GPS复习题含答案.docx

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GPS复习题含答案

复习思考题

1.GPS接收机如何进行分类？

（P145）

按GPS接收机的用途分类：

①导航型接收机②测量型接收机③授时型接收机

按GPS接收机的载波频率分类:

①单频接收机②双频接收机

按GPS接收机的通道数分类:

①多通道接收机②序贯通道接收机③多路复用通道接收机

按GPS接收机的工作原理分类:

①码相关型接收机②平方型接收机③混合型接收机④干涉型接收机

2.常规测量方法的局限性有哪些？

（P1笔记）

①无法实践陆地、岛屿彼此之间的联测。

②无法建立一个全球统一的地心坐标系统。

③观测难度大、劳动强度大，效率和经济效益低等。

3.GPS卫星轨道参数包括哪些？

（P28）

（1）开普勒六参数：

：

椭圆的长半径；

：

椭圆的偏心率；

：

真近点角；

：

升交点赤经；

：

轨道面倾角；

：

近地点角距

（2）卫星轨道摄动九参数：

Δn为卫星平均运动角速度与计算值之差；

为轨道倾角的变化率；

为升交点赤经的变化率；Cus,Cuc为升交角距的正、余弦调和改正项之振幅；Cis,Cic为轨道倾角的正、余弦调和改正项之振幅；Crs,Crc为轨道半轴的正、余弦调和改正项之振幅。

（3）时间二参数：

toe：

星历参考历元；AODE:

星历数据的龄期

4.GPS测量常用的作业模式都有哪些？

各有什么特点？

（P139）

①静态相对定位模式（通常由点连、边连或网连等形式构网、进行同步观测，时段长短取决于网的等级）：

构成一系列封闭图形，有利于观测成果的检核，精度高，可靠性高，但耗费多。

②快速静态相对定位模式（需两台接收机、同步观测数分钟）：

方法简单、作业速度快、消耗低、但可靠性差、精度一般。

③准动态相对定位模式（在1点上观测数分钟，然后依次在其它点上观测数秒钟）：

作业效率高。

④动态相对定位模式（在1点上观测数分钟、在其它点上观测并连续运动）：

测量速度快，可实现对运动载体连续实时定位。

⑤GPS、RTK：

作业效率高，减少了多余观测，缩短了观测时间。

⑥网络RTK：

精度高而且均匀、作业范围广。

5.GPS系统组成、特点、主要应用？

（P9）

组成：

空间部分、地面监控部分（对GPS卫星进行跟踪监测同时采集有关气象数据,并将收集到的有关信息传送给主控站）、用户部分

特点：

①全球连续覆盖（至少可见四颗GPS卫星）②高精度三维定位，三维测速和定时的功能③快速定位④抗干扰能力强，保密性能好（GPS卫星使用伪随机噪声码信号）⑤被动式，全天候导航⑥测站间无需通视，操作简单

应用：

利用GPS系统进行导航（海、陆、空导航）；利用GPS系统进行授时（授时精度可达:

相对于GPS时为10纳秒级（10-8秒）；相对于UTC时为微秒级（10-6秒））；利用GPS系统进行测量定位（精度、高效率的测量方法，大地测量中广泛应用，工程测量、城市测量和地籍测量中应用，在地球动力学、地球物理学和天体力学等方面应用，其它方面：

如天气预报、气象监测中应用）

（可以进行海路的导航，导弹的制导，大地测量和工程测量的精确定位，时间的传递和速度的测量等）

6.GPS卫星信号包括哪些？

各有什么特点？

（测距码）（P35）

包括：

两种载波；L1载波、L2载波和两种测距码：

C/A码、P码。

基准信号（标准频率:

10.23MHZ）

倍频154倍获得L1载波:

f1=1575.42MHZ,λ1=19.03cm;

倍频120倍获得L2载波:

f2=1227.60MHZ,λ2=24.42cm。

C/A码:

亦称粗码、明码和捕获码。

可产生1023种C/A码，每颗卫星使用其中一种；周期为1ms，比较短，易于捕获；其波长为293m，测距精度低；搜索卫星信号时，首先捕获C/A码，获得导航电文后得到时间信息（Z计数），再捕获P码。

P码:

