GPS測量原理與應(yīng)用

1、GPS測量原理與應(yīng)用 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 ；地面控制部分 ；用戶部分 。2、GPS系統(tǒng)的空間部分由 顆工作衛(wèi)星及 顆備用衛(wèi)星組成，它們均勻分布在 個近似圓形軌道上。3、GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個 、三個 和五個 。4、GPS衛(wèi)星位置采用 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 時間系統(tǒng)。6、GPS衛(wèi)星星歷分為 和 。7、GPS接收機(jī)依據(jù)其用途可分為： 接收機(jī)、 接收機(jī)和 接收機(jī)。第1頁共6頁 第2頁共6頁8、在GPS定位工作中，由于某種原因，如衛(wèi)星信號被暫時阻擋，或受到外界干擾影響，引起衛(wèi)星跟蹤的暫時

2、中斷，使計數(shù)器無法累積計數(shù)，這種現(xiàn)象稱為 。10、根據(jù)不同的用途，GPS網(wǎng)的圖形布設(shè)通常有：點連式、 、 和 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)臺數(shù)等因素。二 、名詞解釋（每題3分，共18分） 1、偽距 2、GPS相對定位3、觀測時段4、同步觀測環(huán)5、后處理星歷6、靜態(tài)定位 三 、簡答（每題6分，共36分） 1、簡述GPS系統(tǒng)的特點2、簡述接收機(jī)的主要任務(wù)。3、簡述無攝運動中開普勒軌道參數(shù)。4、簡述偽距定位觀測方程中劃橫線參數(shù)的含義。式中，j 為衛(wèi)星數(shù)，j = 1 , 2 , 3 ,第 3頁共6頁 第4頁共6頁5、減弱電離層影響的措施。 6、簡述快速

3、靜態(tài)定位的作業(yè)方式。 四 、論述（共23分） 1、什么是偽距單點定位？說明用戶在使用GPS接收機(jī)進(jìn)行偽距單點定位時，為何需要同時觀測至少4顆GPS衛(wèi)星？（13分）學(xué)號： 姓名： 年級： 專業(yè)：密封線 2、什么是多路徑誤差?試述消弱多路徑誤差的方法。（10分）五 、綜合分析（共13分） 根據(jù)下列控制網(wǎng)的圖形，用三臺天寶4800雙頻接收機(jī)作業(yè)，相鄰點的距離約1 km，儀器遷移時間約20-30分鐘，已知接收機(jī)的使用序號和機(jī)號如下表，要求最少有三個同步觀測環(huán)，同步觀測時間為1小時。序號機(jī)號129192293035306（1）編寫定位的先后次序（6分）。第5頁共6頁 第6頁共6頁（2）寫出三個同步觀測環(huán)

4、和一個獨立環(huán)。（4分）（3）根據(jù)下圖PDOP值選擇每一個同步觀測環(huán)最佳的觀測時段。（3分）GPS測量原理與應(yīng)用 試卷A卷 答案一、填空（每空0.5分，共10分）1. GPS衛(wèi)星星座；地面監(jiān)控系統(tǒng)； GPS接收機(jī)2. 21；3；63. 主控站；注入站；監(jiān)測站4. WGS-845. GPS6. 預(yù)報星歷(廣播星歷)；后處理星歷（精密星歷）7. 導(dǎo)航型；測地（量）型；授時型8. 整周跳變（周跳）9. 邊連式；網(wǎng)連式；邊點混合連接二 、名詞解釋（每題3分，共18分）1. 偽距：就是由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時間乘以光速所得出的量側(cè)距離。由于衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘的誤差以及信號經(jīng)過電離層和對

5、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，稱量側(cè)距離的偽距。2. GPS相對定位：是至少用兩臺GPS接收機(jī)，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺接收機(jī)天線之間的相對位置。3. 觀測時段：測站上開始接收衛(wèi)星信號到觀測停止，連續(xù)工作的時間段稱為觀測時段，簡稱時段。4. 同步觀測環(huán)：三臺或三臺以上接收機(jī)同步觀測獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)。5. 后處理星歷：一些國家某些部門，根據(jù)各自建立的衛(wèi)星跟蹤占所獲得的對GPS衛(wèi)星的精密觀測資料，應(yīng)用與確定廣播星歷相似的方法而計算的衛(wèi)星星歷。由于這種星歷是在事后向用戶提供的在其觀測時間內(nèi)的精密軌道信息，因此稱為后處理星歷。6. 靜態(tài)定位

