《GPS原理與應用》復習(有問題詳解)

1、全球定位系統(tǒng)原理與應用復習與思考1、了解美國60年代初期研制的子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)組成。1）衛(wèi)星星座：由6顆獨立軌道的極軌衛(wèi)星組成（i=90°，T=107min，H=1075km）2）地面設有：4個衛(wèi)星跟蹤站，1個計算中心，1個控制中心，2個注入站海軍天文臺（負責衛(wèi)星鐘差，鐘頻改正）2、了解美國90年代初期建成全球定位系統(tǒng)（GPS）的系統(tǒng)組成2. 系統(tǒng)組成:-v衛(wèi)星星座：由軌道.24顆衛(wèi)星組成（衛(wèi)星壽命了5年）o0=55°:T=llh58B；H=20200km）冷介監(jiān)測站：員責監(jiān)測衛(wèi)星的軌道魏樂大氣數(shù)抿經初處1個主控站：根據(jù)各監(jiān)測站資料.推算預報各衛(wèi)星的星歷匸鐘差和大氣修正參數(shù)

2、編制導航電文；對監(jiān)測站的鐘差.偏軌或失效衛(wèi)星實行調控和調配。將電文.指令傳送到注入站。執(zhí)3檜jg舛茍胳注入甲疇饉73、了解我國的北斗一號導航系統(tǒng)的組成，定位精度如何。 衛(wèi)星星座：由瀕同步靜止衛(wèi)星組成（其中4顆在軌備用o（t=0°T=24S星時；H=36000km） 地商僅有：一個中心站負責系統(tǒng)測控.定位信號的發(fā)射與:W.尋發(fā)布一iMSSY定位精度：平面：±20m垂直：±10m4、GPS衛(wèi)星的測距碼（C/A碼）如何產生有何作用？臺原子鐘（2輒璉）產生標淮頻率為:兀"0.23MHz測距偽碼：C/A碼:伽R0J.023MHZ產生：它是由兩個10級反饋移位寄存器

3、產生作用：識別衛(wèi)星，鎖定信號，測量距離，解擴D碼，捕獲P碼5、掌握二進數(shù)列的模二和或者波形積的運算法則及其簡單運算。模二和：觀=0；B®o=l；o©S=1|；o©o=o波形積：運算例子：1001110010J（A）)0100111001J(B)1101001011J(C)運算規(guī)律：（A）（B）=（C）（C）©（A）=（B）（C）©（B）=（A）運算法則：(-1)x(-!)=!；1x1=1；(-l)xl=-l；1x(-1)=-16、認知和掌握兩個結構相同m序列模二和后，在碼相同步以及碼相不同步時的自相關系數(shù)學表達的差異。將一Tm序列與其移動若干相

4、位后的同序列模二和.得到的仍是m序列（結構相同）.011110001001101協(xié)多為000鮫00辱010111111100010011010-苓岳J甘"曲：嚴同希眇z乍晌=1沙謬|/（卽/）當相位同步時:M&Ofc.N/N4l<'-;.記憶衛(wèi)星軌道開普勒六根數(shù)為的名稱及代號。軌道半長徑的平方根（m）/軌道偏心率/歷元t的軌道傾角（弧度）/歷元t的升交點準經度（弧度）/近地點角距（弧度）/歷元t的平近點角（弧度）oeoe8、導航型GPS接收機可分為哪幾種類型?船載型，車載型，機載型，星載型9、測地型GPS接收機可分為哪幾種類型？單站差分型，局域差分型，廣域差分型