亦称精码、保密码,其波长为29.3m。

其周期为38周,而实际使用P码的周期为7天（每周日午夜零时开始）；37种P码,其中32种用于卫星,5种用于地面站；波长为29.3米,比较短,测距精度比较高；产码速率比较快（10.23MHZ）,搜索卫星信号时,直接捕获P码非常难，更难于破译它；现在：

P码＋W码=Y码。

7.（白）噪声具有哪些优点？

（P37笔记）

①可以达到最小的测量模糊度②克服多路径信号干扰的最佳信号③具有良好的自相关特性

8.GPSRTK的基本思想及其特点？

（P142）

RTK（实时动态测量）基本思想：

是以载波相位观测量为基础的实时差分测量技术。

在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续的跟踪观测，同时将观测数据（载波相位观测值及基准站坐标等）利用无线电传输设备实时的传送给用户观测站。

在用户观测站上利用GPS接收机对GPS卫星信号进行接收观测的同时，也通过无线电接收设备接收基准站传输过来的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时的计算并显示用户观测站的三维坐标及精度。

特点：

可以实时地判定结算结果是否成功，是否满足测量定位精度的要求，从而减少多余观测、缩短了观测时间、提高了工作效率。

9.对流层（电离层、多路径效应、卫星钟和机钟等）误差对GPS测量定位影响与哪些因素有关？

如何消除或消弱其影响？

（P80~87）

总的消除或消弱措施：

①建立误差改正模型：

理论模型（电离层双频改正）；经验模型（GPS中一般不用）；综合模型（对流层改正模型②求差分法（站际差分、星际差分和历元间差分）；③选择较好的硬件和较好的观测条件（如避免多路径误差）④参数法（将系统性偏差设为未知数,进行估算）

（1）在通常情况下，对流层折射误差其数值可达几米（GPS卫星信号在天顶方向时）到十几米（GPS卫星信号接近地平方向时）。

对流层误差对GPS测量定位影响的因素：

①温度（t）；②湿度（e）；③气压（P）；④卫星信号的高度角（E）；⑤测站的高程（h）。

消除或削弱对流层影响的方法和措施：

①利用模型进行改正；②利用同步观测求差分；③引入描述对流层影响的附加待估参数。

（2）电离层误差因素：

①白天与黑夜（相差5倍左右）②地球于近日点和远日点（相差4倍左右）③太阳活动期的变化（相差4倍左右）④信号高度角（E）的大小。

措施：

①利用双频接收机进行双频观测②利用电离层改正模型加以改正③利用同步观测值求差分④码/载波相位扩散技术（CCD技术）

（3）多路径误差因素：

天线周围地形和地物。

措施：

①选择合适的站址（远离信号源和反射源）②对接收机天线的完善硬件完善：

设置抑径板；软件完善：

不接收小角度信号③适当延长观测时间,削弱多路径效应中的周期性因素的影响

（4）卫星星历误差因素：

地面跟踪系统的质量（星历推算模型的完善程度以及跟踪站对卫星进行跟踪观测的精度）

措施：

①建立自己的跟踪网提供精密星历②轨道松弛法③利用同步观测值求差分

（5）卫星钟误差因素：

卫星时钟的时间读数与GPS标准时间之间的偏差。

措施：

利用公式进行改正

，其中t0、a0、a1、a2由卫星导航电文提供。

（6）机钟误差因素：

接收机时钟的时间读数与GPS标准时间或GPS时钟时间之间的偏差。

措施：

①将每一观测时刻的接收机时钟误差设为未知数,与测站的位置坐标以一起求解②将接收机时钟误差表示为时间多项式:

，可以大大减少未知数的个数（各系数的意义）。

③利用在卫星间求一次差分的方法来消除接收机时钟误差的影响。

10.在GPS数据处理中为什么要进行求差分处理（一次差分、二次差分、三次差分）？

公式及消除或消弱的方法？

（P59~63）

在两个观测站或多个观测站上对相同的GPS卫星进行同步观测，卫星的轨道误差、卫星时钟误差、接收机时钟误差以及电离层和对流层的折射误差等对观测量的影响具有一定的相关性，利用这些观测量的不同组合（求差）进行相对定位，可以有效地消除或减弱相关误差的影响，从而提高相对定位的精度。