6、：如果在定位時，接收機(jī)的天線在跟蹤GPS衛(wèi)星過程中，位置處于固定不動的靜止?fàn)顟B(tài)，這種定位方式稱為靜態(tài)定位。三 、簡答（每題6分，共36）1. 簡述GPS系統(tǒng)的特點1) 定位精度高 （1分）2) 觀測時間短 （1分）3) 測站間無需通視 （1分）4) 可提供三維坐標(biāo) （1分）5) 操作簡便（0.5分）6) 全天候作業(yè)（1分）7) 功能多，應(yīng)用廣（0.5分）8) 回答：全能性、全球性、連續(xù)性和實時性的也各1分。2. 簡述接收機(jī)的主要任務(wù)。 當(dāng)GPS衛(wèi)星在用戶視界升起時，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衛(wèi)星，并能夠跟蹤這些衛(wèi)星的運行（2分）；對所接收到的GPS信號，具有變換、放大和處

7、理的功能（2分）；測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間（2分）。3簡述無攝運動中開普勒軌道參數(shù)。軌道橢圓的長半徑；（1分）軌道橢圓偏心率（或軌道橢圓的短半徑）；（1分）衛(wèi)星的真近點角；（1分）升交點赤經(jīng)；（1分）軌道面傾角；（1分）近地點角距。（1分）4. 簡述偽距定位觀測方程中劃橫線參數(shù)的含義。 5. 減弱電離層影響的措施。利用雙頻觀測;（2分）利用電離層改正模型加以改正;（2分）利用同步觀測值求差。 （2分）6. 簡述快速靜態(tài)定位的作業(yè)方式。 在測區(qū)中部選擇一個基準(zhǔn)站，并安置一臺接收設(shè)備連續(xù)跟蹤所有可見

8、衛(wèi)星(3分)；另一臺接收機(jī)依次到各點流動設(shè)站，每點觀測數(shù)分鐘(3分)。四 、論述（共23分）1. 什么是偽距單點定位？說明用戶在使用GPS接收機(jī)進(jìn)行偽距單點定位時，為何需要同時觀測至少4顆GPS衛(wèi)星？（13分）根據(jù)GPS衛(wèi)星星歷和一臺GPS接收機(jī)的偽距測量觀測值來直接獨立確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中的絕對坐標(biāo)的方法叫單點定位，也叫絕對定位。（5分）由于進(jìn)行偽距單點定位時，每顆衛(wèi)星的偽距測量觀測值中都包含有接收機(jī)鐘差這一誤差，造成距離測量觀測值很不準(zhǔn)確。（4分）需要將接收機(jī)鐘差作為一個未知數(shù)加入到偽距單點定位的計算中，再加上坐標(biāo)三個未知數(shù)，所以至少需要4個偽距觀測值，即需要同時觀測至

9、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） 在GPS測量中，如果測站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號進(jìn)入接收機(jī)天線，這 就和直接來自衛(wèi)星的信號產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值，產(chǎn)生多路徑誤差。（5分）消多路徑誤差的方法:（1）選擇合適的站址 a、 測站應(yīng)遠(yuǎn)離大面積平靜地水面; （1分）b、 測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中; （1分）c、 測站應(yīng)離開高層建筑物 . （1分）（2）對接收機(jī)天線的要求 a、在天線中設(shè)置抑徑板（1分）b、接收天線對于極化特性不同的反射信號應(yīng)該有較強(qiáng)的抑制作用。（1分）五 、綜合分析（共13分） 僅為參考答案。（1）編寫

10、定位的先后次序。（6分） 觀測時段1：A點（接收機(jī)1）、B點（接收機(jī)2）、D點（接收機(jī)3）（2分）觀測時段2：A點（接收機(jī)1）、B點（接收機(jī)2）、C點（接收機(jī)3）（2分）觀測時段3：B點（接收機(jī)2）、C點（接收機(jī)3）、D點（接收機(jī)1）（2分）（2）寫出三個同步觀測環(huán)和一個獨立環(huán)。（4分）同步觀測環(huán)：觀測時段1的AB、BD、AD三邊所組成的閉合環(huán)；（1分）觀測時段2的AB、BC、AC三邊所組成的閉合環(huán)；（1分）觀測時段3的BC、CD、BD三邊所組成的閉合環(huán)；（1分）獨立環(huán)：觀測時段1的獨立邊AB、AD和觀測時段3的獨立邊BD三邊所組成的閉合環(huán)；（1分）；（沒有明確寫明是獨立邊的酌情處理）（3）根

