gps测量原理及应用复习.docx
《gps测量原理及应用复习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《gps测量原理及应用复习.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
gps测量原理及应用复习
1.在GPS测量定位中，多路径误差是怎样产生的？
如何消弱多路径误差对GPS测量所带来的影响？
答：
经测站附近的反射物反射后的卫星信号若进入GPS接收机，就将与直接进入接收机的信号产生干涉，从而使观测值产生偏差，这就是所谓的多路径误差。
解决方法有①选择合适的站址，远离信号反射物
②选择合适的接收机（装抑径板、抑径圈，抑制反射信号等）③适当延长观测时间；
2.简述GPS网的布网原则。
答：
①GPS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。
②GPS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。
③GPS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。
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。
⑤GPS网点，应利用已有水准点联测高程。
3.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。
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。
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。
4.什么是伪距单点定位？
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？
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。
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。
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。
5、GPS信号的基准频率是多少？
GPS信号由哪些部分组成？
各有什么作用？
基本频率f0=10.23MHz
GPS信号包含三种成分：
数据码（D码）、测距码（C/A码
和P码）、载波信号（L1和L2）
载波作用；运载其它调制信号（测距码、导航电文）、测距、测定多普勒频移
测距码作用；测距
数据码作用；卫星广播星历、卫星钟改正参数、电离层时延改正、卫星工作状态、C/A码捕获P码的信息等
6、试述GPS测量定位中误差的来源，并说明各自的定义。
（以及应对方法）
①与卫星有关的误差
卫星星历误差：
星历给出的卫星位置与实际位置之差。
卫星钟差：
卫星钟的钟面时与准确时之差。
（高精度原子钟+卫星钟改正）
相对论效应：
卫星钟和接收机钟的运动速度不同、所处位置的地球重力位不同，导致卫星钟和接收机的频率产生变化。
②与信号传播有关的误差
电离层折射：
电磁波通过电离层时由于传播速度的变化以及传播路线弯曲所产生的折射误差（双频观测;/模型改正,适用于单频GPS接收机，精度较低/求差法:
适用于测站距离较近，精度较低的观测）
对流层折射：
电磁波在对流层大气中传播
时，由于不同区段的传播速度不同,引起电
磁波传播方向改变,并出现电磁波传播路径
弯曲的现象。
（模型改正,求差法,参数法）
多路径误差：
由发射器到接收仪，经由不同长度两路径的无线电波间互相干扰形成定位误差。
（选择合适的站址;/采用抗多路径的天线;/适当延长观测时间;/数据处理）
③与接收机有关的误差
接收机钟误差：
gps接收机天线采用高精度的石英钟。
（作为未知数处理;卫星间求一次差法）
接收机的位置误差：
接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差。
（正确的对中整平;采用强制对中装置（变形监测时）
天线相位中心位置的偏差：
观测时相位中心的瞬时位置与理论上的相位中心位置的差别（使用相同类型的天线并进行天线定向（限于相对定位）/模型改正）
④偶然误差
7、GPS系统由哪几部分组成，并说明其作用？
