GPS复习资料

GPS复习资料一、名词解释1.GNSS:GNSS是GlobalNavigationSatelliteSystem的缩写。中文译名应为全球导航卫星系统。目前，GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo系统、中国的Compass(北斗)。它不是单一导航卫星系统，而是一个综合导航卫星系统，它体现了卫星导航的优越性。2.天球：以地球质心为中心，以无穷大为半径的假想球体称为天球。为建立球面坐标系统，必须确定球面上的一些参考点、线、面和圈。3.春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点。4.岁差：地球绕地轴旋转，由于日、月等天体的影响，地球的旋转轴在空间围绕黄极发生缓慢旋转，形成一个倒圆锥体，锥角等于黄赤交角，旋转周期为26000年，这种运动称为岁差。5.章动：月球引力产生的转矩大小和方向不断变化，从而导致地球旋转轴在岁差的基础上叠加18.6年的短周期圆周运动，振幅为9.21秒，这种现象称为章动。6.极移：地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，因而地极点在地球表面的位置是随时间而变化的，这种现象称为极移。7.历元：在天文学和卫历元。8.绝对定位：也叫单点定位，即利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中相对坐标系原点的绝对位置。9.相对定位：用至少两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。有静态相对定位和动态相对定位之分。10.伪距：是由GPS观测得到的GPS观测站到卫星的距离。由于尚未对“卫星时钟与接收机时钟同步误差”所造成的影响加以改正，在所测距离中包含着时钟误差因素，故称“伪距”。11.周跳：在卫星跟踪过程中，如卫星信号被障碍物挡住而暂时中断，或受无线电信号干扰造成失锁，这样计数器就无法连续计数。当信号被重新跟踪后，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。这种现象称为周跳。12.整周模糊度：又称整周未知数，是在全球定位系统技术的载波相位测量时，载波相位与基准相位之间相位差的首观测值所对应的整周未知数。正确地确定它，是全球定位系统载波相位测量中非常重要且必须解决的问题之一。13.卫星轨道误差：也是卫星的星历误差，由星历计算得到的卫星轨道空间位置与实际轨道位置之差称为卫星轨道误差。14.同步观测:同步观测是指两台或两台以上接收机同时对一组卫星进行的观测。15.异步观测环:在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该改多边形环路叫异步观测环。二、填空题1.GPS全球定位系统组成包括三大部分：①空间部分——GPS卫星星座；②地面监控部分——地面监控系统；③用户部分——GPS接收机。2.GPS系统的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成，它们均匀分布在6个近似圆形轨道上。3.地面监控部分部分由主控站、监测站、注入站、通信和辅助系统组成。4.GPS中的时间系统包括：恒星时、原子时、动力学时。5.GPS专用时间系统是：原子时ATI。6.卫星的运动：①无摄运动：只考虑地球质心引力作用的卫星运动。②受摄运动：考虑摄动力作用的卫星运动。7．开普勒轨道6参数（卫星的无摄运动）参数：椭圆长半径a，偏心率e；真近点角V；升交点赤经Ω；轨道面的倾角i；近地点角距ω8.GPS卫星发射的信号由载波、测距码和导航电文组成。9.差分GPS的分类差分GPS按用户进行数据处理的时间的不同可分为实时差分和事后差分。差分GPS按观测值的类型可分为伪距差分和相位差分。差分GPS按其工作原理及数学模型大体可分为三种类型：单基准站差分、具有多个基准站的局部区域差分和广域差分。10.完全定义一个空间直角坐标系统必须明确：坐标原点的位置；三个坐标轴的指向；长度单位11.载波相位定位需解决的问题：整周未知数（整周模糊度）的确定。12.接收机钟误差的消除方法：①参数法；②模型改正法；③求差法。13.消除或减弱各种误差影响的方法（了解）①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。（改正后的观测值＝原始观测值＋模型改正）适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公式。误差源：相对论效应、电离层延迟、对流层延迟、卫星钟差。限制：有些误差难以模型化。②求差法；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。误差源：电离层延迟、对流层延迟、卫星轨道误差等。限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱。③参数法；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限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计。④回避法。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。误差源：电磁波干扰、多路径效应。限制：无法完全避免误差的影响，具有一定的盲目性。14.GPS网的图形设计：三角形网、多边形网、附合导线网、星形网。三、简答题1.GPS全球定位系统组成及其各自的作用？答：①空间部分——GPS卫星星座，GPS的空间卫星星座由24颗卫星组成。卫星分布在6个轨道面内，每个轨道上均匀分布有4颗卫星。GPS卫星空间星座的分布保障了在地球上任何地点，任何时刻，至少有4颗卫星被同时观测，且卫星信号的传播和接受不受天气的影响。作用：1.接收和储存由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制命令2.借助于卫星上设有的微型处理机进行必要的数据处理3.提供精密的时间标准4.向用户发送定位信息5.在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星姿态和启动备用卫星②地面监控部分——地面监控系统，地面控制部分包括1个主控站，3个信息注入站和5个卫星监测站。