GPS原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)題及參考答案

1、GPS原理與應(yīng)用 復(fù)習(xí)參考一、判斷題本大題共5小題，每題1分，共5分請?jiān)诖痤}紙上判斷題答題區(qū)域作答1. 對于GPS網(wǎng)的精度要求，主要取決于網(wǎng)的用途和定位技術(shù)所能到達(dá)的精度。精度指標(biāo)通常是以相臨點(diǎn)間弦長的標(biāo)準(zhǔn)差來表示。2. GPS的測距碼C/A碼和P碼是偽隨機(jī)噪聲碼。3. 電離層延遲的大小與載波頻率無關(guān)。4. GPS定位直接獲得的高程是似大地水準(zhǔn)面上的正常高。5. 圖形強(qiáng)度因子是一個(gè)直接影響定位精度、但又獨(dú)立于觀測值和其它誤差之外的一個(gè)量。其值恒大于1，最大值可達(dá) 100，其大小隨時(shí)間和測站位置而變化。在GPS測量中，希望DOP越小越好。二、判斷題本大題共5小題，每題1分，共5分請?jiān)诖痤}紙上判斷

2、題答題區(qū)域作答1. GPS測得的站星之間的偽距就是指GPS衛(wèi)星到地面測站之間的幾何距離。2. C/A碼的碼長較短，易于捕獲，但碼元寬度較大，測距精度較低，所以C/A碼又稱為捕獲碼或粗碼。3. GPS的空間局部衛(wèi)星星座局部由21顆工作衛(wèi)星、3顆備用衛(wèi)星組成，均勻分布在6個(gè)軌道上。4. GPS定位直接獲得的高程是似大地水準(zhǔn)面上的正常高。5. GPS靜態(tài)定位之所以需要觀測較長時(shí)間，其主要目的是為了削弱衛(wèi)星星歷誤差的影響。三、填空題此題共15空，每空1分，共15分請?jiān)诖痤}紙上填空題答題區(qū)域作答1. 按照?標(biāo)準(zhǔn)?規(guī)定，我國GPS測量按其精度依次劃分為AA、A、B、C、D、E六級，其中C級網(wǎng)的相鄰點(diǎn)之間的

3、平均距離為1510km，最大距離為 40 km。2. GPS定位系統(tǒng)包括 空間 局部、 地面控制 局部和 用戶設(shè)備 局部。3.從誤差來源分析，GPS測量誤差大體上可分為以下三類： 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 ，與信號傳播有關(guān)的誤差 和 與接收設(shè)備有關(guān)的誤差 。4. 美國國防部制圖局DMA于1984年開展了一種新的世界大地坐標(biāo)系，稱之為美國國防部1984年世界大地坐標(biāo)系，簡稱 WGS-84 。5. 三臺或三臺以上接收機(jī)同步觀測所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)稱為 同步環(huán) 。6. 在定位工作中，可能由于衛(wèi)星信號被暫時(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)器無法累積計(jì)數(shù)，這種現(xiàn)象叫 周跳 。7.

4、 在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差，可消去兩測站接收機(jī)的 相對鐘差 改正。8. 利用GPS進(jìn)行定位有多種方式，如果就用戶接收機(jī)天線所處的狀態(tài)而言，定位方式分為 靜態(tài) 定位和 動(dòng)態(tài) 定位；假設(shè)按參考點(diǎn)的不同位置，又可分為 單點(diǎn) 定位和 相對 定位。9.GPS衛(wèi)星信號是由 載波 、 導(dǎo)航電文 、和 測距碼 三局部組成的。 10.對流層延遲改正模型中的大氣折射指數(shù)N與 溫度 、 氣壓 、 濕度 等因素有關(guān)。11.差分GPS按觀測值的類型可分為 偽距差分 和 相位差分 。 12.目前正在運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)有 GPS 和 GLONASS 。我國組建的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)稱為 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) ，歐盟方

5、案組建的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)稱為 Galileo 系統(tǒng) 。 13.在接收機(jī)間求一次差后可消除 衛(wèi)星鐘差 參數(shù)，繼續(xù)在衛(wèi)星間求二次差后可消除接收機(jī)間的相對鐘差 參數(shù)，再在歷元間求三次差后可消除 雙差 整周模糊度 參數(shù)。 四、名詞解釋1.導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文是用戶用來定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)根底。它主要包括：衛(wèi)星星歷、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延改正、工作狀態(tài)信息以及C/A碼轉(zhuǎn)換到捕捉P碼的信息。2.大地高 大地高是指從一地面點(diǎn)沿過此點(diǎn)的地球橢球面的法線到地球橢球面的距離3.靜態(tài)定位將GPS接收機(jī)靜置在固定測站上，觀測數(shù)分鐘至2小時(shí)或更長時(shí)間，以確定測站位置的衛(wèi)星定位，是不考慮軌道的有無、決定點(diǎn)位置的定位應(yīng)用。4.差分G