5、10、了解重建載波信號的方法和原理。測量原理:k重建載波信號：將調制在載波信號上的測距碼池數(shù)據(jù)碼去掉.恢復載波信號的過程口相關法：通過碼相關同步乘法裝置獲得載波信號和曬混合的解調信號，讀解湘后可恢復載波信號打平方法：接收機將收到的調制信號在相同步的猜況下、了解g接收機微理器的工作程道肢延匾1麟捜索鎖定衛(wèi)星信號.解譯導航電文口結合星歷池偽碼或載波觀測量計算站點坐標C*通過站點坐標牴星歷計算可見衛(wèi)星的方位牡高度角口計算導航參數(shù)（須有明確目標O12、用什么方法可以求解整周未知數(shù)（整周模糊度）？1）已知點坐標法2）多普勒法（四差法）3）偽距法4）經典方法5）快速確定整周未知數(shù)法；TKc納當作平養(yǎng)巾的待

6、定繳求黑懸4*淪n當作整數(shù)解當距離幺“拮度2/2=9電強將N魁雜舍五A®裁1*或fflN實數(shù)解的標斯差的置信度取臥號多戟的相對定饑法二將N會作甥解鋰K堪銭的相礙位中各神i磁鬧相天性氐由于INffig度A/2=9.5cmo此時將N實數(shù)解取整B毫無盍義口I快覷鋰周未般址：比盤1990年由E£廟0通血1提出。對于單卿仞2吩盹確趨周未蜩對于雙卿吩舸聽周未做13、用什么方法可以測定整周計數(shù)Inte?連續(xù)測量：當被跟蹤衛(wèi)星有視向位移時，還可根據(jù)載波信號的相位差變化量,讀出相位變化的整周計數(shù)（Inte）o14、了解GPS接收機載波相位測定時，產生周跳原因的各種原因。To-衛(wèi)星信號被竝暫時

7、阻斷外界干擾或動態(tài)環(huán)境惡劣.導致環(huán)路跟蹤失鎖口r對混頻器產生的頻差信號無法正確解讀整周計數(shù)口15、解整周跳變探測修復的各種方法。便吸O熒幕掃描探測法此法目視判斷直觀，早期被廣泛使用。只能發(fā)現(xiàn)大周跳，無法精確修復。高次差探測法此法可發(fā)現(xiàn)幾十周的跳變。原理與差值含義(5556頁表)：可利用高次插值公式，內插修復。但對于12周的跳變無法探測修復。多項式擬合法此法可修復幾周的跳變。能實現(xiàn)計算機自動探測修復。擬合公式:Int0i二a0+a1(ti-tiT)+a2(ti-tiT)2+a3(ti-tiT)3+a4(ti-tiT)4計算步驟：用i=05項，列方程求系數(shù)a04用公式預報Int06與實測Alnt0

8、6比較如無誤用i=16,重新求系數(shù)a04用公式預報Int07與實測Alnt07比較如有誤用Int07修復實測Int07修復后用i=27，重新求系數(shù)a04在衛(wèi)星間求差法此法可探測修復12周的跳變(隨機跳變)。并可甄別隨機跳變或系統(tǒng)誤差計算步驟：用不同衛(wèi)星的四次差在相同歷元間求差。發(fā)現(xiàn)周跳則逐周修改原始數(shù)據(jù)重新求四次差。直至四次差之差的殘差很小為止。有隨機跳變的衛(wèi)星不能太多。5)用雙頻觀測值修復周跳法16、了解美國GPS政策以及對付美國GPS政策的方法。J對Gfs用戶的限制性政策k對不同的GPS用戶提供不同的服務方式 SPS服務用公開的C/A碼定位（±20-40m）o義ppsMe慣生籀黏

9、r4PPS服務一供比P碼功率大20HB的軍用M碼口2. 選擇性可用政策（SA）對（SPS）用戶實施干擾 S技術將鐘頻信號JD入咼頻抖動 £技術一將導航電文加入人為誤差3. 反電子欺騙技術（AS）用W碼對P碼實施加密j針對美國GPS政策的對策1. 建立獨立的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。哪些GPS測量誤差可通過差需消除些GPS技術消除?差分技術提高定位精度。二二二：衛(wèi)星鐘差；星歷誤差；本機鐘差?？上?衛(wèi)星鐘Ps測量誤差不能通過差分2.建立獨立的衛(wèi)星軌道精密測量系統(tǒng)不可消除：多路徑反射；通道誤差。零衛(wèi)覿巽遑養(yǎng)技衛(wèi)星鐘差；星歷誤差口2. 傳播延時專電離層誤差對流層誤差多路徑反射。3. 接收機的誤差：

