GPS原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)試題解析

1、GPS原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)題GPS測(cè)量試卷A卷一、填空（每空0.5分，共10分）1、GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分GPS衛(wèi)星星一座：地面控制部分一地面監(jiān)控 系統(tǒng)；用部分一GPS 接收機(jī)。2、GPS系統(tǒng)的空間部分由21顆工作衛(wèi)星及3顆備用衛(wèi)星組成，它們均勻分布 在6個(gè)近似圓形軌道上。3、GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站。4、GPS衛(wèi)星位置采用 WGS-84大地坐標(biāo)系。5、GPS系統(tǒng)中衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘均采用穩(wěn)定而連續(xù)的GPS時(shí)間系統(tǒng)。7、GPS接收機(jī)依據(jù)其用途可分為:,導(dǎo)航型接收機(jī)、測(cè)、地（量）.型接收機(jī)和授時(shí)型接 收機(jī)。8、在GPS定位工作中，由于某種原因，如衛(wèi)星信

2、號(hào)被暫時(shí)阻擋，或受到外界干擾影響，引起衛(wèi)星跟蹤的暫時(shí)中斷，使計(jì)數(shù)器無(wú)法累積計(jì)數(shù)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為整周跳， 變丄周跳）?！?、根據(jù)不同的用途，GPS網(wǎng)的圖形布設(shè)通常有：點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式和邊點(diǎn) 混合連接四種基本方式。選擇什么樣的組網(wǎng)，取決于工程所要求的精度、野外條 件及GPS接收機(jī)臺(tái)數(shù)等因素。二、名詞解釋?zhuān)縎 3分，共18分）1、偽距:就是由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所 得出的量側(cè)距離。由于衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘的誤差以及信號(hào)經(jīng)過(guò)電離層和對(duì)流層的 延遲，量側(cè)距離的距離與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離有一定的差 值，因此，稱(chēng)量側(cè) 距離的偽距。2、GPS相對(duì)定位：是至少用兩臺(tái)GPS接

3、收機(jī)，同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，確定 兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對(duì)位置。3、觀測(cè)時(shí)段:測(cè)站上開(kāi)始接收衛(wèi)星信號(hào)到觀測(cè)停止，連續(xù)工作的時(shí)間段稱(chēng)為觀測(cè) 時(shí)段，簡(jiǎn)稱(chēng)時(shí)段。4、同步觀測(cè)環(huán)：三臺(tái)或三臺(tái)以上接收機(jī)同步 觀測(cè)獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合 環(huán)。5、后處理星歷:一些國(guó)家某些部門(mén)，根據(jù)各自建立的衛(wèi)星跟蹤占所獲得的對(duì)GPS 衛(wèi)星的精密觀測(cè)資料，應(yīng)用與確定廣播星歷相似的方法而計(jì)算的衛(wèi)星星歷。由于 這種星歷是在事后向用戶(hù)提供的在其觀測(cè)時(shí)間內(nèi)的精密軌道信息，因此稱(chēng)為后 處理星歷。6、靜態(tài)定位:如果在定位時(shí)，接收機(jī)的天線在跟蹤GPS衛(wèi)星過(guò)程中，位置處于固 定不動(dòng)的靜止?fàn)顟B(tài)，這種定位方式稱(chēng)為靜態(tài)定位。三、簡(jiǎn)答（每 6

4、分，共36分）1、簡(jiǎn)述GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)。答:定位精度高；1分）觀測(cè)時(shí)間短：1（分）測(cè)站間無(wú)需通視；1（分）可 提供三維坐標(biāo)：1（分）操作簡(jiǎn)便；0.5分）全天候作業(yè)：1（分）功能多，應(yīng) 用廣；（5分）（回答：全能性、全球性、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的也各1分。2、簡(jiǎn)述接收機(jī)的主要任務(wù)。答:當(dāng)GPS衛(wèi)星在用戶(hù)視界升起時(shí)，接收機(jī)能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所 選擇的待測(cè)衛(wèi)星，并能夠跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行（2分）對(duì)所接收到的GPS信號(hào)， 具有變換、放大和處理的功能（2分）測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收天線的傳播 時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，甚至 三維速度和時(shí)間2分）。3、簡(jiǎn)述

