《GPS测量原理与应用》AB卷及答案教程文件.docx
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《GPS测量原理与应用》AB卷及答案教程文件
GPS测量原理与应用试卷A卷
考试方式：
闭卷 考试时间：
120分钟 卷面总分：
100分
题号
一
二
三
四
五
总成绩
合分人
得分
得 分
评阅人
一、填空（每空0.5分，共10分）
1、GPS系统包括三大部分：
空间部分——；地面控制部分——；用户部分——。
2、GPS系统的空间部分由颗工作卫星及颗备用卫星组成，它们均匀分布在个近似圆形轨道上。
3、GPS工作卫星的地面监控系统包括一个、三个和五个。
4、GPS卫星位置采用大地坐标系。
5、GPS系统中卫星钟和接收机钟均采用稳定而连续的时间系统。
6、GPS卫星星历分为和。
7、GPS接收机依据其用途可分为：
接收机、接收机和接收机。
8、在GPS定位工作中，由于某种原因，如卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象称为。
10、根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有：
点连式、、
和四种基本方式。
选择什么样的组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。
得 分
评阅人
二、名词解释（每题3分，共18分）
1、伪距
2、GPS相对定位
3、观测时段
4、同步观测环
5、后处理星历
6、静态定位
得 分
评阅人
三、简答（每题6分，共36分）
1、简述GPS系统的特点
2、简述接收机的主要任务。
3、简述无摄运动中开普勒轨道参数。
4、简述伪距定位观测方程中划横线参数的含义。
5、减弱电离层影响的措施。
6、简述快速静态定位的作业方式。
得 分
评阅人
四、论述（共23分）
1、什么是伪距单点定位？
说明用户在使用GPS接收机进行伪距单点定位时，为何需要同时观测至少4颗GPS卫星？
（13分）
2、什么是多路径误差?
试述消弱多路径误差的方法。
（10分）
得 分
评阅人
五、综合分析（共13分）
根据下列控制网的图形，用三台天宝4800双频接收机作业，相邻点的距离约1km，仪器迁移时间约20-30分钟，已知接收机的使用序号和机号如下表，要求最少有三个同步观测环，同步观测时间为1小时。
序号
机号
1
2919
2
2930
3
5306
（1）编写定位的先后次序（6分）。
第5页 共6页第6页 共6页
（2）写出三个同步观测环和一个独立环。
（4分）
（3）根据下图PDOP值选择每一个同步观测环最佳的观测时段。
（3分）
GPS测量原理与应用试卷A卷答案
一、填空（每空0.5分，共10分）
1.GPS卫星星座；地面监控系统；GPS接收机
2.21；3；6
3.主控站；注入站；监测站
4.WGS-84
5.GPS
6.预报星历（广播星历）；后处理星历（精密星历）
7.导航型；测地（量）型；授时型
8.整周跳变（周跳）
9.边连式；网连式；边点混合连接
二、名词解释（每题3分，共18分）
1.伪距：
就是由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量侧距离。
由于卫星钟、接收机钟的误差以及信号经过电离层和对流层的延迟，量侧距离的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此，称量侧距离的伪距。
2.GPS相对定位：
是至少用两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。
3.观测时段：
测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段称为观测时段，简称时段。
4.同步观测环：
三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。
5.后处理星历：
一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪占所获得的对GPS卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似的方法而计算的卫星星历。
由于这种星历是在事后向用户提供的在其观测时间内的精密轨道信息，因此称为后处理星历。
6.静态定位：
如果在定位时，接收机的天线在跟踪GPS卫星过程中，位置处于固定不动的静止状态，这种定位方式称为静态定位。
三、简答（每题6分，共36）
1.简述GPS系统的特点
1）定位精度高（1分）
2）观测时间短（1分）
3）测站间无需通视（1分）
4）可提供三维坐标（1分）
5）操作简便（0.5分）
6）全天候作业（1分）
7）功能多，应用广（0.5分）
8）回答：
全能性、全球性、连续性和实时性的也各1分。
2.简述接收机的主要任务。
当GPS卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行（2分）；对所接收到的GPS信号，具有变换、放大和处理的功能（2分）；测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间（2分）。
3．简述无摄运动中开普勒轨道参数。
轨道椭圆的长半径；（1分）
轨道椭圆偏心率（或轨道椭圆的短半径）；（1分）
卫星的真近点角；（1分）
升交点赤经；（1分）
轨道面倾角；（1分）
近地点角距。
（1分）
4.简述伪距定位观测方程中划横线参数的含义。
5.减弱电离层影响的措施。
利用双频观测;（2分）
利用电离层改正模型加以改正;（2分）
利用同步观测值求差。
（2分）
6.简述快速静态定位的作业方式。
在测区中部选择一个基准站，并安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星（3分）；另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测数分钟（3分）。
四、论述（共23分）
1.什么是伪距单点定位？
说明用户在使用GPS接收机进行伪距单点定位时，为何需要同时观测至少4颗GPS卫星？
（13分）
根据GPS卫星星历和一台GPS接收机的伪距测量观测值来直接独立确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中的绝对坐标的方法叫单点定位，也叫绝对定位。
（5分）
由于进行伪距单点定位时，每颗卫星的伪距测量观测值中都包含有接收机钟差这一误差，造成距离测量观测值很不准确。
（4分）需要将接收机钟差作为一个未知数加入到伪距单点定位的计算中，再加上坐标三个未知数，所以至少需要4个伪距观测值，即需要同时观测至少4颗GPS卫星。
（4分）
2、什么是多路径误差?