作用：1.监视卫星的运行2.确定GPS的时间系统3.跟踪并预报卫星星历和卫星钟状态4.向每颗卫星的数据存储器注入卫星导航数据③用户部分——GPS接收机，还包括了天线单元和接收单元。作用：接收并跟踪卫星信号、记录处理数据、达到导航和定位的目的。2.卫星定位技术发展简史？答：卫星定位技术是利用人造地球卫星进行点位测量的技术。20世纪50年代末期，美国开始研制用多普勒卫星定位技术进行测速，定位的卫星导航系统，叫做子午卫星导航系统（NNSS）。多普勒定位具有经济快速，精度均匀，不受时间和天气的限制等优点。以此同时前苏联也开始建立了一个卫星导航系统，叫做CICADA。由于发展的需要美国于1973年研制新建了GPS系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航系统，具有全能性，全球性，全天性，联系性和实时性的导航，定位和定时的功能。能为用户提供精密的三维坐标，速度和时间。GPS计划经历了方案论证，系统论证，生产试验三个阶段。再后来的30多年中全球又建立了GLONASS全球定位系统（俄罗斯），伽利略（GALILEO）全球定位系统(欧盟)；北斗导航定位系统（中国）。不久的将来，它们将共同组成全球导航卫星系统GNSS，到那时全球导航卫星将有一百多颗，定位精度和定位速度都将大大提高。3.GPS卫星定位技术相对传统定位系统有什么特点？（优缺点）答：GPS卫星定位技术的特点：定位精度高；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。（也可考填空）4.GPS专用时间系统是什么？时间是如何定义的？答：GPS时间系统是测时测距系统。时间在GPS测量中是一个基本的观测量。卫星的信号，卫星的运动，卫星的坐标都与时间密切相关。对时间的要求既要稳定又要连续。为此，GPS系统中卫星钟和接收机钟均采用稳定而连续的GPS时间系统——GPS专用原子时ATI。定义：由GPS星载原子钟和地面监控站原子钟组成的一种原子时基准，与国际原子时保持有19s的常数差，采用原子时ATI秒长作为时间基准，起算的原点定义在1980.年1月6日零时，在起始时刻，与UTC保持一致。5.GPS信号的组成、特点。答：GPS卫星发射的信号由载波、测距码和导航电文组成。（1）载波除了能很好地传送测距码和导航电文这些有用的信息之外，在载波相位测量中它又被当作一种测距信号来使用。其测距精度比伪距测量的精度高2~3个数量级。因此，载波相位测量在高精度定位中得到了广泛的应用。特点：所选择的频率有利于测定多普勒频移所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关）（2）、在GPS卫星发射的测距码信号中，包含了C/A码和P码两种伪随机噪声码信号。C/A码的特点：1、C/A码的码长较短，易于捕获，而通过捕获C/A码所得到的信息，又可以方便地捕获P码，所以，通常称C/A码为捕获码。2、C/A码的码元宽度较大。由于其精度较低，所以称C/A码为粗精度码。P码的特点：1、P码的码长较长，一般是先捕获C/A码，然后根据导航电文中给出的相关信息，再捕获P码。2、P码的码元宽度为C/A码的1/10，可用于较精密的导航和定位，称为精码。（3）、卫星导航电文是包含卫星的星历、工作状态等导航信息的数据码，是利用GPS进行定位的数据基地。6.载波差分模型（单差、双差、三差）的特点。答：单差,双差,三差。单差：在接收机间求一次差；消除了卫星钟差的影响单差优点：①消除卫星钟差的影响；②大大减弱星历误差及电离层、对流层折射的影响双差：在接收机、卫星间求二次差（单差之差）；消去了接收机钟差的影响。三差：在接收机、卫星、历元间求差（双差之差）。消去了整周未知数；优点：①消除或减弱时钟、星历和大气折射误差的影响；②减少平差中不必要未知数的数量，减少法方程的阶数；7.如何区分卫星信号？答：要区分卫星信号，需要运用码分多址技术。即给不同的卫星指配不同结构的伪随机码，利用伪随机码可以区分24颗卫星信号。伪随机码是由二进制码组成的具有非随机序列自相关特性的有周期性序列。组成一组二进制码序列时，每一位数到底是取0还是1完全是随机的。两信号码相除为1，信号完全相同；两信号码相除为-1，信号完全相反，我们更注重信号相同。利用这种伪随机码，我们可以识别不同的卫星，从而区分卫星信号。8.GPS定位为什么必须接收多于四颗以上卫星。答：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这一误差，造成距离测量观测值很不准确。需要将接收机钟差作为一个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，即需要同时观测至少4颗GPS卫星。9.什么是多路径误差?试述消弱多路径误差的方法。在GPS测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线，这就和直接来自卫星的信号产生干涉，从而使观测值偏离真值，产生多路径误差。消多路径误差的方法:（1）选择合适的站址a、测站应远离大面积平静地水面；b、测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中；c、测站应离开高层建筑物。（2）对接收机天线的要求a、在天线中设置抑径板b、接收天线对于极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用。10.周跳的探测及修复。答：周跳的探测及修复方法：（1）高次差法；（2）多项式拟合法；（3）用在卫星间求差后的单差观测值来探测修复周跳；（4）用双频P码伪距观测值来探测、修复周跳；（5）三次差法：根据三差观测方程中的常数项来探测和修复周跳，或用观测值的残差来探测和修复周跳。11.GPS数据解算流程。答：GPS的数据处理基本流程包括：数据采集、数据传输、数据预处理、基线结算、GPS网平差。12.GPS网布设的基本流程。答：GPS网建立过程分为3个阶段：设计阶段，施工作业和数据处理。（1）设计阶段进行的工作：项目规划；技术设计；资料搜集整理；仪器检验检定；踏勘、选点和埋石。（2）测量实施阶段工作：实地了解测区情况；卫星状况预报；确定作业方案；基线解算及其质量控制等。（3）数据处理阶段工作：网平差及其质量监控；技术总结；成果验收。13.简述GPS网的布网原则。答：为了用户的利益，G