5、無(wú)攝運(yùn)動(dòng)中開(kāi)普勒軌道參數(shù)。答:軌道橢圓的長(zhǎng)半徑；1（分）軌道橢圓偏心率（或軌道橢圓的短半徑）；1分）衛(wèi) 星的真近點(diǎn)角；1分）升交點(diǎn)赤經(jīng)；1（分）軌道面傾角；1（分）近地點(diǎn)角距。（1 分） 4、簡(jiǎn)述偽距定位觀測(cè)方程中劃?rùn)M線參數(shù)的含義。式中，j為衛(wèi)星數(shù),j = 1,2 ,XS-X一丫 彳 zj _z jtj 丄*3,答：tk :接收機(jī)鐘差1分）；：對(duì)j號(hào)衛(wèi)星的）偽距觀測(cè)值2分）；、，2 :分別為電離層延遲和對(duì)流層延遲的改正數(shù)（2分）；.tj :為衛(wèi)星鐘差1 分）。5、減弱電離層影響的措施。答:利用雙頻觀測(cè)；2分）利用電離層改正模型加以改正；2分）利用同步觀測(cè)值求 差。2分）6、簡(jiǎn)述快速靜態(tài)定位的作

6、業(yè)方式。答:在測(cè)區(qū)中部選擇一個(gè)基準(zhǔn)站，并安置一臺(tái)接收 設(shè)備連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星（3 分）；另一臺(tái)接收機(jī)依次到各點(diǎn)流動(dòng)設(shè)站，每點(diǎn)觀測(cè)數(shù)分鐘（3分）。四、論述（共23分）1、什么是偽距單點(diǎn)定位？說(shuō)明用戶(hù)在使用GPS接收機(jī)進(jìn)行偽距單點(diǎn)定位時(shí)，為 何需要同時(shí)觀測(cè)至少4顆GPS衛(wèi)星？ 13分）答:根據(jù)GPS衛(wèi)星星歷和一臺(tái)GPS接收機(jī)的偽距測(cè)量觀測(cè)值來(lái)直接獨(dú)立確定用 戶(hù)接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中的絕對(duì)坐標(biāo)的方法叫單點(diǎn)定位，也叫絕對(duì)定 位。（5分）由于進(jìn)行偽距單點(diǎn)定位時(shí)，每顆衛(wèi)星的偽距測(cè)量觀測(cè)值中都包含有接收 機(jī)鐘差這一誤差，造成距離測(cè)量觀測(cè)值很不準(zhǔn)確。（4分）需要將接收機(jī)鐘差作為一 個(gè)未知數(shù)加入到偽

7、距單點(diǎn)定位的計(jì)算中，再加上坐標(biāo)三個(gè)未知數(shù)，所以至少需要 4個(gè)偽距觀測(cè)值，即需要同時(shí)觀測(cè)至少4顆GPS衛(wèi)星。 4分）2、什么是多路徑誤差?試述消弱多路徑誤差的方法。（10分）答:在GPS測(cè)量中，如果測(cè)站周?chē)姆瓷湮锼瓷涞男l(wèi)星信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)天線， 這就和直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值，產(chǎn)生多路徑誤差。5分）消弱多路徑誤差的方法：1 ）選擇合適的站址a 測(cè)站應(yīng)遠(yuǎn)離大面積平靜地水面；1分）b、測(cè)站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中；1分）c、測(cè)站應(yīng)離開(kāi)高層建筑物.1分）2）對(duì)接收機(jī)天線的要求a在天線中設(shè)置抑徑板（1分）b、接收天線對(duì)于極化特性不同的反射信號(hào) 應(yīng)該有較強(qiáng)的抑制作用。（1分）

