卫星导航课程整理

1第一章1.GPS的系统组成（包括一些关键参数）及各个部分的作用。(p3)空间部分：GPS卫星作用：①接收、存储导航电文②生成用于导航定位的信号（测距码、载波）③发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文）④接受地面指令，进行相应操作⑤其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。地面控制部分：①监视卫星运行②确定GPS时间系统③跟踪并预报卫星星历和卫星钟状态④向每颗卫星数据存储器注入卫星导航数据用户设备部分：接收机的主要功能：①迅速捕获按一定卫星截止高度角所选择的待测卫星信号，并跟踪这些卫星；②对所接收到的卫星信号进行变换、放大和处理，以便测定出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间；③解译出GPS卫星所发送的导航电文；2.GPS现代化计划包括哪些内容。(p10)①在GPS现代化第一阶段，发射12颗改进的GPSBLOCKⅡR型卫星，它们具有一些新的功能②在GPS现代化第二阶段，发射6颗GPSBLOCKⅡF型卫星③在GPS现代化计划的第三阶段，发射12颗改进的GPSBLOCKⅢ型卫星,在2003年完成代号为GPSⅢ的GPS完全现代化计划设计工作。3.北斗卫星导航系统的定位原理。(p15)BD系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。第二章1.春分点的定义及其作用。(p19)定义：太阳的视位置由南向北通过赤道的交点。作用：春分点和天球赤道面是建立坐标系的重要基准点和基准面。2.岁差、章动和极移的区别。(p20、24)岁差和章动指的是地球连同它的自转轴一起在空间转动，但地球和自转轴之间并未发生相对运动，只会影响恒星的赤经赤纬，不会影响地面测站的坐标。极移是地球相对于自转轴的转动，但它并不影响地球自转轴在空间的指向，因而极移会使地面测站的坐标发生变化，不会影响恒星的天球坐标。3.天球坐标系如何转换到地球坐标系。4.时间测量的类型。(1)相对时间测量（2）绝对时间测量5.时间系统的类型及对应的空间参考点。①世界时系统1恒星时:由春分点的周日视运动确定的时间2平太阳时:以平太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔3世界时:以子夜零时起算的格林尼治平太阳时②原子时:以原子能级间的跃迁特征为基础③协调世界时:以原子时秒长为尺度，时刻上接近于世界时的一种折衷时间系统④GPS时间系统（GPST）：由GPS主控站的原子钟控制第三章2coscossssssaErfaecoscosssssafEer2coscos1cos1sinsin1cosssssssssssEefeEeEfeE1tantan212ssssfeEe1.开普勒轨道参数有哪些。(p40)as：轨道椭圆的长半径es：轨道椭圆的偏心率fs：真近点角i：轨道面的倾角Ω：升交点的赤经ωs：近地点角距2.真近点角的计算步骤。(p41)3.GPS的信号结构及对应的作用。(p54)GPS卫星的基准频率f0：搭载其它调制信号测距测定多普勒频移4.星历的类型及区别。(p51)预报星历（广播星历）后处理星历（精密星历）第四章1.伪距和载波如何实现测距。(p64)伪距:接收机必须产生相同结构的测距码（复制码),如果接收机不能产生相同结构的测距码，则不能进行伪距测量。接收机具有连续跟踪卫星信号的能力载波:将所接收到的调制信号（卫星信号）与接收机产生的复制码相乘。2.GPS伪距单点定位时，为何需要同时观测至少4颗GPS卫星。3.静态相对定位载波测量中采用求差法的原因，求差法有什么缺点。(p73)4.差分定位的类型及各自的特点。(p78)（1）位置差分：差分改正计算的数学模型简单、差分数据的数据量少、基准站与流动站要求观测完全相同的一组卫星3（2)距离差分:差分改正计算的数学模型较复杂、差分数据的数据量较多、基准站与流动站不要求观测完全相同的一组卫星（3）单基准站局域差分：优点：结构、模型简单缺点：差分范围小，精度随距基准站距离的增加而下降、可靠性差（4）多基准站局域差分：优点：差分精度高、可靠性高，差分范围增大缺点：差分范围仍然有限，模型不完善（5）广域差分（WADGPS）：优点：差分精度高、差分精度与距离无关、差分范围大缺点：系统结构复杂、建设费用高（6）伪距差分：优点：基准站提供所有卫星的改正数，用户接收机只要观测任意4颗卫星就可以完成定位。缺点：差分精度随基准站到用户的距离增加而减少。（7）载波相位差分：可以使实时三维定位精度达到厘米级5.周跳产生的原因及处理方法。1、信被遮挡，导致卫星信号无法被跟踪2、仪器故障，导致差频信号无法产生3、卫星信号信噪比过低，导致整周计数错误4、接收机在高速动态的环境下进行观测，导致接收机无法正确跟踪卫星信号5、卫星瞬时故障，无法产生信号周跳的探测与修复设法找出周跳发生的时间和大小屏幕扫描法高次差或多项式拟和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参数法将周跳标记出来，引入周跳参数，进行解算8.RTK的定位原理及系统组成。