6、PS 差分GPS是指利用精確三維坐標(biāo)的差分GPS基準(zhǔn)臺，求得偽距修正量或位置修正量，再將這個(gè)修正量實(shí)時(shí)或事后發(fā)送給用戶，對用戶的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，以提高GPS定位精度。5.相對論效應(yīng)由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的重力位不同，運(yùn)動(dòng)速度不同而引起兩臺鐘之間產(chǎn)生相對鐘誤差的現(xiàn)象。 6.單點(diǎn)定位 單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式。 也稱為“絕對定位。7.同步觀測環(huán) 三臺或三臺以上接收機(jī)同步觀測所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)。8.大地高 大地高是指從一地面點(diǎn)沿過此點(diǎn)的地球橢球面的法線到地球橢球面的距離9.偽距 GPS定位采用的是被動(dòng)式單程測距。它的信號發(fā)射時(shí)刻是由衛(wèi)星鐘確定的，收到時(shí)

7、刻那么是由接收機(jī)鐘確定的，這就在測定的衛(wèi)星至接收機(jī)的距離中，不可防止地包含著兩臺鐘不同步的誤差影響，所以稱其為偽距。10.衛(wèi)星星歷誤差 由星歷所計(jì)算得到的衛(wèi)星的空間位置與實(shí)際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。四、綜合題1.什么叫多路徑誤差？在 GPS 測量中可采用哪些方法來消除或消弱多路徑誤差？15分經(jīng)測站附近的反射物反射后的衛(wèi)星信號假設(shè)進(jìn)入GPS接收機(jī)就將與直接進(jìn)入接收機(jī)的信號產(chǎn)生干預(yù)，從而使觀測值產(chǎn)生偏差，這就是所謂的多路徑誤差。多路徑誤差不僅與反射系數(shù)有關(guān)，也和反射物離測站的距離及衛(wèi)星信號方向有關(guān)，無法建立準(zhǔn)確的誤差改正模型，只能恰當(dāng)?shù)剡x擇站址，避開信號反射物。例如：1選設(shè)點(diǎn)位時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離平靜的水面

8、，地面有草叢、農(nóng)作物等植被時(shí)能較好吸收微波信號的能量，反射較弱，是較好的站址。2測站不宜選在山坡、山谷和盆地中。3測站附近不應(yīng)有高層建筑物，觀測時(shí)也不要在測站附近停放汽車。2.簡述GPS選點(diǎn)時(shí)對測站的根本要求。15分1點(diǎn)位的選擇應(yīng)符合技術(shù)設(shè)計(jì)要求，并有利于其它測量手段進(jìn)行擴(kuò)展與聯(lián)測；2點(diǎn)位的根底應(yīng)堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定，易于長期保存，并應(yīng)有利于平安作業(yè)；3點(diǎn)位應(yīng)便于安置接收設(shè)備和操作，視野應(yīng)開闊，視場內(nèi)周圍障礙物的高度角一般應(yīng)小于15°；4點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源如電視臺、微波站等，其距離不得小于200m，并應(yīng)遠(yuǎn)離高壓輸電線其距離不得小于50m，以防止周圍磁場對衛(wèi)星信號的干擾；5點(diǎn)位附近不應(yīng)有

9、對電磁波反射或吸收強(qiáng)烈的物體，以減少多路徑效應(yīng)的影響；6交通應(yīng)便于作業(yè)，以提高作業(yè)效率；7應(yīng)充分利用符合上述要求原有的控制點(diǎn)及其標(biāo)石，但利用舊點(diǎn)時(shí)應(yīng)檢查舊點(diǎn)的穩(wěn)定性、完好性，符合要求方可利用；8選好點(diǎn)后應(yīng)按合理的方法給GPS點(diǎn)編號。此外，有時(shí)還需考慮測區(qū)內(nèi)的通訊設(shè)施、電力供給等情況，以便于各點(diǎn)之間的聯(lián)絡(luò)和設(shè)備用電或充電。綜上所述，結(jié)合測區(qū)的實(shí)際情況， GPS點(diǎn)宜布設(shè)在較高的永久性建筑物、山頂及其它符合要求的地方，或已成型的較寬的城市主干道、路口或其它較開闊而又穩(wěn)固的建構(gòu)筑物上。3.試分別寫出測距碼偽距觀測方程和載波相位偽距觀測方程并標(biāo)明各個(gè)符號的含義。15分偽距和載波的觀測方程可表示為：式中：