8、 五、綜合分析（共 13分）根據(jù)下列控制網(wǎng)的圖形，用三臺(tái)天寶4800雙頻接收機(jī)作業(yè)，相鄰點(diǎn)的距離約1 km，儀器遷移時(shí)間約20-30分鐘，已知接收機(jī)的使用序號(hào)和機(jī)號(hào)如下表，要求最 少有三個(gè)同步觀測(cè)環(huán)，同步觀測(cè)時(shí)間為1小時(shí)。1）編寫(xiě)定位的先后次序（6分）。2）寫(xiě)出三個(gè)同步觀測(cè)環(huán)和一個(gè)獨(dú)立環(huán)。4分）3）根據(jù)下圖PDOP值選擇每一個(gè)同步觀測(cè)環(huán)最佳的觀測(cè)時(shí)段。（3分）答：1）觀測(cè)時(shí)段1:A點(diǎn)（接收機(jī)1）、B點(diǎn)（接收機(jī)2）、D點(diǎn)（接收機(jī)3） 2（分） 觀測(cè)時(shí)段2: A點(diǎn)（接收機(jī)1）、B點(diǎn)（接收機(jī)2）、C點(diǎn)（接收機(jī)3）2（分） 觀測(cè)時(shí)段3:B點(diǎn)（接收機(jī)2）、C點(diǎn)（接收機(jī)3）、D點(diǎn)（接收機(jī)1）2（分）2）同

9、步觀測(cè)環(huán)：觀測(cè)時(shí)段1的AB、BD、AD三邊所組成的閉合環(huán)；1（分）觀測(cè)時(shí)段2的AB、BC、AC三邊所組成的閉合環(huán)；1（分）觀測(cè)時(shí)段3的BC、CD、BD三邊所組成的閉合環(huán)；1（分） 獨(dú)立環(huán)：觀測(cè)時(shí)段1的獨(dú)立邊AB、AD和觀測(cè)時(shí)段3的獨(dú)立邊BD三邊所組成的閉合環(huán); 1分）；（沒(méi)有明確寫(xiě)明是獨(dú)立&的酌情處理）3）在這三個(gè)時(shí)間段內(nèi)選擇較好：觀測(cè)時(shí)段1：5:00 - 6:00 1分）觀測(cè)時(shí)段 2:13:30:- 14:30 1 分）觀測(cè)時(shí)段3:18:00 - 19:00 1分）W mI Jl SOO fl CM球怡 jJC i 匾i 1C CD： - . -i u 叫T 弓封碎一總 円慮汕叩叮I E e

10、 o a nW雷御S*1Da 8 r kk 皆冷3,護(hù)八ru tr筑訃丘謎7-,v2,v3,v4,v5,v6,v7,v8,v9,M,v10,M,v11,v12*hh$GPGGA,010101.130,3606.6834,N,12021.7778,E,1,07,1.2,32.00,M,*0C UTC時(shí)間，hhmmss時(shí)分秒）格式緯度ddmm.mmmm （度分）格式（前面的也將被傳輸）緯度半球N （北半球）或（南半球）經(jīng)度dddmm.mmmm （度分）格式（前面的也將被傳輸）經(jīng)度半球E東經(jīng)）或W（西） GPS狀態(tài)：0=未定位，1=非差分定位，2二差分定位，6=正在估算正在使用解算位置的 衛(wèi)星數(shù)量（

11、0012）（前面的也將被傳輸） HDOP水平精度因子（0.599.9） 海拔高度（-9999.9999999地球橢球面相對(duì)大地水準(zhǔn)面的高度 差分時(shí)間（從最近一次接收到差分信號(hào)開(kāi)始的秒數(shù)，如果不是差分定位將 為空）差分站ID號(hào)00001023 （前面的0也將被傳輸，如果不是差分定位將為空）2、GPSDOPandActive Satellites GSA）當(dāng)前衛(wèi)星信息$GPGSA, *hh$GPGSA,A,3,09,18,21,22,24,26,29,2.0,1.2,1.6*3E模式，M=手動(dòng)，A=自動(dòng)定位類(lèi)型，仁沒(méi)有定位，2=2D定位，3=3D定位 PRN碼 偽隨機(jī)噪聲碼），正在用于解算位置的衛(wèi)

