GPS衛(wèi)星定位原理與方法—復(fù)習(xí)資料

1、9. 預(yù)報(bào)星歷：是通過(guò)衛(wèi)星發(fā)射的含有軌道信息的導(dǎo)航電文，傳遞給用戶(hù)，經(jīng)解碼獲得所需的衛(wèi)星星歷，也稱(chēng)廣播星歷。包括：1）相對(duì)某一參考?xì)v元的開(kāi)普勒軌道參數(shù)2）必要的軌道攝動(dòng)項(xiàng)改正參數(shù)3 ）參考星歷18.寬巷與窄巷定義：寬巷（Wide-lane ）解：寬巷組合觀測(cè)值窄巷（Narrow-lane ）解：窄巷組合觀測(cè)值。32. 協(xié)議天球坐標(biāo)系：為建立一個(gè)與慣性坐標(biāo)系相接近的坐標(biāo)系，通常選擇某一時(shí)刻tO作為標(biāo)準(zhǔn)歷元，并將此刻地球的瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸（指向北極）和地心至瞬時(shí)春分點(diǎn)的方向，經(jīng)過(guò)該瞬時(shí)歲差和章動(dòng)改正后，作為z軸和x軸。33. 協(xié)議地球坐標(biāo)系 CTS以協(xié)議地極為基準(zhǔn)點(diǎn)的地球坐標(biāo)系稱(chēng)為協(xié)議地球坐標(biāo)系34.

2、天球空間直角坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心，z軸指向天球的北極，x軸指向春分點(diǎn) ，y軸與x、z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。35. 天球球面坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心，赤經(jīng):.為含天軸和春分點(diǎn)的天球子午面與經(jīng)過(guò)天體s的天球子午面之間的交角，赤緯為原點(diǎn)至天體的連線與天球赤道面的夾角，向徑r為原點(diǎn)至天體的距離。36. 地心空間直角坐標(biāo)系：原點(diǎn)0與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向格林尼治平子午面與赤道的交點(diǎn)E, Y軸垂直于XOY平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。37. 地心大地坐標(biāo)系：地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，橢球短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合，大地緯度B為過(guò)地面點(diǎn)的橢球法線與橢球赤道面的夾角，大地經(jīng)度 L為過(guò)地面點(diǎn)的橢球子午

3、面與格林尼治平大地子午面之間的夾角，大地高H為地面點(diǎn)沿橢球法線至橢球面的距離。二、簡(jiǎn)答題4. 地面監(jiān)控系統(tǒng)組成幾個(gè)部分作用？主控站一管理協(xié)調(diào)各部分作用，編制導(dǎo)航電文送往注入站監(jiān)測(cè)站一偽距測(cè)量各衛(wèi)星，記錄氣象元素傳送給主控站注入站一向GPS衛(wèi)星輸入導(dǎo)航電文和其他命令通信和輔助系統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸和其他輔助服務(wù)7. 在協(xié)議地球坐標(biāo)系中 GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算步驟：（1）計(jì)算真近點(diǎn)角fs（ 2）計(jì)算升交距角及軌道攝動(dòng)改正項(xiàng)（3）計(jì)算升交距角、衛(wèi)星的地心距離及軌道傾角（4）計(jì)算衛(wèi)星在軌道坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（5）計(jì)算升交點(diǎn)的經(jīng)度（6）計(jì)算在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的空間直角坐標(biāo)。8. GPS定位中誤差的分類(lèi)及消除方法（1）