GPS系统由三个部分组成：
空间部分（GPS卫星）、地面监控部分和用户部分。
各部分作用如下：
（1）GPS卫星可连续向用户播发用于进行导航定位的测距信号和导航电文，并接收来自地面监控系统的各种信息和命令以维持正常运转。
（2）地面监控系统的主要功能是：
跟踪GPS卫星，确定卫星的运行轨道及卫星钟改正数，进行预报后再按规定格式编制成导航电文，并通过注入站送往卫星。
地面监控系统还能通过注入站向卫星发布各种指令，调整卫星的轨道及时钟读数，修复故障或启用备用件等。
（3）用户则用GPS接收机来测定从接收机至GPS卫星的距离，并根据卫星星历所给出的观测瞬间卫星在空间的位置等信息求出自己的三维位置、三维运动速度和钟差等参数。
1.组合观测值的优缺点（即特点）。
①组合观测值的优点:
单差、双差、三差均可以计算出待定点的坐标;单差→双差→三差的未知参数越来越少
②组合观测值的缺点:
数据利用率低,只有同步观测数据才能进行组合,未知参数少了，可用的观测量也少了;引入基线向量替代了绝对位置;组合观测值间具有了相关性，使处理问题复杂化,双差、三差的观测值是相关的，限制了精度的改善,差分观测值误差也在增大;某些信息在差分观测值中被消除
2.位置差分优缺点
①优点:
结构、计算简单②缺点:
基准站与流动站必须进行同步观测，差分范围小（100km以内）;差分精度随基准站到流动站的距离增加而降低;可靠性差
3.伪距差分优缺点
①优点:
基准站提供所有卫星的改正数②缺点:
差分精度随基准站到流动站的距离增加而降低，差分范围小;可靠性差
4.载波相位差分优缺点
①优点:
精度高;基准站坐标可不知道②缺点:
差分精度随基准站到流动站的距离增加而降低、差分范围小;整周模糊度、周跳;可靠性差
5.静态相对定位优缺点
①优点：
定位精度高②缺点：
多台接收机共同作业，作业复杂;数据处理复杂;不能直接获取绝对坐标
6.静态绝对定位优缺点:
①优点：
一台接收机单独定位，观测简单，可瞬时定位②缺点：
精度主要受系统误差的影响，定位精度低
7.局部区域差分优缺点
①优点：
差分精度高，差分范围增大，可靠性高
②缺点：
差分范围仍然有限，模型不完善
8.广域差分优缺点
①优点：
差分精度高，差分范围大②缺点：
系统结构复杂，建设费用高
9、GPS接收机是如何分类的？
按用途：
导航型、测地型、授时型
按载波频率:
单频（L1）、双频（L1+L2）
按通道数:
多通道、序贯通道、多路多用通道
按工作原理:
码相关型、平方型、混合型、干涉型
10、简述GPS接收机的组成和各部分的作用。
组成:
天线单元、主机单元、电源
天线单元作用:
接收、放大信号
主机单元作用；一个通道在一个时刻只能跟踪一颗卫星某一频率的信号
11.测距方法比较
伪距测量:
优点：
无模糊度问题;缺点：
精度低
载波相位测量:
优点：
测距精度高，可达2mm量级;缺点：
整周未知数、整周跳变
12、同类型同频率观测值的线性组合有哪些？
分别消除、削弱哪些误差？
①一次差：
接收机间，卫星间，相邻历元间（消除与卫星有关的载波相位及其钟差项）
二次差：
接收机卫星间，接收机历元间，卫星历元间（消除与接收机有关的载波及其钟差项）
三次差:
接收机卫星历元间（消除与卫星和接收机有关的初始整周模糊项）
13.GPS测量定位方法分类:
定位模式:
绝对定位（单点定位）,相对定位,差分定位
接收机天线的运动状态:
静态定位,动态定位
获得定位结果的时效:
事后定位,实时定位
观测值类型:
伪距,载波相位
14、什么叫SA和AS，对GPS测量有何影响？
SA技术是选择可用性（SelectiveAvailability）的简称，它是由两种技术使用户的定位精度降低，即δ（dither）技术和ε（epsilon）技术。
δ技术是人为地施加周期为几分钟的呈随机特征的高频抖动信号，使GPS卫星频率10.23MHz加以改变，最后导致定位产生干扰误差，ε技术是降低卫星星历精度，呈无规则的随机变化，使得卫星的真实位置增加了人为的误差。
AS技术（Anti-Spoofing）叫反电子欺骗技术，其目的是为了在和平时期保护其P码，不让非授权用户使用；战时防止敌方对精密导航定位作用的P码进行电子干扰。
AS技术使得用C/A码工作的用户无法再和P码相位测量联合解算进行双频电离层精密测距修正，实际降低了用户定位精度。
对GPS测量的影响①降低单点定位的精度②降低长距离相对定位的精度③AS技术会对高精度相对定位数据处理，整周未知数的确定带来不便。