12、星號(hào)0132，前面的0也將 被傳輸）。 PDOP位置精度因子（0.599.9） HDOP水平精度因子（0.599.9） VDOP垂直精度因子（0.599.9）3、GPSSatellitesin View GSV）可見(jiàn)衛(wèi)星信息$GPGSV,v2,v3,v4,v5,v6,- - ,*hh$GPGSV3,1,12,18,72,335,38,21,41,211,27,24,19,179,23,09,76,068,28*77$GPGSV3,2,12,22,35,313,31,29,11,070,27,26,19,065,32,12,21*49$GPGSV3,3,12,14,16,271,05,16,15

13、9,30,05,171,32,03,308,*7BGSV語(yǔ)句的總數(shù)本句GSV的編號(hào)可見(jiàn)衛(wèi)星的總數(shù)0012,前面的0也將被傳輸） PRN碼 偽隨機(jī)噪聲碼）0132,前面的0也將被傳輸）衛(wèi)星仰角（0090度，前面的0也將被傳輸）衛(wèi)星方位角（000359度，前面的0也將被傳輸）信噪比Q099dB,沒(méi)有跟蹤到衛(wèi)星時(shí)為空，前面的0也將被傳輸）注：,信息將按照每顆衛(wèi)星進(jìn)行循環(huán)顯示，每條GSV語(yǔ)句最多可 以顯示4顆衛(wèi)星的信息。其他衛(wèi) 星信息將在下一序列的NMEA0183語(yǔ)句中輸出4、RecommendedMinimum Specific GPS/TRANSIT Data RMC）推薦定位信息 $GPRMC,

14、v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7,v8,v9,v10,v11,v12*hh $GPRMC,010101.130,A,3606.6834,N,12021.7778,E,0.0,238.3,010807,A*6C UTC時(shí)間，hhmmss時(shí)分秒）格式定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無(wú)效定位緯度ddmm.mmmm （度分）格式（前面的也將被傳輸）緯度半球N （北半球）或（南半球）經(jīng)度dddmm.mmmm （度分）格式（前面的也將被傳輸）經(jīng)度半球E東經(jīng)）或W（ 西）地面速率（000.0999.9節(jié)，前面的0也將被傳輸）地面航向（000.0359.9度，以真北為參考基準(zhǔn)，前面的0也將被傳輸） UTC

15、日期，ddmmyy （日月年）格式磁偏角000.0180.0度，前面的0也將被傳輸）磁偏角方向，E東）或W（西）模式指示（僅NMEA0183 3.00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算, N=數(shù)據(jù)無(wú)效）如果某字段的數(shù)值沒(méi)有達(dá)到所定義的長(zhǎng)度，將在前面添加0。 任何無(wú)效的數(shù)字將以下劃 線” 來(lái)代替。部分程序代碼c+）:/初始化串口3456789102/入口 ：strComm（串口名） /返回:TRUE(成功)；FALSE(失敗)BOOL CGPSDIg:lnitComm(CString strComm) int i;DCB dcb;for (i=0; i3; i+)/串口最多初始化COMM

16、TIMEOUTS TimeOuts;12m_hComm = CreateFile(strComm, GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0, NULL,OPEN_EXISTING, 0, NULL);Uif (m_hComm != INV ALID_HANDLE_V ALUE)| Jbreak;15 16 if (i = 3)/串口初始化失敗17 .廠AfxMessageBox(串口初始化失敗.)；I;；return FALSE;2122SetupComm(m_hComm, MAXLENGTH, MAXLENGTH);/設(shè)置發(fā)送接收緩沖區(qū)大小23TimeOuts.Readl