4、 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：1）衛(wèi)星鐘差2）衛(wèi)星星歷誤差 3）相對(duì)論效應(yīng)星歷誤差消除方法：忽略軌道誤差。采用軌道改進(jìn)法處理觀測(cè)數(shù)據(jù)。采用精密星歷。同步觀測(cè)值求差。（2）與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差：1）電離層延遲。減弱方法：利用雙頻觀測(cè)。利用電離層模型加以修正。利用同步觀測(cè)值求差。2）對(duì)流層延遲。減弱方法：充分地掌握觀測(cè)站周?chē)貐^(qū)的實(shí)時(shí)氣象資料。利用水汽輻射計(jì)，準(zhǔn)確地測(cè)定電磁波傳播路徑上的水汽積累量，以便精確的計(jì)算大氣濕分量的改正項(xiàng)。當(dāng)基線較短時(shí)（20km），穩(wěn)定的大氣條件下，利用差分法來(lái)減弱大氣折射的影響。完善對(duì)流層大氣折射的改正模型。3）多路徑效應(yīng)。減弱方法：安置接收機(jī)天線的環(huán)境應(yīng)避開(kāi)較強(qiáng)發(fā)射面。選擇造型

5、適宜且屏蔽良好的天線。適 當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，削弱周期性影響。改善接收機(jī)的電路設(shè)計(jì)。（3）與接收設(shè)備有關(guān)的誤差1）接收機(jī)位置誤差2）接收機(jī)鐘差。減弱方法：作為未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中求解。利用觀測(cè)值求差方法，減弱接收機(jī)鐘差影響。 定位精度要求較高時(shí)，可采用外接頻標(biāo)。3）接收機(jī)的測(cè)量噪聲。減弱方法：觀測(cè)足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，測(cè)量噪聲的影響可以忽略不計(jì)。9. GPS定位方法分類(lèi)1) 按參考點(diǎn)的不同位置 絕對(duì)定位(單點(diǎn)定位)：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站相對(duì)地球質(zhì)心的位置。 相對(duì)定位：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站與地面某一參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置。在絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，又都包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種形式：2) 按用戶(hù)接

6、收機(jī)作業(yè)時(shí)所處的狀態(tài)劃分： 靜態(tài)定位：在定位過(guò)程中，接收機(jī)位置靜止不動(dòng)，是固定的。 動(dòng)態(tài)定位：在定位過(guò)程中，接收機(jī)天線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。3) 按觀測(cè)量性質(zhì)劃分：測(cè)碼偽距：由碼相位觀測(cè)確定偽距測(cè)相偽距：由載波相位觀測(cè)確定偽距10. 測(cè)碼偽距與測(cè)相偽距的定義、觀測(cè)方程、及各符號(hào)含義。上述通過(guò)碼相位觀測(cè)或載波相位觀測(cè)所確定的站星距離都不可避免地含有衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘非同步誤差、電離層、對(duì)流層 等的影響，含鐘差影響的距離通常稱(chēng)為偽距。(1)測(cè)碼偽距：由碼相位觀測(cè)所確定的偽距簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)碼偽距。 jjjjjjt C = C 、" 亠 c、tc、ti公式： i1 i吁 jI申-tj (GPS)+ (、ti

7、-tj)其中：tj = tj (GPS) +、.tj , ti = ti (GPS) +、ti.：tij = ti tj = (ti (GPtj(GPS) 為衛(wèi)星sj發(fā)射信號(hào)時(shí)的理想 GPS時(shí)刻ti(GPS)為接收機(jī)Ti收到該衛(wèi)星信號(hào)時(shí)的理想GPM刻tj為衛(wèi)星sj發(fā)射信號(hào)時(shí)的衛(wèi)星鐘時(shí)刻ti為接收機(jī)Ti收到該衛(wèi)星信號(hào)時(shí)的接收機(jī)鐘時(shí)刻tij為衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)觀測(cè)站的傳播時(shí)間Jtj為衛(wèi)星鐘相對(duì)理想 GPS時(shí)的鐘差Jti為接收機(jī)鐘相對(duì)理想 GPS時(shí)的鐘差。(2) 測(cè)相偽距：由載波相位觀測(cè)所確定的偽距簡(jiǎn)稱(chēng)為測(cè)相偽距。公式:'T(t)丁 c、：ti(t) "(t) 一冷lp(t) 打一山仇)