10、斜機鐘差；JS道誤差口采用差分技術可將：完全消除：部分消除口18、比較局域差分和廣域差分的定位定位原理和定位精度方面的差異。局域廣域1. 由多個基準站構成GPS差分網絡2. 差分數(shù)據(jù)通過網平差后提高改正參數(shù)精度3. 將改正參數(shù)發(fā)送用戶1.主控站對各種定位誤差獨立解算一用戶分別修正19、了解位置差分的條件、原理和優(yōu)缺點。條件：1）基準站與用戶必須觀測同一組衛(wèi)星，即范圍在100km之內2）已知基準站的GWS-84的精密坐標（X，Y，Z）原理：1）基準站通過GPS衛(wèi)星，實時（t）測定本站坐標（X,Y,Z）2）計算坐標改正數(shù)及其時間導數(shù)03）將改正參數(shù)發(fā)送用戶，修正實測坐標（X'，Y'

11、，Z'）優(yōu)點：計算簡單，適用于各種GPS定位儀ppp缺點：用戶接收機通道越少或定位相對距離越遠，精度越低（50km為宜）20、了解偽距差分的條件、原理和優(yōu)缺點。條件：1）基準站與用戶至少有4顆相同的觀測衛(wèi)星2）已知基準站的GWS-84的精密坐標（X,Y,Z）000原理：1）基準站通過衛(wèi)星（i）星歷坐標（X,Y,Z）,實時（t）計算站星iii0幾何距離（Di）2）基準站測定衛(wèi)星（i）t時刻的偽距3）計算t時刻的偽距改0正數(shù)及其時間導數(shù)4）將改正參數(shù)發(fā)送用戶P,修正t°時實測偽距，計算即時（t）P點坐標優(yōu)點：計算簡單，適用于各種GPS定位儀，用戶接收通道與定位精度關聯(lián)不大缺點：定

12、位相對距離越遠，精度越低（100km）21、了解單點定位幾何精度（GDOP）的涵義。涵義：由GPS于接收機作頂點構成的多面體的體積V決定的測量精度。22、理解GPS的絕對定位和相對定位的涵義和原理。絕對定位相對定位涵義用單臺GPS定位儀獨立測量，解算未知點坐標的過程。在一定距離內，用兩臺以上GPS定位儀同時測量站星距離，通過求差的方法解算測點間基線向量的過程。原理絕對定位條件：同時接收三顆GPS衛(wèi)星信號可解算測點的二維坐標。接收四顆以上GPS衛(wèi)星信號可解算測點的三維坐標。相對定位條件：至少知道一個已知點的三維坐標（GWS-84）。23、了解同步環(huán)、異步環(huán)、獨立環(huán)、獨立基線、非獨立基線的涵義及其

13、作用，如果只觀測一個時段如何確定獨立基線數(shù)和基線總數(shù)？同步環(huán)：3臺以上接收機同步觀測所得的基線閉合環(huán)。（可提高測量點的解算精度）異步環(huán)：含有非同步觀測基線的閉合環(huán)。（起發(fā)現(xiàn)粗差，檢測精度的作用）獨立環(huán)：各邊均由獨立觀測基線構成的閉合環(huán)。獨立基線：N臺接收機同步觀測，可得N-1條獨立基線。（能夠確定同步觀測點坐標的最少基線數(shù)）非獨立基線：在同步環(huán)中除了獨立基線之外的基線。（可檢測獨立基線所計算的點坐標）24、了解GPS網測量過程的各種連接方式及其特點。1）星形連接式點'作業(yè)方式與點連式同（效率較高O'同步環(huán)和點池邊連接皆有.以提高幾何強度盡量創(chuàng)造異步檢測條件提高可靠性口翼gps聲