一次差分观测值：

站际星际历元间

站际一次差分观测值

消除了与卫星有关的误差（星钟误差等）影响,削弱了大气传播误差（电离层和对流层折射误差）的影响。

星际一次差分观测值

消除了与接收机有关的误差（机钟误差等）影响，削弱了大气传播误差（电离层和对流层折射误差）的影响。

历元间一次差分观测值

削弱了大部分误差的影响,同时消去了N0（初始整周模糊度）。

二次差分观测值：

站际与星际二次差分观测值：

部分误差的影响得到了消除或削弱。

星际与历元间二次差分观测值：

部分误差的影响得到了消除或削弱。

同时消去了N0（初始整周模糊度）。

站际与历元间二次差分观测值：

同上

三次差分观测值：

在三次差分观测值中已消除或削弱了GPS观测中绝大部分误差的影响,同时消去了N0（初始整周模糊度）。

11.布设GPS网一般都有哪些布网方式？

各有什么特点？

（P130）

1、点连接方式:

同步图形之间仅有一个公共点。

点连接方式特点:

（1）、所构成图形的几何强度较弱,可靠性差。

（2）、所需的观测时段数最少。

2、边连接方式:

同步图形之间有两个公共点。

边连接方式特点:

（1）、所构成图形的几何强度一般,可靠性一般。

（2）、所需的观测时段数居中。

3、网连接方式:

同步图形之间有两个以上公共点。

网连接方式特点:

（1）、所构成图形的几何强度和可靠性都很高。

（2）、所需的观测时段数最多。

4、边、点或网、边混合连接方式：

将边连接方式和点连接方式或将网连接方式和边连接方式恰当地结合起来使用。

特点：

保证网的几何强度、提高网的可靠性，又能减少外业工作量，节省时间、经费，降低成本。

5、星形布网形式：

布网形式和施测方法（由基准站和流动站组成）

星形布网的特点：

（1）、方法简单、灵活，作业速度快。

（2）、发现和检查粗差的能力差。

6、导线连接方式：

将同步观测图形布设成直伸状。

特点：

便于检查和发现粗差，并检核GPS网的可靠性，应用于精度要求较低的GPS网。

7、三角锁连接方式：

三角锁连接方式是典型的点连接和边连接混合形式,其被广泛应用于在狭长地区建立GPS控制网。

例如为建设铁路、公路及各种管线服务的GPS控制网。

12.选择GPS点位时应该遵循哪些原则？

（P135）

①GPS点位应该选在视野开阔（顶空开阔）、地基稳定且易于保存的较高点上②GPS点位周围不应有高度角大于15度（即E≥15°）的成片的障碍物③GPS点位应远离大功率无线电发射源200米以外；远离高压电线50米以外，避免电磁场干扰④GPS点位附近不应有大面积水域,不应有强烈干扰卫星信号接收的建筑物，减少多路径误差影响⑤GPS点位应选择交通便利、有利于其他手段扩展和联测的地方

13.广播星历和精密星历各具有哪些特点？

（P33、35）

广播星历（包括C/A码星历和P码星历）的特点：

（1）广播星历的精度较低。

（2）利用GPS接收机接收GPS卫星信号即可以获得广播星历（接受精密定位服务的用户可以获得P码星历;接受标准定位服务的用户可以获得C/A码星历）。

精密星历的特点：

（1）精度较高,需要提前预订。

（2）只能用于事后进行数据处理。

14.星历误差对单点定位和相对定位影响如何？

（P77、78）

（1）对单点定位的影响

引入静态绝对定位的有关公式:

简化之有：

其中：

由于:

如果（XjYjZj）有误差，必将使ρj0产生误差

，使

也产生误差

;则

必然使

、

、

和

产生误差，并分别设为:

dX，dY，dZ和dt。

即有：

而：

即:

卫星星历误差对测站坐标的影响方式取决于测站与卫星所构成的立体图形。

（2）对相对定位的影响

卫星星历误差对相对定位的影响通常可用下式来进行估算：

或

为星历误差,

为星站距离,

为星历相对误差,

为基线的相对误差

15.GPS网基准设计是什么？

包括哪些内容？

（P127）

进行GPS测量所获得的是GPS相对基线向量，属于WGS-84坐标系统中的三维坐标差成果，而在实际应用中，我们通常需要的是国家坐标系统或某地方或工程独立坐标系统的坐标。