8、為站星之間的幾何距離，V '為整周未知數(shù)11. 載波相位原始觀測(cè)量的不同線性組合的主要優(yōu)、缺點(diǎn)？(1) 可消除或減弱一些系統(tǒng)性誤差影響，如衛(wèi)星軌道誤差、鐘差和大氣折射誤差等；(2) 可減少平差計(jì)算中未知數(shù)的數(shù)量；(3) 原始的獨(dú)立觀測(cè)量，通過(guò)求差將引起差分量之間的相關(guān)性，平差中不可忽視；(4) 差分后將使觀測(cè)方程的數(shù)據(jù)明顯減少；(5) 在差分時(shí)，如果于某一歷元，對(duì)參考站或參考衛(wèi)星的觀測(cè)量無(wú)法采用，則使觀測(cè)量的差分產(chǎn)生困難，參加觀測(cè)的接收機(jī)越多情況越復(fù)雜。(6) 原始觀測(cè)量的非差模型日益受到重視。12. 單差、雙差、三差的優(yōu)點(diǎn)(1) 單差：即在接收機(jī)之間求一次差L(t)二 MlVt) 優(yōu)

9、點(diǎn)：消除了衛(wèi)星鐘差，有效地減弱了衛(wèi)星軌道誤差和大氣延遲誤差。(2) 雙差：即在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差RA(pk(° = A(pk化)_也半j(° =半2 (t) _申；(t) _申2 (t)十®, (t)優(yōu)點(diǎn)：消除了接收機(jī)鐘差的影響2121(3) 三差：在接收機(jī)、衛(wèi)星和觀測(cè)歷元間求三次差丹護(hù)(t) ="X(t2)-“0(切=耐耐 &) -®2(t2)+粋 &)-笛(tj - ：1覽1)-：,1)也)優(yōu)點(diǎn)：三差模型進(jìn)一步消除了整周未知數(shù)的影響13. 整周模糊度及其確定方法？(1) 定義：時(shí)刻載波在空間傳輸?shù)恼芷跀?shù)它是一個(gè)無(wú)法通過(guò)

10、觀測(cè)獲得的未知數(shù)因而也稱(chēng)為整周模糊度。(2) 方法： 按解算時(shí)間長(zhǎng)短劃分：經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位法和快速解算法經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位法：將其作為待定量，在平差計(jì)算中求解，為提高解的可靠性，所需觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)。快速解算法包 括：交換天線法、P碼雙頻技術(shù)、濾波法、搜索法和模糊函數(shù)法等，所需觀測(cè)時(shí)間較短，一般為數(shù)分鐘。按接收機(jī)狀態(tài)區(qū)分；靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法前述的快速算法，雖然觀測(cè)時(shí)間很短，仍屬靜態(tài)法動(dòng)態(tài)法是在接收機(jī)載體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中確定整周未知數(shù)的方法。15.在GPS網(wǎng)中，確定出具體 GPS網(wǎng)圖形結(jié)構(gòu)的主要特征計(jì)算：(1) 總基線數(shù)：J 總=C N ( N一 1) 12(2) 必要基線數(shù)：J必=n-1(3) 獨(dú)立基線數(shù)：

11、J獨(dú)=C- (N-1 )(4) 多余基線數(shù)：J 多=C ( N-1) - (n-1 )其中C為觀測(cè)時(shí)段數(shù)；n為網(wǎng)點(diǎn)數(shù)；m為每點(diǎn)平均設(shè)站次數(shù)；N為接收機(jī)數(shù)。17.試寫(xiě)出衛(wèi)星鐘差改正模型并說(shuō)明模型中各符號(hào)含義？t=a0 ai (t toe) a2 (ttoe)亠iy(t)dt( a0為t0時(shí)刻該鐘的鐘差，玄勺為t0時(shí)刻該鐘的鐘速(頻偏)，a2t0為to時(shí)刻該鐘的加速度的一半。積分項(xiàng)為隨機(jī)項(xiàng))17.GPS控制網(wǎng)布網(wǎng)原則： 將各同步環(huán)有機(jī)地連成一個(gè)整體，構(gòu)成一定數(shù)量的同步觀測(cè)環(huán)和異步觀測(cè)環(huán) 也可采用線路形式以較好地滿(mǎn)足精度、可靠性、經(jīng)費(fèi)、后勤等限制條件三、論述題1. GPS外業(yè)數(shù)據(jù)檢核(1) 數(shù)據(jù)剔除