11、據(jù)下圖PDOP值選擇每一個同步觀測環(huán)最佳的觀測時段。（3分）在這三個時間段內(nèi)選擇較好：觀測時段1： 5：00 - 6：00（1分）觀測時段2： 13：30：- 14：30（1分）觀測時段3： 18：00 - 19：00（1分） （其他答案酌情處理）GPS測量原理與應(yīng)用 試卷B卷一、填空（每空0.5分，共10分） 1、 衛(wèi)星定位中常采用空間直角坐標(biāo)系及其相應(yīng)的大地坐標(biāo)系，一般取 為坐標(biāo)系原點。2、我國目前常采用的兩個國家坐標(biāo)系是 和 。3、GPS接收機(jī)的天線類型主要有： 、 、 和錐形天線。4、GPS接收機(jī)主要由 、 和 三部分組成。5、單站差分按基準(zhǔn)站發(fā)送信息的方式來分，可分為 、 和載波相位

12、差分。6、與信號傳播有關(guān)的誤差有電離層折射誤差、 及 。7、GPS的數(shù)據(jù)處理基本流程包括數(shù)據(jù)采集、 、數(shù)據(jù)預(yù)處理、 、GPS網(wǎng)平差。8、GPS衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個 、三個 和五個 。第1頁共6頁 第2頁共6頁9、對于N臺GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步觀測環(huán)，有J條同步觀測基線，其中獨立基線數(shù)為 。10、雙頻接收機(jī)可以同時接收L1和 L2信號，利用雙頻技術(shù)可以消除或減弱 對觀測量的影響，所以定位精度較高，基線長度不受限制，所以作業(yè)效率較高。 二、名詞解釋（每題3分，共18分） 1、WGS-84 大地坐標(biāo)系 2、GPS絕對定位3、廣域差分4、同步觀測5、異步觀測環(huán)6、整周跳變 三、簡答（每題6分，共

13、36分） 1、簡述美國GPS衛(wèi)星的主要參數(shù)。2、簡述衛(wèi)星的受攝運動及其主要攝動力。3、簡述動態(tài)定位的作業(yè)方法。4、如何減弱GPS接收機(jī)鐘差。第 3頁共6頁 第4頁共6頁5、試說明載波相位觀測值的組成部分。 6、簡述GPS衛(wèi)星的主要作用。 四 、論述（每題10分，共20分） 1、如何重建載波？其方法和作用如何？（10分） 2、GPS網(wǎng)的布網(wǎng)原則。（10分）五 、綜合分析（共16分）根據(jù)下列控制網(wǎng)的圖形，用三臺天寶4800雙頻GPS接收機(jī)作業(yè)，相臨點之間的距離約1 km，儀器遷移時間約2030分鐘，同步觀測時間為1小時，已知接收機(jī)的使用序號和天線編號如下表，試編寫GPS作業(yè)調(diào)度表。序 號機(jī) 號12

14、29192293031353066根據(jù)右圖編寫定位的先后次序。4根據(jù)下圖PDOP值選擇最佳的觀測時段，填入GPS作業(yè)調(diào)度表中。第 5頁共6頁 第6頁共6頁5根據(jù)控制網(wǎng)的圖形的觀測順序和觀測時間填寫GPS作業(yè)調(diào)度表。GPS作業(yè)調(diào)度表時段編號觀測時間測站號/名測站號/名測站號/名機(jī)號機(jī)號機(jī)號0123GPS測量原理與應(yīng)用 試卷B卷 答案一、填空（每空0.5分，共10分）10. 地球質(zhì)心 11. 1954年北京坐標(biāo)系；1980年國家大地坐標(biāo)系12. 單板天線；四螺旋形天線；微帶天線 13. GPS接收機(jī)天線單元 ； GPS接收機(jī)主機(jī)單元； 電源14. 位置差分；偽距差分 15. 對流層折射誤差；多路徑

15、效應(yīng)誤差16. 數(shù)據(jù)傳輸；基線結(jié)算17. 主控站；注入站；監(jiān)測站18. N-119. 對流層折射二 、名詞解釋（每題3分，共18分）1. WGS-84 大地坐標(biāo)系：原點位于地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0定義的零子午面和CTP赤道的交點，Y軸與Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。2. GPS絕對定位:也叫單點定位，即利用GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離觀測值直接確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中相對坐標(biāo)系原點的決對位置.3. 廣域差分:基本思想是對GPS觀測量的誤差源加以區(qū)分，并單獨對每一種誤差源分別加以“模型化”，然后將計算的每一種誤差