14、犒瞬另_臺跑議mV無同步基線構成任何閉合圖形的，無法檢測精竽2）點連鮭接只用于氐篇度工程辟部測量舊Egpg期丿各時段轉點只保留一臺GPS定位儀不動口/無復測基線邊.各同步圖形以點連接.幾何強度很弱3）邊連式圖形步環(huán)異步血測條曲丿可H件弄。輅雷tK各時段轉點至少保留兩臺GPS定位儀不動口VV各同步圖形以復測邊連接.幾何強度及異步檢測條件較好勺觀測工作量較點連式大口鋼兩臺GPS定翔爛團各同步圖形均以復測邊連接，適用于高精度控制測量衛(wèi)觀測工作量較點連式大比混連式小口6）三角鎖連接作業(yè)方式與混連式冋.適用狹長區(qū)域口25、簡述子午衛(wèi)星導航定豔理。皆毛I.5|鶴幾何磷備在已知子午衛(wèi)星空間坐標前提下，利用一

15、顆衛(wèi)星信號的多普勒效應，測定該衛(wèi)星4個時段相對觀察者的視向位移，通過部列4個雙曲面方程求解出測點坐標。26、簡述GPS衛(wèi)星導航定位原理。GPS接收機利用碼分多址技術與碼相關鎖相放大技術，同時對4顆以上的衛(wèi)星進行偽距測定，再通過修正后的站星幾何距離解算站位坐標。27、簡述我國雙星衛(wèi)星（北斗1號）導航系統(tǒng)定位原理。地面中心站通過2顆靜止衛(wèi)星傳送測距信號，根據(jù)用戶應答信號的時差計算星戶及用戶坐標，求出用戶坐標再用地面數(shù)字高程模型讀出用戶高程，再讓衛(wèi)星轉告用戶。28、試述我國自主知識產權北斗導航定位系統(tǒng)的發(fā)展階段。第一階段：2003年建成兩顆靜止衛(wèi)星的局域有源定位系統(tǒng)；第二階段：2012年建成亞太地區(qū)

16、的局域無源定位系統(tǒng)；第三階段：2020你建成覆蓋全球無源定位系統(tǒng)，并兼有短報文服務；其開放服務和授權服務的精度都比目前GPS系統(tǒng)高。29、試述GPS測量控制網的設計原則與與要求（課件PPT196頁）。原則：1）通視原則：GPS網點至少要有一個方向通視。2）開闊原則：網點地平面15°以上的天區(qū)不能有遮擋。3）便利原則：測點應選在交通便利，上點方便且站標易于保存的地方。4）利用舊站原則：不違反上述原則前提下盡量利用舊站標。5）異步環(huán)檢測原則：為了檢驗觀測精度的可靠，異步環(huán)或復合線路的邊數(shù)不能超過國家規(guī)定。6）復測原則：各網點至少獨立觀測量個時段，增加復測基線。要求：1）防止干擾：在測點2

17、00m范圍內不能有強電磁波干擾源（包括高壓電線）2）防止反射：測點應遠離對電磁波反射強烈的高壓建筑，成片水體等地物。30、試述GPS在航空遙感中的應用。一、各歷元機載GPS天線相位中心的確定：機載天線相位中心是通過GPS動態(tài)差分（RTK）技術確定的。地面基準站與遙感飛機通過無線電鏈接差分信號。遙感飛機利用整周模糊度航測解算OTF軟件，解決了傳統(tǒng)動態(tài)測量的長時間靜態(tài)初始化問題?？梢钥焖僮x出飛行狀態(tài)各歷元機載GPS天線相位中心。二、曝光時刻機載GPS天線相位中心的內插：由于曝光時刻與確定機載GPS天線相位中心的時刻不重合，故曝光時刻的天線相位中心必須內插獲得。遙感曝光瞬間通過TTL電平脈沖在GPS