12、率：一段時(shí)間內(nèi)觀測(cè)值的剔除率不應(yīng)超過(guò)10%(2) 重復(fù)基線的長(zhǎng)度差：進(jìn)行C、D、E級(jí)極限處理及 B級(jí)預(yù)處理后，若某基線向量被多次重復(fù)測(cè)量，則任意兩個(gè)基線長(zhǎng)度之差d s應(yīng)滿(mǎn)足：d s < 2 2 (T ( (T為相應(yīng)級(jí)別所規(guī)定的精度 )(3) 同步閉合環(huán)的檢核當(dāng)環(huán)中各邊為多臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)時(shí)，由于各邊是不獨(dú)立的；所以其閉合差應(yīng)恒為零但是由于模型誤差和處理軟伴的內(nèi) 在缺陷，使得這種同步環(huán)的閑合差實(shí)際上仍可能不為零。這種閉合差一般數(shù)值根小，不至于對(duì)定位結(jié)果產(chǎn)生明顯影響，所 以也可把它作為成果質(zhì)量的一種檢核標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于三邊同步環(huán)，其坐標(biāo)分量閉合差應(yīng)小于下列數(shù)值(4) 異步環(huán)閉合差的檢核無(wú)論采用單基

13、線模式或多基線模式解算基線都應(yīng)在整個(gè) 分量閉臺(tái)差和全長(zhǎng)閉合差應(yīng)符合下式為相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的精度(按平均邊長(zhǎng)計(jì)算)。GPS網(wǎng)選取一組完全的獨(dú)立基線構(gòu)成獨(dú)立環(huán)，各獨(dú)立環(huán)的坐標(biāo)當(dāng)發(fā)現(xiàn)邊閉合數(shù)據(jù)或環(huán)閉合數(shù)據(jù)超出上述規(guī)定時(shí)，應(yīng)分析原因并對(duì)其中部分或全部成果重測(cè)。需要重測(cè)的邊，應(yīng)盡量安排在一起進(jìn)行同步觀測(cè)2. 多項(xiàng)式平面擬合法解算過(guò)程及注意事項(xiàng)(x i , y i )f ( x i, y i ) = H i - H 甲2 2a。 a“x a2y a3xaqxy a5y(1) 任一點(diǎn)i的平面坐標(biāo)，的高程異常表示為-i(3) 根據(jù)至少6個(gè)已知點(diǎn)(已知大地高與相應(yīng)的正常高 )解出a( j = 0, 1,5)(4)

14、再根據(jù)二次多項(xiàng)式解算未知點(diǎn)的高程異常差值，最后求出任一點(diǎn)的正常高。 要求：(1)已知高程異常點(diǎn)密度適當(dāng)、盡量多；(2) 分布比較均勻。(3) 選取高精度 GPS點(diǎn)提高點(diǎn)位精度。 注意事項(xiàng)：(1)(2)(3)(4)(2) 二次多項(xiàng)式曲面擬合為 嚴(yán)=f(% y)= 其中，(j = 0,1 , 2，5)為擬合面的系數(shù)。適用范圍：一般僅適用于高程異常變化較為平緩的地區(qū)選擇合適的高程異常已知點(diǎn)高程異常已知點(diǎn)的數(shù)量(三個(gè)以上)分區(qū)擬合法：若擬合區(qū)域較大，可采用分區(qū)擬合的方法，即將整個(gè)GPS網(wǎng)劃分為若干區(qū)域，利用位于各個(gè)區(qū)域中的已知點(diǎn)分別擬合出該區(qū)域中的各點(diǎn)的高程異常值，從而確定出它們的正常高。3. 重力場(chǎng)

