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1第一章绪论内容提要：全球定位系统的产生、发展及前景和GPS的应用。第一代卫星导航定位系统——子午卫星系统的原理及其局限性。美国政府的GPS政策和其它卫星导航定位系统。与美国政府的GPS政策有关的部分——SA政策，AS政策，GPS现代化的有关政策；与其它卫星导航定位系统有关的内容——GLONASS、Galileo以及我国的北斗卫星导航定位系统进展等。习题：1111、“TransitTransitTransitTransit系统是一个连续、独立的卫星导航系统”这种说法正确吗，为什么？答：这种说法不正确。子午卫星系统（Transit）中没有采用频分、码分、时分等多路接收技术。接收机在某一时刻只能接收一个卫星信号，这就意味着子午卫星星座中所含的卫星数不能太多。为防止在高纬度地区的视场中同时出现两颗子午卫星从而造成信号相互干扰的可能性，子午卫星星座中的卫星一般不超过6颗，从而使中低纬度地区两次卫星通过的平均间隔达1.5h左右。由于各卫星轨道面进动的大小和方向不一，最终造成各轨道面之间的间隔疏密不一。相邻轨道面过密时会导致两颗卫星同时进入用户视场，造成信号相互干扰，此时控制中心不得不暂时关闭一颗卫星使其停止工作。轨道面过疏时用户的等待时间有可能长达8～10h。导航定位的不连续性使子午卫星系统无法称为一种独立的导航定位系统，而只能成为一种辅助系统。（《GPS测量与数据处理》，P3）2222、名词解释：多普勒计数答：：若接收机产生一个频率为0f的本振信号，并与接收到的频率为Rf的卫星信号混频，然后将差频信号0()Rff−在时间段12[,]tt上积分，则积分值210()tRtNffdt=−∫，N称为多普勒计数。3333、试对GLONASSGLONASSGLONASSGLONASS、GalileoGalileoGalileoGalileo与GPSGPSGPSGPS的卫星星座分布情况进行比较。答：GLONASS由24颗工作卫星组成卫星星座。24颗卫星平均分布在三个轨道倾角为64.8�2的轨道平面上。相邻轨道面的升交点赤经之差为120�。每个轨道面上平均分布8颗卫星。卫星在几乎为圆形的轨道上飞行（0.01e≤）。卫星的平均高度为19390lm，运行周期为11h15min44s。Galileo的整个卫星星座将由30颗卫星组成（27颗工作卫星加上3颗在轨的备用卫星）。这些卫星将均匀地分布在三个倾角为56�的轨道面上，每个轨道面上均分布有9颗工作卫星和1颗备用卫星。卫星离地面的高度为23616km，运行周期为14h4min，地面跟踪的重复时间为10天。GPS的空间卫星星座由24颗卫星组成，其中包括3颗备用卫星。卫星分布在6个轨道面内，每个轨道面上分布有4颗卫星。卫星轨道面相对地区赤道面的倾角约为55�，各轨道平面升交点的赤经相差60�。在相邻轨道上，卫星的升交距角相差30�。轨道平均高度约为20200km，卫星运行周期为11h58min。4444、名词解释：SASASASA，ASASASAS答：考虑到GPS在军事上的巨大应用潜力以及C/A码是公开向全球所有用户开放的这一基本政策，为防止敌对方利用GPS危害美国的国家安全，美国国防部从1991年7月1日起在所有的工作卫星上实施SA技术，即实施选择可用性政策。其主要的技术手段为：（1）在卫星的广播星历中人为地加入误差，以降低卫星星历的精度，这就是所谓的ε技术；（2）有意识地使卫星钟频产生一种快速的抖动。这种抖动实际上也是一种伪随机过程，对于未掌握其变化规律的用户来讲，产生的效果相当于降低了钟的稳定度，从而影响导航定位精度，这就是所谓的δ技术。AS政策是美国国防部为防止敌对方对GPS卫星信号进行电子欺骗和电子干扰而采取的一种措施。其具体做法是在P码上加上严格保密的W码，使其模二相加产生完全保密的Y码。该措施从1994年1月31日起实施。第二章GPS测量中所涉及的时间系统和坐标系统1.简述时间基准需要满足的两个条件。2.目前所使用的时间基准有哪几种？33.以地球自转作为时间基准的时间系统有哪几种？4.原子时的秒长是怎么定义的？恒星时和太阳时呢？5.什么是岁差和章动?北天极在天球上是怎样运动的？6.什么是天球?简述天球上的主要点、线、圈?7.什么是极移？什么原因引起的？8.区别协议天球坐标系和地球坐标系9.ITRS与GCRS之间的转换步骤？第三章GPS组成及信号结构内容提要：GPS的空间部分、地面监控部分和用户部分的组成与功能。在用户部分中，与GPS接收机有关的基本概念，例如天线平均相位中心偏差，接收通道等。GPS卫星的信号结构，包括载波、测距码与导航电文各部分的功能与结构。载波的频率特性、测距码的分类、导航电文三个数据块的基本构成以及GPS信号调制的模式。习题1111：1111、GPSGPSGPSGPS系统由哪几部分组成，并说明其作用？答：GPS系统由三个部分组成：空间部分（GPS卫星）、地面监控部分和用户部分。各部分作用如下：（1）GPS卫星可连续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正常运转。（2）地面监控系统的主要功能是：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。地面监控系统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）用户则用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等参数。2222、GPSGPSGPSGPS系统中卫星的广播星历是由（）编制的：答案：BBBBA卫星上的处理器B主控站C监测站D注入站43333、什么是接收通道？序贯通道与多路复用通道的工作原理有何区别？