原理：在基准站上安置1台接收机为参考站，对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度（即基准站和流动站坐标差△X、△Y、△H，加上基准坐标得到的每个点的WGS－84坐标，通过坐标转换参数得出流动站每个点的平面坐标X、Y和海拔高H）。组成:基准站网、数据处理中心、数据通信链路、用户部分第六章1.星历误差对单点定位和相对定位的影响。星历误差对单点定位的影响主要取决于卫星到接收机的距离以及GPS卫星与接收机构成的几何图形。广播星历误差对测站坐标的影响一般可达数米至数十米。星历误差对相对定位的影响4711~4102.51010bsbkm取，则广播星历对相对定位的影响为级。2.卫星钟误差的处理方法有哪些。1.钟差改正多项式2210ocsocstttattaas4其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的频偏，a2为频漂。2.可以通过相对定位进一步消除3.采用IGS提供的精密钟差（精度可达0.1ns）4.在某些场合直接忽略卫星钟差3.电离层折射误差有哪些处理方法。经验模型改正方法：根据以往观测结果所建立的模型改正效果：差双频改正方法：利用双频观测值直接计算出延迟改正或组成无电离层延迟的组合观测量效果：改正效果最好实测模型改正方法：利用实际观测所得到的离散的电离层延迟（或电子含量），建立模型（如内插）效果：改正效果较好4.对流层折射误差有哪些处理方法。1.直接在测站测定气象参数，用于上述对流层折射改正模型。2.引入描述对流层影响的附加待估参数，在数据处理中一并求得。3.利用同步观测值求差。5.多路径误差产生的原因及应对措施。原因: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”。（多个反射信号同时进入接收天线）应对措施:观测上选择合适的测站，避开易产生多路径的环境硬件上采用抗多路径误差的仪器设备抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化天线抗多路径的接收机：窄相关技术MEDLL等数据处理上加权、参数法、滤波法、信号分析法第七章1.GPS网的基准有哪些。位置基准一般由给定的起算点坐标决定尺度基准1.由地面的电磁波测距边确定2.已知点间的固定边3.GPS网中的基线向量*方位基准1.由网中的起始方位角提供2.由GPS网中的各基线向量来共同提供*2.GPS网的特征条件计算方法。/GPS1/21111nmNCCnmNJCNNJCNJnJJJCNn总独必必独多若某工程中包含个网点，每个点设站次数为，接收机台数为，则观测时段数为：=该网中共有基线向量数为：独立基线数为：必要基线数为：多余基线数为：53.接收机检验的内容内容GPS接收机的检定、气象仪器的检定、其它设备的检验第八章1.GPS数据处理包含的流程。四个阶段:数据传输、格式转换（可选）、预处理、基线处理、网平差2.卫星轨道标准化的目的。（1）得到某一时间段内平滑的轨道数据（2）将不同类型的轨道数据转换为统一的形式3.GPS网平差类型的划分。根据进行平差的空间三维平差在三维空间中进行数学模型是严密的适用于任何网，特别是大规模的网二维平差在二维平面上进行将平面坐标分量与高程分量分离，忽略了两者之间的相关性，数学模型进行了一定的近似适用于小规模的网根据观测值和已知条件的情况无约束平差观测值全为GPS观测值已知条件不使网产生由非观测量所引其的变形约束平差观测值全为GPS观测值已知条件使网产生由非观测量所引其的变形联合平差观测观测值除了GPS观测值已外，还包括其它常规几何观测值5.GPS网平差的目的。（1）发现剔除粗差（2）确定待定点坐标及其它参数（在指定基准下）（3）精度评定6.高程系统的类型。大地高系统、正高系统和正常高系统大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。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。大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一个点，在不同的基准下，具有不同的大地高。正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。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。正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高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。GPS8054804645GPS164546402216442567925679177CnmCNCNNJJCNJJJJ总独必必独多若网由个站组成，现准备用台接收机来进行观测，每个站设站次数为次，则全网的观测时段数为：=该网中共有基线向量数为：条独立基线数为：条必要基线数为：条多余基线数为：条