16、源的數(shù)值，通過數(shù)據(jù)鏈傳輸給用戶，以對用戶GPS定位誤差加以改正，達(dá)到削弱這些誤差源，改善用戶GPS定位精度的目的。4. 同步觀測:同步觀測是指兩臺或兩臺以上接收機(jī)同時對一組衛(wèi)星進(jìn)行的觀測.5. 異步觀測環(huán):在構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測基線向量，則該改多邊形環(huán)路叫異步觀測環(huán)。6. 整周跳變：在定位過程中，衛(wèi)星信號可能被暫時阻擋，或受外界干擾影響，引起衛(wèi)星跟蹤的暫時中斷，使計數(shù)器無法累計計數(shù)，出現(xiàn)信號失鎖，使其后的相位觀測值均含有同樣的整周誤差，這種現(xiàn)象叫整周跳變，簡稱周跳。三 、簡答（每題6分，共36）1、簡述美國GPS衛(wèi)星的主要參數(shù)。GPS系統(tǒng)的空間部分由21顆工作衛(wèi)星及

17、3顆備用衛(wèi)星組成(2分)，它們均勻分布在6相對與赤道的傾角為55°的近似圓形軌道上，它們距地面的平均高度為20200Km，運行周期為11小時58分(2分)。載波頻率為1575.42MHz和1227.60MHz(2分)。2、簡述衛(wèi)星的受攝運動及其主要攝動力?？紤]了攝動力作用的衛(wèi)星運動稱為衛(wèi)星的受攝運動(2分)。主要的攝動力有：日月引力(1分)；地球潮汐作用力(1分)；太陽輻射壓力(1分)；大氣阻力(1分)。3、簡述動態(tài)定位的作業(yè)方法建立一個基準(zhǔn)站安置接收機(jī)連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星 (2分)；流動站接收機(jī)先在出發(fā)點上靜態(tài)觀測數(shù)分鐘，然后流動站接收機(jī)從出發(fā)點開始連續(xù)運動(2分)；按指定的時間和

18、間隔自動測定運動載體的實體位置(2分)。4、如何減弱GPS接收機(jī)鐘差。把每個觀測時刻的接收機(jī)鐘差當(dāng)作一個獨立的未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中與觀測站的位置參數(shù)一并求解。(2分)認(rèn)為各觀測時刻的接收機(jī)鐘差間是相關(guān)的，像衛(wèi)星鐘那樣，將接收機(jī)鐘差表示為時間多項式，并在觀測量的平差計算中求解多項式的系數(shù)。此法可大大減少未知數(shù)，其成功與否關(guān)鍵在與鐘誤差模型的有效程度。(2分)通過在衛(wèi)星間求一次差來消除接收機(jī)的鐘差。(2分)5、試說明載波相位觀測值的組成部分。完整的載波相位觀測值是由三部分組成的：即載波相位在起始時刻沿傳播路徑延遲的整周數(shù)(2分)，和從某一起始時刻至觀測時刻之間載波相位變化的整周數(shù)(2分)，以及接收

19、機(jī)所能測定的載波相位差非整周的小數(shù)部分(2分)。6、簡述GPS衛(wèi)星的主要作用。接收地面注入站發(fā)送的導(dǎo)航電文和其它信號；(2分)接收地面主控站的命令，修正其在軌運行偏差及啟用備件等；(2分)連續(xù)地向廣大用戶發(fā)送GPS導(dǎo)航定位信號，并用電文的形式提供衛(wèi)星自身的現(xiàn)勢位置與其它在軌衛(wèi)星的概略位置，以便用戶接收使用。(2分)四 、論述（每題10分，共20分）1、如何重建載波？其方法和作用如何？ 答：在GPS信號中由于已用相位調(diào)整的方法在載波上調(diào)制了測距碼和導(dǎo)航電文，因而接收到的載波的相位已不在連續(xù)，所以在進(jìn)行載波相位測量之前，首先要進(jìn)行解調(diào)工作，設(shè)法將調(diào)制在載波上的測距碼和衛(wèi)星電文去掉，重新獲取載波 (3分) 。重建載波一般可采用兩種方法：一是碼相關(guān)法，另一種是平方法 (3分) 。采用前者，用戶可同時提取測距信號和衛(wèi)星電文，但用戶必須知道測距碼的結(jié)構(gòu)；采用后者，用戶無須掌握測距碼的結(jié)構(gòu)，但只能獲得載波信號而無法獲得測距碼和衛(wèi)星電文 (4分) 。2、簡述GPS網(wǎng)的布網(wǎng)原則。答：為了用戶的利益，GPS網(wǎng)圖形設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則：（1）GPS網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)視其目的，作業(yè)時衛(wèi)星狀況，預(yù)期達(dá)到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照優(yōu)化設(shè)計原則進(jìn)行。(2分)（2）GPS網(wǎng)一般應(yīng)通過獨立觀測邊構(gòu)成閉合圖形，例如一