GPS测量原理及应用试卷

1、 简述全球定位系统的组成部分及各部分的作用？ 2、 简述全球定位系统的特点？

GPS的六大特点:第一，全天候，不受任何天气的影响； 第二，全球覆盖（高达98%）； 第三，七维定点定速定时高精度； 第四，快速、省时、高效率； 第五，应用广泛、多功能； 第六，可移动定位。 3、 简述双星导航定位系统的定位原理？

地面中心站通过2颗同步静止定位卫星传送测距问询信号，如果用户需要定位则

马上回复应答信号。地面中心站可根据用户的应答信号的时差计算出户星距离，这样 以两颗定位卫星为中心以两个户星距离为半径可作出两个定位球。而两个定位球又和 地面交出两个定位圆，用户必定位于两个定位圆相交的两个点上（这两个交点一定是 以赤道为对称轴南北对称的）。地面中心站求出用户坐标后，再根据坐标在地面数字高 程模型读出用户高程——进而让卫星转告用户

4、 简述全球定位系统的国民经济建设中的应用及发展情况？ 第二章 坐标系统和时间系统

1、 名词解释： 天球坐标系 地球坐标系 大地坐标系 站心坐标系 日月岁差 行星岁差 章动 WGS-84大地坐标系 新19年北京坐标系 ITRF框架 恒星时 协调世界时 GPS时间系统

大地坐标系: 是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位

置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。大地坐标系的确立包括选择一个椭球、对 椭球进行定位和确定大地起算数据。一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭 球叫参考椭球。参考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建立。大地坐标系亦称 为地理坐标系。

地球坐标系: 原点位于地心，其中一轴与地球极轴重合的与地球固连的右手直角坐标系. 地球坐标系有两种几何表达方式，即地球直角坐标系和地球大地坐标系。

日月岁差：于是天极在天球上绕黄极描绘出一个半径为 23.5° 的小圆 ， 也使春分点沿黄道以与太阳周年视运动相反的方向每 25800年旋转一周 ，每年西移约 50.3 〃。 这种由太阳和月球引起的地轴的长期进动（或称旋进）称为日月岁差

行星岁差：在行星的引力作用下，地球公转轨道平面不断地改变位置，这不仅使黄赤交角改变，还使春分点沿赤道产生一个微小的位移，其方向与日月岁差相反，这一效应称为行星岁差

WGS-84坐标系（World Geodetic System一1984 Coordinate System） 一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH （国际时间）1984.O定义的协议地球极（CTP)方向，X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系统。 GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据的。

国际地球参考框架 International Terrestrial Reference Frame 它是一个地心参考框架，由空间大地测量观测站的坐标和运动速度来定义，是国际地球自转服务的地面参考框架。 由于章动、极移的影响，国际协定地极原点CIO变化，导致ITRF每年也都在变化，所以在根据不同时段可以定义不同的ITRF。

新19年北京坐标系: 将1980国家大地坐标系的空间直角坐标经过三个平移参数平移变换至克拉索夫斯基椭球中心，椭球参数保持与19年北京坐标系相同。

2、 简述卫星测量中常用的坐标系以及它们之间的转换关系？ 3、 简述不同空间直角坐标系统之间的转换原理及方法？

在三维空间直角坐标系中，具有相同原点的两坐标系间的变换一般需要在三个坐标平面上，通过三次旋转才能完成。

当两个空间直角坐标系的坐标换算既有旋转又有平移时，则存在三个平移参数和三个旋转参数，再顾及两个坐标系尺度不尽一致，从而还有一个尺度变化参数，共计有七个参数:

X2X10ZYX1X0

YY0X Y2(1m)Y1Z10

0 Z2Z1YXZ1Z04、 如何进行不同参考椭球之间大地坐标之间的转换？

对于不同大地坐标系的换算，除包含三个平移参数、三个旋转参数和一个尺度变化参数外，还包括两个地球椭球元素变化参数 5、 简述各种时间系统之间的联系？ 第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历