10、i表示測站，k表示衛(wèi)星，、分別表示偽距觀測值、載波觀測值，為測站到GPS衛(wèi)星之間的幾何距離，為地面GPS接收機(jī)鐘差，為GPS衛(wèi)星鐘差，為電離層延遲，為對流層延遲，為載波相位觀測值的波長，c為真空中的光速，和分別為偽距和載波的觀測噪聲以及多路徑效應(yīng)誤差，、分別表示接收機(jī)和衛(wèi)星的硬件延遲，表示載波觀測值的整周模糊度、天線相位轉(zhuǎn)繞，以及衛(wèi)星和接收機(jī)的硬件延遲。受硬件延遲的影響，該項(xiàng)不具有整數(shù)特性。 4.試述GPS在測繪行業(yè)中的應(yīng)用15分GPS在測繪領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有：1建立和維持全球性的參考框架；2建立各級國家平面控制網(wǎng)；3布設(shè)城市控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)，進(jìn)行各種工程測量；4在航空攝影測量、地籍測量

11、、海洋測量中的應(yīng)用已非常廣泛。5.試述GPS定位的誤差來源15分在GPS定位過程中，會受到各種因素的影響，從誤差源可以分為三類。這些因素主要影響電磁波傳播時(shí)間的測量和衛(wèi)星精確位置的獲得，誤差通過測量平差方程傳播給GPS定位結(jié)果。GPS中的精密定位，就是利用各種模型，估算出下面列出的各種誤差。1、與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差(1) 衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星星歷誤差根據(jù)GPS衛(wèi)星所計(jì)算出來的衛(wèi)星軌道與實(shí)際軌道的差異。(2) 衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差是GPS衛(wèi)星上所安裝的原子鐘時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的誤差。(3) 相對論效應(yīng)相對論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)不同(運(yùn)動(dòng)速度和重力位不同)而引起兩臺鐘之間發(fā)生相對鐘差

12、的現(xiàn)象。(4) 衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差是GPS衛(wèi)星上信號發(fā)射天線的標(biāo)稱相位中心與其真實(shí)相位中心之間的差異。2.與信號傳播有關(guān)的誤差(1) 電離層延遲 電離層是高度為50km-1000km間的大氣層，該區(qū)域內(nèi)的氣體分子和原子電離成自由電子和正離子，帶電粒子的存在GPS信號的傳播速度發(fā)生變化，傳播路徑發(fā)生變化，這種變化稱為電離層延遲。測碼偽距觀測值和載波相位觀測值所受到的電離層延遲大小相同，但符號相反。(2) 對流層延遲 對流層是高度為50km以下的大氣層。對流層對電磁波的折射效應(yīng)，使得GPS信號的傳播速度發(fā)生變化，傳播路徑發(fā)生變化，這種變化稱為對流層延遲。對流層

13、對測碼偽距觀測值和載波相位觀測值的影響是相同的。(3) 多路徑誤差 接收機(jī)周圍的物體外表反射到達(dá)接收機(jī)的信號，使得接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星信號中還包含有反射和折射信號的影響，這就是所謂的多路徑誤差。3、與接收設(shè)備有關(guān)的誤差 (1) 接收機(jī)鐘差 與衛(wèi)星鐘一樣，接收機(jī)也有鐘差。接收機(jī)鐘差是GPS接收機(jī)所使用的鐘的鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的差異。 (2) 接收機(jī)天線相位中心的偏差和變化GPS接收機(jī)天線的標(biāo)稱相位中心與其真實(shí)的相位中心之間的差異為接收機(jī) 天線相位中心的偏差。(3) 接收機(jī)噪聲在用GPS接收機(jī)測量時(shí)，由于儀器以及外界環(huán)境的影響所帶來的誤差。4、其它誤差 這主要包括通道誤差、量測噪聲、電路噪聲

14、和延遲等。這些誤差一般影響不大，且有些為隨機(jī)誤差可用建立數(shù)學(xué)模型的方法來消除。6.試述整周跳變定義，原因以及特點(diǎn)。15分在接收機(jī)跟蹤GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測的過程中，常常由于多種原因例如接收機(jī)天線被阻擋、外界噪聲信號的干擾等，可能使載波相位觀測值中的整周數(shù)不正確，但其缺乏1整周的小數(shù)局部仍然是正確的，這種現(xiàn)象成為整周變跳，簡稱周跳。周跳產(chǎn)生的原因有：衛(wèi)星信號被某障礙物阻擋而無法到達(dá)接收機(jī)；由于外界干擾或接收機(jī)所處的動(dòng)態(tài)條件惡劣而引起衛(wèi)星信號的暫時(shí)失鎖等。周跳的特點(diǎn)為：載波相位觀測值中的整周數(shù)不正確，但其缺乏1整周的小數(shù)局部仍然是正確的。7.怎樣用雙頻觀測值來消除電離層延遲？15分常用的電離層延遲誤差的消除方法有：（1） Bent、IRI等經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼ǎ?） 半和改正法（3） Klobuchar模型改正（4） 曲面擬合模型、球諧函數(shù)模型等數(shù)學(xué)擬合方法對于雙頻接收機(jī)，可以利用雙頻觀測值直接計(jì)算電離層延遲改正或組成無電離層延遲的組合觀測量，這種改正效果是非常好的。另外可以利用實(shí)測雙