糊函数法等，所需观测时间较短，一般为数分钟。按接收机状态区分；静态法和动态法。前述的快速算法，虽然观测时间很短，仍属静态法，动态法是在接收机载体的运动过程中确定整周未知数的方法。29．简述周跳探测修复的基本方法。①多项式拟合法②卡尔曼滤波③历元间差分④三差选权迭代法⑤小波分析法30．按网的位置基准不同，GPS平差的方法包括哪些。按网的位置基准不同，通常分为：①经典自由网平差②自由网伪逆平差③自由网拟稳平差31．GPS构网的基本图形。三角形王，环形网，星型网32．GPS网平差中位置基准选取方法。①对GPS网定位的约束条件最少，所以，通常称为最小约束选取网中一点的坐标值并加以固定，或给以适当的权；网中的点均不固定，通过自由网伪逆平差或拟稳平差，确定网的位置基准；②平差计算则存在若干约束条件，其约束条件的多少，取决于在网中所选点的数量，这种方法，通常称为约束法。在网中选若干点的坐标值并加以固定；选网中若干点（直至全部点）的坐标值并给以适当的权。33．GPS选点的工作原则1．观测站（即接收天线安置点）应远离大功率的无线电发射台和高压输电线，以避免其周围磁场对GPS卫星信号的干扰。接收机天线与其距离，一般不得小于200m；2．观测站附近不应有大面积的水域，或对电磁波反射（或吸收）强烈的物体，以减弱多路径效应的影响；3．观测站应设在易于安置接收设备的地方，且视场开阔。在视场内周围障碍物的高度角，根据情况一般应小于10～15；4．观测站应选在交通方便的地方，并且便于用