试述消弱多路径误差的方法。
（10分）
在GPS测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线，这就和直接来自卫星的信号产生干涉，从而使观测值偏离真值，产生多路径误差。
（5分）
消多路径误差的方法:
（1）选择合适的站址
a、测站应远离大面积平静地水面; （1分）
b、测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中;（1分）
c、测站应离开高层建筑物.（1分）
（2）对接收机天线的要求
a、在天线中设置抑径板（1分）
b、接收天线对于极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用。
（1分）
五、综合分析（共13分）
仅为参考答案。
（1）编写定位的先后次序。
（6分）
观测时段1：
A点（接收机1）、B点（接收机2）、D点（接收机3）（2分）
观测时段2：
A点（接收机1）、B点（接收机2）、C点（接收机3）（2分）
观测时段3：
B点（接收机2）、C点（接收机3）、D点（接收机1）（2分）
（2）写出三个同步观测环和一个独立环。
（4分）
同步观测环：
观测时段1的AB、BD、AD三边所组成的闭合环；（1分）
观测时段2的AB、BC、AC三边所组成的闭合环；（1分）
观测时段3的BC、CD、BD三边所组成的闭合环；（1分）
独立环：
观测时段1的独立边AB、AD和观测时段3的独立边BD三边所组成的闭合环；（1分）；（没有明确写明是独立边的酌情处理）
（3）根据下图PDOP值选择每一个同步观测环最佳的观测时段。
（3分）
在这三个时间段内选择较好：
观测时段1：
5：
00-6：
00（1分）
观测时段2：
13：
30：
-14：
30（1分）
观测时段3：
18：
00-19：
00（1分）
（其他答案酌情处理）
GPS测量原理与应用试卷B卷
考试方式：
闭卷 考试时间：
120分钟 卷面总分：
100分
题号
一
二
三
四
五
总成绩
合分人
得分
得 分
评阅人
一、填空（每空0.5分，共10分）
1、卫星定位中常采用空间直角坐标系及其相应的大地坐标系，一般取
为坐标系原点。
2、我国目前常采用的两个国家坐标系是和。
3、GPS接收机的天线类型主要有：
、、
和锥形天线。
4、GPS接收机主要由、和三部分组成。
5、单站差分按基准站发送信息的方式来分，可分为、
和载波相位差分。
6、与信号传播有关的误差有电离层折射误差、及。
7、GPS的数据处理基本流程包括数据采集、、数据预处理、、GPS网平差。
8、GPS卫星的地面监控系统包括一个、三个和五个。
第1页 共6页第2页 共6页
9、对于N台GPS接收机构成的同步观测环，有J条同步观测基线，其中独立基线数为。
10、双频接收机可以同时接收L1和L2信号，利用双频技术可以消除或减弱对观测量的影响，所以定位精度较高，基线长度不受限制，所以作业效率较高。
得 分
评阅人
二、名词解释（每题3分，共18分）
1、WGS-84大地坐标系
2、GPS绝对定位
3、广域差分
4、同步观测
5、异步观测环
6、整周跳变
得 分
评阅人
三、简答（每题6分，共36分）
1、简述美国GPS卫星的主要参数。
2、简述卫星的受摄运动及其主要摄动力。
3、简述动态定位的作业方法。
4、如何减弱GPS接收机钟差。
第3页 共6页第4页 共6页
5、试说明载波相位观测值的组成部分。
6、简述GPS卫星的主要作用。
得 分
评阅人
四、论述（每题10分，共20分）
1、如何重建载波？
其方法和作用如何？
（10分）
2、GPS网的布网原则。
（10分）
得 分
评阅人
五、综合分析（共16分）
根据下列控制网的图形，用三台天宝4800双频GPS接收机作业，相临点之间的距离约1km，仪器迁移时间约20~30分钟，同步观测时间为1小时，已知接收机的使用序号和天线编号如下表，试编写GPS作业调度表。
序号
机号
1
2
2919
2
2930
3
1
3
5306
6
①根据右图编写定位的先后次序。
4
②根据下图PDOP值选择最佳的观测