1、名词解释： 卫星的无摄运动 卫星的受摄运动 广播星历 卫星历书 精密星历

广播星历: 定位卫星发播的无线电信号上载有预报一定时间内卫星根数的电文信息

精密星历：由若干卫星跟踪站的观测数据，经事后处理算得的供卫星精密定位等使用的

卫星轨道信息。

卫星历书简称星历：卫星轨道参数与瞬间坐标的数据集合。GPS卫星将卫星瞬间坐标与

时间数据以广播方式发布，接收机根据这些数据来计算本地坐标。包含在导航电文的第四和第五子桢中，可以看作是卫星星历参数的简化子集

2、简述卫星的轨道参数含义以及它们是如何来描述卫星的轨道运动的？ 3、简述卫星运动的摄动力及其影响？ 5、 如何对卫星实现精密定轨？

6、 解释下列RINEX格式的广播星历文件（部分）各参数的含义？

6、解释下列RINEX格式的广播星历文件（部分）各参数的含义？

2.10 NAVIGATION DATA G (GPS) RINEX VERSION / TYPE DAT2RINW 3.10 001 zfh 07JUN04 21:46:37 PGM / RUN BY / DATE

.1397D-07 .0000D+00 -.5960D-07 .5960D-07 ION ALPHA .1106D+06 -.3277D+05 -.2621D+06 .1966D+06 ION BETA -.372529029846D-08 -.1065814103D-13 503808 1258 DELTA-UTC: A0,A1,T,W 13 LEAP SECONDS END OF HEADER 4 04 2 19 8 0 0.0 -.6847682825D-04 -.875388650456D-11 .000000000000D+00 .150000000000D+03 .134687500000D+02 .431053669401D-08 .181432727248D+01 .849366188049D-06 .6709600449D-02 .112168490887D-04 .515359131622D+04 .374400000000D+06 .409781932831D-07 .267556044513D+01 .707805156708D-07

.961274443682D+00 .1218750000D+03 -.911275590286D-01 -.7725198369D-08 -.622883088438D-09 .100000000000D+01 .125800000000D+04 .000000000000D+00 .240000000000D+01 .000000000000D+00 -.605359673500D-08 .150000000000D+03 .369900000000D+06 .400000000000D+01

5 04 2 19 8 0 0.0 .182860530913D-04 .159161572810D-11 .000000000000D+00 .100000000000D+03 -.412500000000D+01 .48438114D-08 .157260791677D+01 -.227242708206D-06 .508379028179D-02 .112615525723D-04 .515356326103D+04 .374400000000D+06 -.912696123123D-07 .485258581516D+00 .670552253723D-07 .936208765813D+00 .148000000000D+03 .817581727698D+00 -.812212403335D-08 .570023743777D-09 .100000000000D+01 .125800000000D+04 .000000000000D+00 .240000000000D+01 .000000000000D+00 -.419095158577D-08 .100000000000D+03 .370710000000D+06 .400000000000D+01

7、解释下列RINEX格式的观测数据文件（部分）各参数的含义？

2.10 OBSERVATION DATA G (GPS) RINEX VERSION / TYPE

DAT2RINW 3.10 001 zfh 07JUN04 21:46:37 PGM / RUN BY / DATE

cehui2000 csu OBSERVER / AGENCY 7528 TRIMBLE 4000SSE Nav 7.29 Sig 3.07 REC # / TYPE / VERS 1 TRIMBLE 4000SSE ANT # / TYPE ----------------------------------------------------------- COMMENT

Offset from BOTTOM OF ANTENNA to PHASE CENTER is 0.0 mm COMMENT ----------------------------------------------------------- COMMENT

A001 MARKER NAME A001 MARKER NUMBER -2191771.5253 5182435.1080 2993212.3100 APPROX POSITION XYZ

1.7250 0.0000 0.0000 ANTENNA: DELTA H/E/N

*** Above antenna height is from mark to PHASE CENTER. COMMENT ----------------------------------------------------------- COMMENT

Note: The above offsets are NOT corrected. COMMENT ----------------------------------------------------------- COMMENT