15、GPS卫星星历分几种？
它们有何区别？
预报星历（广播星历）、后处理星历（精密星历）
星历类型
获取方法
精度
时间间隔
卫星位置计算方法
坐标系统
预报星历
由导航电文实时得到
低
2h
用轨道参数来计算
WGS-84
后处理星历
事后由第三方提供
高
15min
插值
ITRS
15.北斗卫星导航系统与GPS比较：
覆盖范围：
北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。
覆盖范围东经约70-140°，北纬5-55°。
GPS是覆盖全球的全天候导航系统。
能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星（实际上最多能观测到11颗）。
定位原理：
北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。
地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。
GPS是被动式伪码单向测距三维导航。
由用户设备独立解算。
与GPS系统不同，所有用户终端位置的计算都是在地面控制中心站完成。
因此，控制中心可以保留全部北斗终端用户机的位置及时间信息。
同时，地面控制中心站还负责整个系统的监控管理。
与GPS、GLONASS、GALILEO等国外的卫星导航系统相比，BD–1有自己的优点。
如投资少，组建快；具有通信功能；捕获信号快等。
但也存在着明显的不足和差距，如用户隐蔽性差；无测高功能；用户数量受限制。
8、GPS定位的几何原理，并画图表示。
将无线电信号发射台从地面点搬到卫星上，组成一颗卫星导航定位系统，应用无线电测距交会的原理，便可由三个以上地面已知点（控制点）交会出卫星的位置，反之利用三颗以上卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点（用户接收机）的位置，这便是GPS定位的原理。
9、画图表示卫星的轨道参数，指出各个参数的意义，说明各个参数的作用。
参数a、e和V，唯一地确定了卫星轨道的形状、大小以及卫星在轨道上的瞬时位置。
Ω——升交点的赤径，即在地球赤道平面上，升交点N与春分点γ之间的地心夹角。
升交点N即当卫星由南向北运动时，其轨道与地球赤道的一个交点。
i——轨道面的倾角，即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。
Ω、i两个参数，唯一的确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。
ω——近地点角距，即在轨道平面上近地点A与升交点N之间的地心角距。
这一参数表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。
10、载波相位的实际观测量是什么？
并画图表示。
解释整周模糊度的概念。
实际观测量是
整周模糊度:
Nij（t0）一般是未知的，通常称为整周未知数（整周待定值或整周模糊度）。
11、什么是RTK？
RTK的关键技术是什么？
简述RTK系统的组成和数据流程。
RTK：
实时动态差分法
RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术
RTK系统的组成；基准站（多个）、流动站、电台、用户
数据流程：
12.Gps系统的特点以及应用
GPS系统的特点：
定位精度高，观测时间短，测站间无需通视，提供三维坐标，操作简便，全天候作业，功能多、应用广
①GPS在测量中的应用：
建立和维持全球性的参考框架，建立各级国家、地区平面控制网，布设工程测量控制网，进行各种工程测量，GIS数据采集，施工放样，在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的应用，海底地形测量
②GPS在地球科学中的应用：
全球重力场模型，地球形状，板块运动和监测，中国地壳观测网络。
③GPS在军事中的应用：
精确打击阿武器
④GPS在交通运输业中的应用：
航运、航空搜索，陆路交通（车辆导航、监控、调度），船舶远洋导航和进港引水
⑤GPS在其他领域中的应用：
资源勘探，个人旅游及野外探险，智能交通，气象，运动员训练，电力、广播、电视、通讯等网络的时间同步、时间传递，地震，精细农业、林业