时段，填入GPS作业调度表中。
十字绣□编制类□银饰制品类□串珠首饰类□5
③根据控制网的图形的观测顺序和观测时间
填写GPS作业调度表。
据上述部分的分析可见，我校学生就达4000多人。
附近还有两所学校，和一些居民楼。
随着生活水平的逐渐提高，家长给孩子的零用钱也越来越多，人们对美的要求也越来越高，特别是大学生。
他们总希望自己的无论是衣服还是首饰都希望与众不同，能穿出自己的个性。
但在我们美丽的校园里缺少自己的个性和琳琅满目的饰品，所以我们的小饰品店存在的竞争力主要是南桥或是市区的。
这给我们小组的创业项目提供了一个很好的市场机会。
“碧芝”最吸引人的是那些小巧的珠子、亮片等，都是平日里不常见的。
店长梁小姐介绍，店内的饰珠有威尼斯印第安的玻璃珠、秘鲁的陶珠、奥利的施华洛世奇水晶、法国的仿金片、日本的梦幻珠等，五彩缤纷，流光异彩。
按照饰珠的质地可分为玻璃、骨质、角质、陶制、水晶、仿金、木制等种类，其造型更是千姿百态：
珠型、圆柱型、动物造型、多边形、图腾形象等，美不胜收。
全部都是进口的，从几毛钱一个到几十元一个的珠子，做一个成品饰物大约需要几十元，当然，还要决定于你的心意。
“碧芝”提倡自己制作：
端个特制的盘子到柜台前，按自己的构思选取喜爱的饰珠和配件，再把它们串成成品。
这里的饰珠和配件的价格随质地而各有同，所用的线绳价格从几元到一二十元不等，如果让店员帮忙串制，还要收取１０％～２０％的手工费。
成功秘诀：
好市口＋个性经营
我们大学生没有固定的经济来源，但我们也不乏缺少潮流时尚的理念，没有哪个女生是不喜欢琳琅满目的小饰品，珠光宝气、穿金戴银便是时尚的时代早已被推出轨道，简洁、个性化的饰品成为现代时尚女性的钟爱。
因此饰品这一行总是吸引很多投资者的目光。
然而我们女生更注重的是感性消费，我们的消费欲望往往建立在潮流、时尚和产品的新颖性上，所以要想在饰品行业有立足之地，又尚未具备雄厚的资金条件的话，就有必要与传统首饰区别开来，自制饰品就是近一两年来沿海城市最新流行的一种。
（四）DIY手工艺品的“个性化”GPS作业调度表
（一）DIY手工艺品的“多样化”
木质、石质、骨质、琉璃、藏银……一颗颗、一粒粒、一片片，都浓缩了自然之美，展现着千种风情、万种诱惑，与中国结艺的朴实形成了鲜明的对比，代表着欧洲贵族风格的饰品成了他们最大的主题。
时段
虽然调查显示我们的创意计划有很大的发展空间，但是各种如“漂亮女生”和“碧芝”等连锁饰品店在不久的将来将对我们的创意小屋会产生很大的威胁。
编号
观测时间
调研结论：
综上分析，我们认为在学院内开发“DIY手工艺品”商店这一创业项目是完全可行的。
测站号/名
测站号/名
测站号/名
机号
机号
机号
0
1
2
3
GPS测量原理与应用试卷B卷答案
一、填空（每空0.5分，共10分）
10.地球质心
11.1954年北京坐标系；1980年国家大地坐标系
12.单板天线；四螺旋形天线；微带天线
13.GPS接收机天线单元；GPS接收机主机单元；电源
14.位置差分；伪距差分
15.对流层折射误差；多路径效应误差
16.数据传输；基线结算
17.主控站；注入站；监测站
18.N-1
19.对流层折射
二、名词解释（每题3分，共18分）
1.WGS-84大地坐标系：
原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0定义的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z、X轴构成右手坐标系。
2.GPS绝对定位:
也叫单点定位，即利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中相对坐标系原点的决对位置.
3.广域差分:
基本思想是对GPS观测量的误差源加以区分，并单独对每一种误差源分别加以“模型化”，然后将计算的每一种误差源的数值，通过数据链传输给用户，以对用户GPS定位误差加以改正，达到削弱这些误差源，改善用户GPS定位精度的目的。
4.同步观测:
同步观测是指两台或两台以上接收机同时对一组卫星进行的观测.