答：接收机中用来跟踪、处理、量测卫星信号的部件，由无线电元器件、数字电路等硬件和专用软件所组成，称为接收通道。一个通道在一个时刻只能跟踪一个卫星某一频率的信号。序贯通道的循环周期大于20ms；多路复用通道的循环周期小于或等于20ms。由于导航电文中每个比特持续的时间为20ms，故多路复用通道可同时采集到各卫星的导航电文，而序贯通道则不能（必须通过其他渠道获得导航电文）。习题2222：1111、GPSGPSGPSGPS卫星信号由哪几部分组成？答：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：1L（11575.42zfMH=）和2L（21227.60zfMH=）；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）。2222、GPSGPSGPSGPS导航电文包含以下哪些内容：答案：ABCABCABCABCA.卫星星历B.卫星钟改正数C.电离层延迟改正参数D.C/A码距离观测值3333、对于GPSGPSGPSGPS卫星导航电文的第二数据块，下列那些说法正确????答案：ACDACDACDACDA.由第二、三子帧中的内容构成B.包含该卫星钟的改正参数C.包含该卫星的广播星历参数D.包含该卫星星历的数据龄期4444、试GPSGPSGPSGPS卫星信号构成示意图进行说明。5答：图中说明卫星发射的所有信号分量都是根据同一基准频率F经倍频或分频后产生的。这些信号分量包括L1载波、L2载波、C/A码、P码和数据码。经卫星天线发射出去的信号包括C/A码信号、1LP−码信号和2LP−码信号。实施SA政策时基准频率F中将加入快速抖动δ信号。实施AS政策时P码将和W码进行模二相加，形成保密的Y码。5555、测距码调制到载波上的基本原理是怎样的？答：GPS卫星信号采用的是二进制相位调制法。其基本原理是先将导航电文调制在测距码上，然后再将组合码调制到载波上。6666、名词解释：导航电文答：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）。它是用户利用GPS进行导航定位时一组比不可少的数据。GPS系统的组成？各部分的作用是什么？GPS接收机由哪几部分构成？GPS信号包括哪些？什么是伪随机噪声码，它有什么特性？GPS的导航电文中包括哪些内容？在轨运动的卫星会受到哪些摄动力？开普勒轨道六参数是？各自的几何意义?GPS信号调制的基本原理（简述）？64.1概述4.2相对论效应4.3钟误差主要内容：与卫星有关的误差、与信号传播有关的误差和与接收机有关的三大类GPS误差源。消除和削弱这些误差影响的主要方法。相对论效应和钟误差的相关概念及其消除或削弱的方法。习题：1.1.1.1.与卫星有关的误差包括哪几类？答：与卫星有关的误差包括：卫星星历误差；卫星钟的钟误差；相对论效应。2.2.2.2.总体而言，消除和减弱各种误差影响的方法有哪些？答：消除和减弱各种误差影响的主要方法有：（1）模型改正法原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正。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。所针对的误差源：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。所针对的误差源：对流层延迟、电离层延迟、卫星轨道误差、卫星钟差、接收机钟差。7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。限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计。（4）选择较好且适用的软硬件和选择合适的测量地点与方法。3333．用广播星历钟的卫星钟差改正数进行改正后，卫星钟差残余量在什么量级？进一步进行改正的方法有哪些？答：用广播星历的卫星钟差改正数改正后,卫星钟差残余量为5～10ns，对测距的影响为1.5~3.0m。为了适应更高精度的应用，进一步的改进方法有：1.利用测码伪距单点定位方法来确定接收机钟的钟差，精度估计可以达到0.1~0.2sµ。2.通过各种渠道获得精确的卫星钟钟差值，一般IGS是比较好的数据来源，目前IGS给出的卫星钟差的精度可以达到0.1ns。3通过观测值相减来消除公共的钟差项。4444．为什么GPSGPSGPSGPS测量中必须仔细地消除钟误差？答：在GPS测量中我们是以及卫星信号的传播时间21tt−来确定从卫星至接收机的距离的。其中1t为卫星钟所测定的信号离开卫星的时刻，2t为接收机钟所测定的信号到达接收机的时刻。若信号理论卫星时卫星钟相对于标准的GPS时的钟差为STδ，信号到达接收机时接收机钟相对于标准的GPS时的钟差为RTδ，那么上述钟误差对测距所造成的影响为()SRTTcδρδδ=−⋅。由于信号的传播速度c的值很大，因此在GPS测量中必须十分仔细地消除钟误差。5555．相对论效应的影响下，卫星钟频率是变快还是变慢？如何改正？8答：相对论效应的影响下，卫星钟频率变快。解决方法是在地面上生产原子钟时将钟的频率降低104.4510f−×⋅，'11~410bSSbρ∆⎛⎞=×⎜⎟⎝⎠，f为卫星的真近点角。另外为了求得相对论效应的精确值，用户还需加上一项改正：'22sinfafeEtcµ∆=−由于卫星钟的频率误差'f∆而引起的卫星信号传播时间的误差t∆和测距误差ρ∆为：2290sin()686.42sin()teEnseEnsρ∆=∆=其中e为卫星轨道的偏心率，E为偏近点角。6666．名词解释：物理同步误差，数学同步误差答：由GPS卫星上的卫星钟所直接给出的时间与标准的GPS时之差称为卫星钟的物理同步误差。顾及改正数后的卫星钟读数与标准的GPS时间之差称为卫星钟的数学同步误差，其中20