1 0 0 WAVELENGTH FACT L1/2

3 L1 C1 D1 # / TYPES OF OBSERV

15.000 INTERVAL 2004 2 19 6 45 15.0000000 TIME OF FIRST OBS 2004 2 19 7 35 15.0000000 TIME OF LAST OBS 0 RCV CLOCK OFFS APPL

8 # OF SATELLITES

4 201 201 201 PRN / # OF OBS 5 142 143 142 PRN / # OF OBS 7 201 201 201 PRN / # OF OBS 10 36 36 36 PRN / # OF OBS 13 201 201 201 PRN / # OF OBS 17 6 6 6 PRN / # OF OBS 24 201 201 201 PRN / # OF OBS 28 88 88 PRN / # OF OBS END OF HEADER 04 2 19 6 45 15.0000000 0 5 4 7 13 24 28 -5204280.08216 21043199.40606 -595.28100 -5214711.77416 20788022.206 -147.06300 -530602.95011 24091992.43801 1787.85900 -7730122.87414 22582502.10204 967.34400 11499950.415 22424132.70305 -3559.06300 04 2 19 6 45 30.0000000 0 5 4 7 13 24 28 -5195317.14206 21044904.91406 -599.75000 -5212461.98206 20788450.09406 -152.85900 -557390.50202 240866.75802 1783.81300 -7744599.404 22579746.94504 962.98400 11553377.06205 22434299.92205 -35.42200

第四章 GPS卫星的导航电文和卫星信号 1、试述GPS卫星的导航电文的结构？

2、GPS卫星信号有哪些，各有些什么特性？

3、用第三章6、7题给出的卫星导航和观测文件计算卫星在信号发射时刻的坐标。 4、简述GPS接收机的分类及工作原理？ 第五章 GPS卫星定位基本原理

伪距: Pseudo Range 是由GPS观测而得的GPS观测站到卫星的距离. 于传播时间Δt 中包含有卫星时钟与接收机时钟不同步的误差、卫星星历误差、接收机测量噪声以及测距码在大气中传播的延迟误差等等，由此求得的距离值并非真正的站星几何距离，习惯上称之为“伪距”。

整周模糊度： 载波在空间传输的整周期数它是一个无法通过观测获得的未知数因而也称为整周模糊度.从（1）式可知每一个相位观测值中都包含了一个相同的整周模糊度此值不知就不可能精确地解算出定位结果

在观测中待定点没有可察觉到的变化，整个观测时间段内的待定点坐标都可以认为是固定不变的常数。确定这些点的位置称为静态定位。 在观测中待定点有可察觉到的显著变化，每个观测瞬间待定点的位置不同，整个观测时间段内的每一个待定点坐标均需要确定，称为动态定位。

根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。这三类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。

位置差分： 安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的， 存在误差。基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正。最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差

伪距差分： 在基准站上的接收机要求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值 加以比较。利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏差。然后将所有卫星的测距误差传输 给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置， 就可消去公共误差，提高定位精度。 载波相位差分技术又称为RTK技术（real time kinematic），是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。它能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。

相位差分： 由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站。用户站接收GPS卫星的载波相位 与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理，能实时给出厘米级的定位结果。 局域差分： 该技术原理是根据主控站和用户站在一定距离内对GPS卫星同步同轨观测值之间存在的相关性,使用户站利用主控站提供的GPS定位误差的综合改正信息,来提高定位精度.LADGPS的作用半径比较小,

广域差分： WADGPS技术原理是对GPS观测量的误差源分别加以区分和\"模型化\然后将计算出来的每一个误差源的误差修正值(差分值)通过数据通讯链传输给用户,对用户在GPS定位中的误差加以修正,以达到削弱这些误差源和改善用户GPS定位精度的目的.这种方法不仅削弱了LADGPS技术中主控站和用户站之间定位误差对时空的相关性,而且又保持了LADGPS的定位精度