所以，在进行GPS测量设计时，应该明确GPS测量结果所要采用的坐标系统和起算数据，也就是所要采用的基准，通常将这一项工作称之为GPS测量的基准设计。

内容包括：

位置基线设计，方位基线设计，尺度基线设计

16.确定GPS点正高（或正常高）的方法有哪些？

并简述？

（P120~123）

利用GPS测量定位技术获得的各GPS点的大地高数据与高程异常资料或重力测量资料等结合起来，共同确定GPS点的正常高。

1）GPS水准高程：

采用一定的方法拟合推求出其它点的高程异常，从而计算出个点的GPS正常高。

在选择布设GPS网点时，根据地形情况选取一些分布较适宜、并有一定密度的公共点，再根据公共点的大地高和正常高，按

（正常高=大地高-高程异常）求出这些公共点对应的高程异常值，然后利用这些公共点的高程异常值采用一定方法推求出其他GPS点的高程异常值，最后再利用

即可确定所有GPS点的正常值。

绘等值线图法,解析内插法,曲面拟合法,带权平均值法,移动曲面法,地形改正法

2）GPS重力高程：

利用重力资料确定GPS点处的高程异常,再结合GPS测量定位技术获得各GPS点的大地高程数据，利用公式:

确定GPS点的正常高。

精度不如GPS水准高程的。

3）GPS三角高程法：

是在进行GPS测量定位获得GPS点之间精确边长的同时，再加测GPS点之间的高度角（天顶距），然后利用三角工程测量的有关公式计算GPS点之间的高差，从已知正常高的GPS点开始依次确定其他GPS点的正常高。

4）另外还有求转换参数法和整体平差法。

17.GPS单点定位和相对定位原理及其特点？

（P63~68）

单点定位（绝对定位）：

是利用GPS卫星和用户接收机之间的距离测量值直接确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中相对于坐标系原点——地球质心的绝对位置。

又分为静态绝对定位和动态绝对定位。

特点：

精度不高，只能在WGS-84坐标系统中的相对位置。

相对定位：

是在利用两台以上GPS接收机分别安置在不同的GPS点上，并同步观测相同的GPS卫星，将所获得的观测值按一定的方法进行差分处理，消除一定误差对各观测值影响的相关部分，然后再进行解算，以获得GPS点之间的相对位置或基线向量。

特点：

精度高，只能求出点与点之间的相对位置。

18.GPS导航电文内容包括哪些？

各有什么作用？

（P）

导航电文包括:

卫星星历、星钟改正、电离层时延改正、工作状态和Z计数。

卫星星历：

可以算出任意时间卫星的位置和速度。

星中改正：

通常能保证卫星时钟与GPS标准时间的同步误差在20ns以内。

工作状态：

表示卫星注入数据的状态。

Z计数：

提供用户从捕获的C/A码转换到P码的数据。

19.约束平差类型及内容？

（联合平差？

）（P105~108）

约束平差：

三维约束平差：

一般是在国家（或地方）空间直角坐标系或大地坐标系中进行,并且同时进行坐标系统的转换。

约束条件通常有:

（1）地面网点的固定坐标

（2）固定大地方位角（3）固定空间弦长

二维约束平差：

平差时先将GPS基线向量观测值及其方差阵转换到国家坐标系的二维平面上在国家坐标系的三维平面上还进行二维约束平差。

联合平差：

三维联合平差：

可以在国家（或地方）大地坐标系中进行,亦可在国家（或地方）空间直角坐标系中进行。

GPS基线向量观测值的误差方程式和约束条方程式与前面三维约束平差时相同。

二维联合平差：

GPS基线向量观测值的误差方程式和约束条件方程式与前面二维约束平差相同。

20.无约束平差目的及内容？

（P103、102）

目的：

①检查GPS网本身的内部符合精度②检查基线向量之间有无明显的系统误差和粗差③为用GPS网点的大地高与公共点正高或正常高联合确定GPS网点的正高或正常高提供平差处理后的大地高程数据。