18、數(shù)據(jù)流中打上標記。如果計時精度±2|is航速200m/s，內插精度可達0.4mm。三、將內插的WGS-84坐標轉換為國家地理坐標系：首先地面基準站GPS天線相位中心要有明確的雙重坐標系。其次航拍時附近地面還要有另一個具有雙重坐標的聯(lián)測點。這樣航拍曝光的內插相位中心，就可以通過有約束平差實現(xiàn)成果轉換獲得國家地理坐標系。二、曝光時刻機載GPS天線相位中心的內插：三、將內插的WGS-84坐標轉換為國家地理坐標系:31、試述RTK的工作原理及其在地籍房產中的應用。f實時動態(tài)差分RTK技術的工作原理：丄4基準站（已知點將GPS差分數(shù)據(jù).利用無線電通信鏈實時轉達GPS流動站.實施定位差分修正以提

19、高測量精度口當流動站捕獲議以上衛(wèi)星并確定整周模輜度后.流動站可以厘米級精度快速測定動點坐標口二、RTK技術在地籍和房地產測量中的應用：*電以簡易快捷地確定每宗房地產土地易權歸屬地的邊界測定和命積量算（國夕K據(jù)土地使用性質和間積納土地稅）口觀t易快捷地實孤土處昜權歸屬地從圖紙到實坦她aRTK穌髒筋1精度的前提代省時省工實現(xiàn)址鈿幽新32、試述測量韶大E級大地測量工程網外業(yè)和內業(yè)的工作過程。（1）做好測量前的準備工作：布點規(guī)劃：在地形圖上根據(jù)控制點的幾何關系，大致做出測量控制點的規(guī)劃，再到實地勘察落實是否滿足觀測條件；標志埋沒：在測量點上的基巖或者水泥混凝土上，按國家規(guī)劃埋沒金屬標志，并在旁邊刻上待

20、測點的點號；轉點設計：在地形圖上根據(jù)待測控制點的集合關系以及運籌學的方法，確認各時段測量的順序和轉點方案。時間同步：各測量點測站在對中整平、天線斜高測定輸入數(shù)據(jù)后，用手機相互通知做到同步開機和各時段測量完畢同步關機。（2）GPS測量儀器的架設為了避免路過車輛及行人的影響，儀器接受天線盡量架高。一般以水平調整氣泡略低于站立觀察者水平視線為宜。然后大致對中后即可調整水平，再通過觀察鏡精確對中。對中整平完成后就鎖定水平移動螺母，天線定向開機待測。（3）GPS測量儀的開啟和設置輕按接收機電源開關以及遙控器電源開關自動鏈接接收機。在遙控器選擇“采集設置”項，正確輸入數(shù)據(jù)必須輸入：站名、天線斜高、時段、按

21、Enter鍵發(fā)送接收機。每時段觀測時間約為4560min。33、試舉例說明GPS在海洋測繪中的應用。1）利用GPS進行高精度海洋定位A利用岸基多個基準站進行海洋物探定位和鉆井平臺定位；B用兩艘具有高精度GPS定位的物探船只對人工地震波接收的時間差,可以推斷海底地質構造達到找油找礦的目的。2）中國沿海RNB/DGPS系統(tǒng)從南到北由2"基淮站組成.主要去我國沿海岸.重要水癱bob提慎精定位藤已在導航定位.海圖測量.港航道測量.岸線地寵修：逆愛豪議'M海囉和緊融援戟（三）GPS技術用于建立海洋大地控制網海洋太瓏葡由布控在島is.的大地控制點組成的.海底控制點由固定標志和水聲應答器構成口海底控制點的測量測量船通過聲納對海底控制點定位的Z瞬間.測量船的精確位置可以通過岸基差分GPSffi定口 1994