5.异步观测环:
在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该改多边形环路叫异步观测环。
6.整周跳变：
在定位过程中，卫星信号可能被暂时阻挡，或受外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累计计数，出现信号失锁，使其后的相位观测值均含有同样的整周误差，这种现象叫整周跳变，简称周跳。
三、简答（每题6分，共36）
1、简述美国GPS卫星的主要参数。
GPS系统的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成（2分），它们均匀分布在6相对与赤道的倾角为55°的近似圆形轨道上，它们距地面的平均高度为20200Km，运行周期为11小时58分（2分）。
载波频率为1575.42MHz和1227.60MHz（2分）。
2、简述卫星的受摄运动及其主要摄动力。
考虑了摄动力作用的卫星运动称为卫星的受摄运动（2分）。
主要的摄动力有：
日月引力（1分）；地球潮汐作用力（1分）；太阳辐射压力（1分）；大气阻力（1分）。
3、简述动态定位的作业方法
建立一个基准站安置接收机连续跟踪所有可见卫星（2分）；流动站接收机先在出发点上静态观测数分钟，然后流动站接收机从出发点开始连续运动（2分）；按指定的时间和间隔自动测定运动载体的实体位置（2分）。
4、如何减弱GPS接收机钟差。
把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数，在数据处理中与观测站的位置参数一并求解。
（2分）
认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的，像卫星钟那样，将接收机钟差表示为时间多项式，并在观测量的平差计算中求解多项式的系数。
此法可大大减少未知数，其成功与否关键在与钟误差模型的有效程度。
（2分）
通过在卫星间求一次差来消除接收机的钟差。
（2分）
5、试说明载波相位观测值的组成部分。
完整的载波相位观测值是由三部分组成的：
即载波相位在起始时刻沿传播路径延迟的整周数
（2分），和从某一起始时刻至观测时刻之间载波相位变化的整周数
（2分），以及接收机所能测定的载波相位差非整周的小数部分
（2分）。
6、简述GPS卫星的主要作用。
接收地面注入站发送的导航电文和其它信号；（2分）
接收地面主控站的命令，修正其在轨运行偏差及启用备件等；（2分）
连续地向广大用户发送GPS导航定位信号，并用电文的形式提供卫星自身的现势位置与其它在轨卫星的概略位置，以便用户接收使用。
（2分）
四、论述（每题10分，共20分）
1、如何重建载波？
其方法和作用如何？
答：
在GPS信号中由于已用相位调整的方法在载波上调制了测距码和导航电文，因而接收到的载波的相位已不在连续，所以在进行载波相位测量之前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取载波（3分）。
重建载波一般可采用两种方法：
一是码相关法，另一种是平方法（3分）。
采用前者，用户可同时提取测距信号和卫星电文，但用户必须知道测距码的结构；采用后者，用户无须掌握测距码的结构，但只能获得载波信号而无法获得测距码和卫星电文（4分）。
2、简述GPS网的布网原则。
答：
为了用户的利益，GPS网图形设计时应遵循以下原则：
（1）GPS网的布设应视其目的，作业时卫星状况，预期达到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照优化设计原则进行。
（2分）
（2）GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如一个或若干个独立观测环，或者附合路线形式，以增加检核条件，提高网的可靠性。
（2分）
（3）GPS网内点与点之间虽不要求通视，但应有利于按常规测量方法进行加密控制时应用。
（2分）
（4）可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。
（2分）
（5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程。
（2分）
五、综合分析（共16分）
仅为参考答案
（1）根据右图编写定位的先后次序。
（4分）
0时段，接收机分别架设在1、2、6点；（1分）
1时段，将1点处的接收机迁至3点，其余两台接收机继续观测；（1分）
2时段，将2点处的接收机迁至4点，其余两台接收机继续观测；（1分）
3时段，将3点处的接收机迁至5点，其余两台接收机继续观测。
（1分）
（2）根据下图PDOP值选择最佳的观测时段，填入GPS作业调度表中.
每个正确观测时段1分,共4分。
（3）根据控制网的图形的观测顺序和观测时间填写GPS作业调度表。
每个正确观测时段2分，共8分。
GPS作业调度表
时段
编号
观测时间
测站号/名
测站号/名
测站号/名
机号
机号
机号
1
5：
00～6：
00
1
2
6
29191671
29301671
53061671
2
6：
30～6：
30
3
2
6
29191672
29301672
53061672
3
13：
30～14：
30
3
4
6
29191673
29301673
53061673
4
18：
00～19：
00
5
4
6
29191674
29301674
53061674
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