内容：

在WGS-84坐标系固定GPS网中一个点的坐标，以GPS网点的坐标，以GPS基线向量为观测值，并以其方差-协方差阵为依据进行定权，在平差计算后可以获得基线向量的平差值和各GPS点在WGS-84坐标系的坐标平差值，并评定精度。

21.无约束平差为何引入位置基准及方法？

（P103）

GPS基线向量提供的尺度基准和定向基准都属于WGS-84坐标系，在进行三维无约束平差时，还应该引入位置基准。

方法：

①如果网中有高级GPS网的点，可将高级GPS点的坐标作为网平差时的位置基准②如果网中没有高级GPS网的点，可取网中任意一点的伪距定位坐标作为网平差时的位置基准③引入合适的近似坐标系统下的亏秩自由网基准

22.坐标系统转换的数学模型？

如何使用？

应该注意哪些？

（P110）

数学模型（七参数模型:

）

其中:

ΔX、ΔY、ΔZ:

平移三参数；

为旋转三参数；k:

尺度比参数。

注意：

①若转换的是坐标差（ΔXΔYΔZ）,则没有三个平移参数,此时仅有旋转三参数和尺度参数②若由（XYZ）D—>（XYZ）G则可仍然利用此模型,但必须将七个转换参数反号。

③所求得的七个转换参数应该一起（整套）使用④对于同一GPS网,如果重合点数目不同或重合点在GPS网中的位置不同,则所求出的七个转换参数的数值将是不一样⑤对于一个GPS网所求出的七个转换参数,其具有时间性和区域性⑥所求出七个转换参数的精度取决于重合点所具有的双重坐标的精度和重合点在GPS网中的分布情况⑦坐标系统的转换也可在GPS网进行约束平差时或联合平差时一起进行,平差计算的同时也实现了坐标系统的转换。

23.GPS地面监控系统的组成及其作用？

（P9、10）

监控站：

对GPS卫星进行跟踪监测同时采集有关气象数据，并将收集到的有关信息传送给主控站。

主控站：

收集处理本站和监测站收到的全部资料，编制成导航电文送到注入站，并诊断状态，必要时调度卫星，让备用卫星取代失效的工作卫星。

注入站：

将导航电文和主控站发布的命令发送给GPS卫星。

24.修复整周跳变的方法有哪些？

（P56~58）

整周跳变的修复是指利用一定的方法探测出何时产生了整周跳变，采取相应的模型确定丢失的整周数，将其恢复为正确的计数，这一过程称为整周跳变的修复。

①屏幕扫描法（即Int（φ）的变化率应该呈现连续性）②用高次差或多项式拟合法③卫星间求差法④利用双频观测值修复周跳（电离层残差法）当两个观测值都有周跳时，不能使用该法⑤根据平差后的残差发现和修复周跳

25.如何确定初始整周未知数No？

（P54、55）

①伪距法:

②将N0设为未知数法③多普勒法（三差法）④快速确定整周未知数法（以数理统计理论中参数估计和假设检验为基础）

26.如何进行外业观测成果的检核?

（公式）（P94）

①每个时段同步边观测数据检核：

每个时段同步边观测数据的剔除率应在5%~10%，当采用单基线处理模式时，对于采用同一数学模型的基线解，其同步时段中任一三边同步环的坐标分量相对闭合差和全长闭合差应满足规范要求。

②重复观测边检核：

对于同一条基线边，如果观测了多个时段，则可以获得该基线边的多个观测结果，这种具有多个独立观测结果的边即为重复观测边。

对于该重复观测边的任意两个时段的观测成果的互差，应该小于相应等级规定精度的

倍，即

其中

为测量规范中相应等级规定的精度。

如果一条边有三个以上时段的观测结果时，则任意两个时段的结果之差应小于上面的限差。

③同步观测环的检核

则有各分量闭合差为:

《规范》规定:

而:

n为同步观测环的边数

④异步环的检核

四条边组成的闭合环各基线向量为：

则各分量闭合差为:

《规范》规定:

而：

27.GPS水准高程精度与哪些因素有关？

（P122）

1）GPS网中水准点的个数。

2）这些水准点在GPS网中分布情况（是否均匀）。

3）这些水准点正常高的精度。

4）GPS网所在的自然地理情况（平原、丘陵、山区）。

5）高程的拟合方法（数学模型的完善程度）。

28.何为双差实数解、整数解、三差解？

（P101）

双差实数解（双差浮动解）：

从理论上讲，整周未知数应该是一个整数，但是由于各种误差的影响，数据平差处理得的整周未知数N往往不是一个整数，而是一个实数，称为双差实数解。

整数解（双差固定解）：

如果不存在周跳问题，则可以建立整周未知数N的整数区间，利用假设检验的方法对其整数解进行优化搜索，将该实数确定为整数，再将其作为已知量回代重新进行平差计算，这样获得的结果称为整数解。

三差解：

三次差分观测值求解基线向量的解。

（利用站际、星际、历元间求三差的方法求解坐标未知数，从而得到整周未知数。

）

29.伪距定位的数学模型及原理？

（P50、51）

数学模型：

因为

其中

为卫星j的已知坐标,j=1、2…n,

为所要求的测站坐标

若将

亦视为未知数，则伪距定位观测方程：

原理：

在某一点上利用GPS接收机同时测得接收机天线到至少四颗GPS卫星的伪距，然后利用已知的卫星位置坐标和所测得的伪距观测值采用距离交会的方法求出该点的三维坐标和接收机时间改正数。

特点：

①精度不高②定位速度快③无多值解④可获得WGS84坐标系统的绝对坐标

30.电离层双频改正模型推导？

（P82）

令:

则有：

式中：

S为星站的理论距离,而

为对两个载波上的测距码信号进行测量分别获得的伪距观测值。

将二式相减有:

，将上面二式整理后即有：

因有

并代入上式，则有:

即有:

可将

的数值代入上式即求得

的值（只有电离层对两观测值的影响是不同的）,然后即可对

两观测值进行改正:

31.接收机位置误差如何消除或消弱？

（P88）

①精确整平对中（技术水平、工作态度）②建立观测墩，进行强制对中（在变形监测中经常使用）

32.在GPS测量定位中一般消除或消弱误差影响的方法和措施？

（P76）

①建立误差改正模型对观测值进行改正：

理论模型（电离层双频改正）；经验模型（GPS中一般不用）；综合模型（对流层改正模型②同步观测求差分法（站际差分、星际差分和历元间差分）；③选择较好的硬件和较好的观测条件（如避免多路径误差）④引入相应的参数，在数据处理中与其他未知参数一同进行求解（将系统性偏差设为未知数,进行估算）

33.学过的精度因子包括哪些？

并列出表达式。

（P66、67）

1、平面位置精度因子HDOP（BL）→（xy）。

相应的平面精度：

2、高程精度因子VDOP，相应的三维空间位置精度：

3、空间位置精度因子PDOP，相应的三维空间位置精度：

4、几何精度因子GDOP，是用来描述空间位置精度和时间精度综合影像的精度因子，相应的中误差：

5、接收机时钟精度因子TDOP，相应的接收机时钟精度为：

注：

1）.DOP值∝1/V,V为星站六面体的体积。

2）.亦要考虑大气层对GPS卫星信号传播的影响因素（σ0的大小）。

34、差分GPS测量定位包括哪些形式？

各有什么特点？

（P68~74）

1）单站GPS差分特点：

①计算简单，适用于各种GPS接收机②基准站用户必须观测同一组卫星，而且基准站和用户站之间距离应小于100km③基准站提供所有卫星的伪距改正数及其变化率，用户站可任意四颗卫星进行测量④差分精度随距离的增加而降低

2）局部区域GPS差分系统：

用户站将各基准站的改正信息采用加权平均值法或最小方差法求得自己的改正数进行改正（坐标改正数或距离改正数）。

※基准站和用户站的距离在500Km以内可以获得较好的效果。

3）广域差分系统特点：

①定位精度对空间距离的敏感程度较低，距离在2000km范围内时定位精度不会明显下降②在大区域内建立WADGPS网比建立局域区域差分系统网所需要的监测站的数目要少的多③在WADGPS网的覆盖区域内定位精度均匀，而且其定位精度比LADGPS要高④WADGPS网的覆盖区域内可以扩展到不易作用的区域如沙漠，森林海洋等⑤WADGPS所使用的硬件设备和通讯设备工具价格昂贵，软件技术复杂，运行和维