15、模型與GPS水準(zhǔn)相結(jié)合基本思路是：在 GPS水準(zhǔn)點(diǎn)上，將由 GPS大地高程和水準(zhǔn)正常求得的高程異常與由重力場(chǎng)模型求得的高程異常進(jìn)行比較， 求出該地面點(diǎn)的兩種高程異常的差值：工 匚匚GPS網(wǎng)中未測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)的正常高程然后再采用曲面擬合方法，由公井點(diǎn)的平面坐標(biāo)和求其他點(diǎn)的： ；由此計(jì)算 實(shí)驗(yàn)表明：這種重力場(chǎng)模型與.GPS水準(zhǔn)相結(jié)合的方法是提高高程精度的一條有效途徑，適合于山區(qū)地帶(水準(zhǔn)點(diǎn)較少)目的：改善精度(重力場(chǎng)方法的不足)；改善空間分辨率(水準(zhǔn)測(cè)量方法的不足)GPS測(cè)高：大地高一 正常高，需要高程異常數(shù)據(jù)'多項(xiàng)式平面擬合法純幾何的方法，適用于高程異常變化較為平緩的地區(qū)采用數(shù)量盡量多的已知點(diǎn)

16、，它們應(yīng)均勻分布，選取高精度GPS點(diǎn)。重力場(chǎng)模型與 GPS水準(zhǔn)相結(jié)合物理大地測(cè)量方法，適合于山區(qū)地帶(水準(zhǔn)點(diǎn)較少);改善空間分辨率(水準(zhǔn)測(cè)量方法的不足)(重力場(chǎng)方法的不足)目的：改善精度4. 靜態(tài)相對(duì)定位分類(lèi)及特點(diǎn)？本觀測(cè)量續(xù)觀測(cè)，取得充分的多余觀測(cè)數(shù)據(jù)。整周未知數(shù) 經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位：利用載波相位觀測(cè)值為基特點(diǎn)：基線端 點(diǎn)的接收機(jī)是固定不動(dòng)，通過(guò)連 準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位：利用起始基線向量確定初始特點(diǎn)：必須保持對(duì)觀測(cè)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤 快速靜態(tài)相對(duì)定位：快速確定整周模糊度，只需在每一測(cè)站上觀測(cè)數(shù)分鐘特點(diǎn)：無(wú)須保持對(duì)觀測(cè)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤5. 動(dòng)態(tài)相對(duì)定位的載體上，兩臺(tái)接收機(jī)同步動(dòng)態(tài)相對(duì)定位，是將一臺(tái)接收機(jī)安設(shè)

17、基準(zhǔn)站上固定不動(dòng)，另一臺(tái)接收機(jī)安設(shè)在運(yùn)動(dòng)觀測(cè)相同的衛(wèi) 星，以確定運(yùn)動(dòng)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)站的實(shí)時(shí)位置。實(shí)時(shí)處理必須在流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間傳輸數(shù)據(jù)。1 - 2厘米。(在靜態(tài)定位中，通常為測(cè)相方式動(dòng)態(tài)相對(duì)定位 中，有實(shí)時(shí)處理( RTK和測(cè)后處理兩種方式，測(cè)碼和測(cè)相兩種方式，測(cè)碼精度可達(dá)米級(jí)，測(cè)相精度可達(dá)5. 差分GPS三種差分方式及其特點(diǎn)？根據(jù)基準(zhǔn)站所提供的改正數(shù)的類(lèi)型不同，差分GPS可以分為：位置差分、距離差分兩種形式。根據(jù)用戶(hù)驚醒數(shù)據(jù)處理的時(shí)間不同分為：實(shí)時(shí)差分和事后差分。根據(jù)觀測(cè)值的類(lèi)型不同分為：偽距差分、相位差分和相位平滑偽距差分。按其工 作原理及數(shù)學(xué)模型大體分為三類(lèi)：?jiǎn)位鶞?zhǔn)站差分GPS局域差分GPS廣域差分 GPS局域增強(qiáng)型的差分 GPS廣域增強(qiáng)型的差分GPS 單基準(zhǔn)站差分GPS:僅僅根據(jù)一個(gè)基準(zhǔn)站所提供的差分改正信息進(jìn)行改正的差分GPS技術(shù)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)和算法簡(jiǎn)