17、ntervalTimeout = 0;25TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 0;ITimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant= 500;TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 0;戈TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant = 500;雞SetCommTimeouts(m_hComm, &TimeOuts);30引GetCommState(m_hComm, &dcb);龍dcb.fAbortOnError = FALSE;33dcb.BaudRate= CBR_4

18、800;dcb.ByteSize = 8;35dcb.Parity = NOPARITY;嵋dcb.StopBits = ONESTOPBIT;3?SetCommState(m_hComm, &dcb);38 PurgeComm(m_hComm, PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);接收緩沖區(qū)設(shè)定5個(gè)超時(shí)參數(shù)/設(shè)置超時(shí)參數(shù)/獲得通信狀態(tài)有錯(cuò)誤不停止/波特率4800/8位/奇校驗(yàn)/1位停止位設(shè)置通信狀態(tài)/清空發(fā)送和39f return TRUE; 42心/獲得GPS參數(shù)爼/注意從GPS接收到的字符串已經(jīng)在 m_strRecv中，由于是定時(shí)接收 所以在這個(gè)字符串的頭和尾 都可

19、能存在45 /不完整的NMEA輸出字符串，在處理時(shí)要特別注意筋/返回:TRUE（格式正確）;FALSE（格式錯(cuò)誤）47 BOOL CGPSDIg:GetGPSParam（）-爼int i,j;1CString str,strNEMA; |5152 先判斷是否接收到數(shù)據(jù)53 if (m_strRecvsEmpty()/ireturn FALSE;55託若字符串不是以$開(kāi)頭的，必須刪掉這部分不完整的57if (m_strRecvO != $)話為i = m_strRecv.Find(/n, 0);if (i = -1)&return FALSE;等接收完后才能刪除仗m_strRecv.Delete

20、(0,i+1);尾部未接收完整，必須/尾部已接收完整(尾部為/r/n結(jié)束)，刪除不完整的部分656667/截取完整的NMEA-0183輸出語(yǔ)句(m_strRecv中可能有多條語(yǔ)句，每條間以/r/n分隔)for (;)i = m_strRecv.Find(/n, 0);if (i = -1)break;都已經(jīng)處理完畢，退岀循環(huán)/所有的完整輸岀語(yǔ)句7172/截取完整的NMEA-0183輸出語(yǔ)句strNEMA = m_strRecv. Left(i+1);m_strRecv.Delete(0, i+1);/下面對(duì)各種輸岀語(yǔ)句進(jìn)行分別處理if (strNEMA.Find( $GPRMC ,0) = 0

21、)777S/該輸岀語(yǔ)句中的各項(xiàng)以分隔for (i=j=0; strNEMAi!= /r; i+)/j為逗號(hào)的計(jì)數(shù)器80S1if (strNEMAi=,)S3j+;str=;856S7礙89for (i+; strNEMAi!= ,&strNEMAi!= /r; i+)str+= strNEMAi;/str 為某項(xiàng)的值/對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)分別處理so91switch(j)92easel:/ 時(shí)間(UTC)93m_strTime = str.Left(6);m_strTime.lnsert(2, :);m_strTime.lnsert(5, :);break;97據(jù)無(wú)效，還未定位）ease2:/狀態(tài)（A-

22、數(shù)據(jù)有效;V-數(shù)if (str = A)竣m_strStatus=有效數(shù)據(jù);1G0elseif(str = V)101m_strStatus =正在定位；102else1G3m_strStatus =非法數(shù)據(jù)格式；104break;165case3:/ 緯度(ddmm.mmmm)1C6str.Insert(2,度);107str+=分;1CSm_strLatitude = str;1C9break;110ease4:/緯度指示（N-北緯;S-南緯丿111if (str = N)112m_strLatitude.lnsert(O,北緯);113else114m_strLatitude.Insert(0,南緯);115break;116ease5:/ 經(jīng)度(dddmm.mmmm)117str.Insert(3,度);11Sstr+=分;119m_strLongitude = str;12)