13、电离层误差、对流层误差是怎样产生的，请问怎么削除或消弱它们？
为什么用双频接收机可以消除电离层的影响？
当gps信号通过电离层时，如同其他电磁波一样，信号的路径会发生弯曲，传播速度也会发生变化。
所以用信号的传播时间乘以真空中光速而得到的距离就不会等于卫星至接收机时间的几何距离，这种偏差叫电离层折射误差。
减弱电离层影响措施：
①利用双频观测②利用电离层改正模型加以修正③利用同步观测值求差
对流层是高度为40km以下的大气底层，其大气密度比电离层更大，大气状态也更复杂。
对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的上升而降低，gps信号通过对流层时，也使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差，这种现象叫做对流层折射。
减弱对流层影响措施：
①采用模型进行削弱②引入描述对流层影响的附加待估参数，在数据处理中一并求得。
③利用同步观测量求差
4利用水汽辐射计直接测定信号传播的影响。
原因：
由d=-c40.28/f²∫s’Neds式可知，电磁波通过电离层所产生的折射改正数与电磁波频率f的平方成反比。
如果分别用两个频率f1和f2来发射卫星信号，这两个不同频率的信号就将沿着同一路径到达接收机。
积分∫s’Neds的值虽然无法准确知道，但对这两个不同频率来讲都是相同的。
14、为什么要将GPS大地高转换成正常高？
详述多项式曲面拟合法。
提高GPS水准精度的措施。
通过GPS网平差可以得到高精度的大地高，但在实际应用中，地面点的高程采用正常高系统，地面点的正常高是地面点沿铅垂线至似大地水准面的距离，这种高程是通过水准测量来确定的，所以gps大地高要转换成正常高。
多项式曲面拟合法
设点的
与平面坐标x,y有以下关系:
其中，f（x,y）为
中趋势值，
为误差。
设:
写成矩阵形式有：
其中：
对于每个已知点，都可列出以上方程，在
条件下，解出各ai，再按（9-105）式内插求出待定点的高程异常，从而求出正常高。
提高GPS水准精度的措施①.提高大地高（差）测定的精度②.提高联测几何水准的精度③.提高转换参数的精度④.提高拟合计算的精度
15.什么是GNSS？
目前世界上有那些GNSS?
GNSS=GPS+GLONASS+GALILEO+北斗一号COMPASS 全球仅有此4套卫星定位系统，全球卫星导航定位系统（GNSS）是一种以卫星为基础的无线电导航系统。
系统可发送高精度、全天时、全天候、连续实时的导航、定位和授时信息，是一种可供海陆空领域的军民用户共享的信息资源。
卫星导航定位是指利用卫星导航定位系统提供位置、速度及时间等信息来完成对各种目标的定位、导航、监测和管理。
16.根据提供的伪距测量的观测方程，试标记出每一项改正数的名称及意义。
（根据提供的载波相位测量的观测方程，试标记出每一项改正数的名称及意义。
）
17.地面监控部分各部分作用：
①主控站作用:
管理、协调地面监控系统各部分的工作/收集各监测站的数据，编制导航电文和卫星钟差，送往注入站将卫星星历注入卫星/监控卫星状态，向卫星发送控制指令，卫星维护与异常情况的处理②监测站作用:
接收卫星数据（伪距测量、多普勒测量）,采集气象信息,并将所收集到的数据传送给主控站③注入站作用：
将导航电文注入GPS卫星的存储器
18.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
，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
，以及接收机所能测定的载波相位差非整周的小数部分
19.GPS相对于其它导航定位系统的特点？
①全球地面连续覆盖。
由于GPS卫星的数目较多且分布合理，所以地球上任何地点均可连续同步地观测到至少4颗卫星。
从而保障了全球、全天候连续地实时导航与定位。
②功能多，精度高。
GPS可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。
随着GPS测量技
术和数据处理技术的发展，其定位、测速与测时的精度将进一步提高。
③实时定位速度快。
利用全球定位系统一次定位和测量工作在一秒至数秒钟内便可完成（NNSS约需8～16分钟），
这对高动态用户来说尤为重要。
④抗干扰性能好，保密性强。
由于GPS采用数字通讯的