2、简述GPS卫星定位的基本原理？

卫星作为“动态”已知控制点，测量出测站点至三颗以上GPS卫星的距离，利用空间距离后方交会法解算出测站P的位置。

3、简述伪距法定位的原理及方法？

4、简述载波相位测量定位的原理及方法？ 5、简述周跳探测的原理及方法？

（1）屏幕扫描法： 根据卫星的相位观测值变化率的图像的连续性进行手动修复

（2）高次差法： 高次差根据周跳会破坏载波相位测量的观测值Int(ψ)+Δψ随时间而有规律变化的特性来探测的。

（3）在卫星间求差法 ： 在GPS测量中，每一瞬间要对多颗卫星进行观测，因而在每颗卫星的载波相位测量观测值中，所受到的接收机振荡器的随机误差的影响是相同的。在卫星间求差后即可消除此项误差的影响。

（4）根据平差后的残差发现和修复整周跳变： 修复周跳后的观测值中也可能引入1—2周的偏差。平差计算后，有周跳的观测值上则会出现很大的残差，据此可以发现和修复周跳

6、简述整周模糊度的确定方法? （1）伪距法

将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值(化为以距离

为单位)后即可得到λN0 。

（2）将整周未知数当作平差中的待定参数——经典方法 1)整数解 短基线测量 2)实数解 长基线测量 （3）多普勒法(三差法)

将相邻两个观测历元的载波相位相减，消去了整周未知数N0， 从而直接解出坐标参数。常用来获得未知参数的初始值。 （4）快速确定整周未知数法

这种方法对某一置信区间所有整数组合一一进行平差，取 估值的验后方差或方差和为最小的一组整周未知数作为整周未

知数的最佳估值。进行短基线定位时，利用双频接收机只需观测一分钟便能 成功地确定整周未知数。

8、 简述各种观测值的各种线性组合及其特性？ 9、简要解释SA技术及AS技术？

GPS的SA（Selective Availability）技术，有选择可用性技术，即人为地将误差引入卫星钟和卫星数据中，故意降低GPS精度。其直接影响是C／A码的精度从原先的20M降低到100M。

GPS的AS（Anti-Spoofing）技术，即反电子欺骗技术。它将P码与W码相加，形成新的严格保密的Y码。其目的是防止敌方使用P码进行经学的导航定位。当实施AS技术时，非特许用户将接收不到P码。该技术仅在特别情况下启动。 10、简述RTK的工作原理？

RTK是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的厘米级精度的三维定位结果。RTK测量系统通常由三部分组成，即GPS信号接收部分（GPS接收机及天线）、实时数据传输部分（数据链，俗称电台）和实时数据处理部分（GPS控制器及其随机实时数据处理软件）。

第八章 GPS测量的设计与实施

1、名词解释：同步观测 观测时段 同步观测环 基线 观测环 异步观测环 2、如何进行GPS网的基准设计？ 3、如何进行GPS网的图形设计？ 4、外业包含哪些内容？

5、如何拟定GPS网外业观测计划？ 8、 进行GPS网选点应遵守什么原则？ 9、 假设GPS天线应注意些什么？ 10、 简述GPS测量的各种作业模式？ 10、简述GPS基线解算的过程？ 11、如何进行观测成果的外业检核？

12、如何编写GPS网的技术设计及技术总结？ 第九章 GPS测量数据处理

1、如何进行GPS数据预处理？ 2、简述基线解算的各阶段的内容？

3、利用试验观测数据文件建立GPS双差观测方程？ 4、如何进行GPS基线向量解算结果的分析？

5、为什么要进行GPS定位成果的坐标转换？

6、在不同情况下如何进行GPS定位成果的坐标转换？ 7、简述GPS基线向量网三维无约束平差的意义及方法？ 8、简述GPS基线向量网约束平差的含义及具体的约束条件？ 9、如何实现基线向量网与地面网联合平差？ 10、简述GPS高程的含义及确定方法？ 11、简述常用的GPS水准高程的计算方法？ 12、如何确定高程的拟合精度？ 13、如何提高GPS水准高程精度？