特殊编码技术、采用伪随机噪声码技术，因此GPS卫星所发送的信号，具有良好的抗干扰性和保密性。
20、现要求布设一个覆盖宿城区，用于该区域规划设计及施工的GPS控制网，其设计内容包括哪些？
①.任务来源及工作量
包括GPS项目的来源、下达任务的项目、用途及意义；GPS测量点的数量；GPS点的精度指标及坐标、高程系统。
②.测区概况
测区隶属的行政管辖；测区范围的地理坐标，控制面积；测区的交通状况和人文地理；测区的地形及气候状况；测区控制点的分布及对控制点的分析、利用和评价。
③.布网方案
GPS网点的图形及基本连接方法；GPS网结构特征的测算；点位布设图的绘制
④.选点与埋石
GPS点位的基本要求；点位标志的选用及埋设方法；点位的编号等。
⑤.观测
对观测工作的基本要求；观测纲要的制定；对数据采集提出注意的问题
⑥.数据处理
数据处理的基本方法及使用的软件；起算点坐标的决定方法；闭合差检验及点位精度的评定指标。
⑦.完成任务的措施
要求措施具体，方法可靠，能在实际工作中贯彻执行。
二．填空：
1.GPS卫星发送的信号是由载波、测距码、导航电文三部分组成的
2、单站差分GPS按基准站发送的信息方式来分，可分为位置差分、伪距差分、相位差分。
3.差分改正数的计算方法:
加权平均法;最小方差法;偏导数法
4、全球定位系统是由空间部分（GPS卫星星座）、地面监控部分（地面监控系统）和用户部分（GPS接收机）组成的。
其中地面监控部分是由（一个）主控站、（五个）监测站、（三个）注入站、和通信及辅助系统组成的。
3目前正在运行的全球卫星导航定位系统有GPS和GLONASS。
我国组建的第一代卫星导航定位系统称为北斗卫星导航定位系统，欧盟计划组建的卫星导航定位系统称为GALILEO。
5.目前广泛采用的基本观测量主要有两种，即码相位观测量和载波相位观测量。
6、GPS的数据处理基本流程包括数据采集、数据传输、数据预处理、基线结算、GPS网平差。
7.GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。
8.差分GPS可分为单基准站差分、多基站的局域差分和多基站的广域差分三种类型。
9.单基准站差分GPS，根据差分GPS基准站发送的信息方式可分为四类，即位置差分、伪距差分、相位平滑伪距差分和相位差分。
10.衡量GPS网的可靠性有三个指标：
即多余观测分量、内可靠性和外可靠性。
11.常规平面定位方法：
三角测量法，三边测量法，边角同测法，导线测量法，天文观测法
12.常规高程定位方法：
水准测量法，三角高程测量法
13.根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接四种基本方式。
14、L1载波的波长约为19厘米，L2载波的波长约为24厘米。
15、对流层延迟改正模型中的大气折射指数N与温度、气压、湿度等因素有关。
16、GPS卫星是采用二进制相位调制法来进行信号调制。
17、在软件控制下能依次对多个卫星进行观测，且循环观测一次的时间大于20ms的通道称为序贯通道。
18、在接收机间求一次差后可消除卫星钟差参数，继续在卫星间求二次差后可消除接收机间的相对钟差参数，再在历元间求三次差后可消除双差整周模糊度参数。
19、GPS系统的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成，它们均匀分布在6个近似圆形轨道上。
20、GPS卫星位置采用WGS-84大地坐标系。
21、GPS接收机依据其用途可分为：
导航型接收机、测地（量）型接收机和授时型接收机。
22.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，一般取地球质心为坐标系原点。
23、我国目前常采用的两个国家坐标系是1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系。
24、GPS接收机主要由GPS接收机天线单元、GPS接收机主机单元和电源三部分组成。
25、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N-1
26、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流层折射对观测量的影响，所以定位精度较高，基线长度不受限制，所以作业效率较高。
27.坐标系统与时间系统是描述卫星运动，处理观测数据和表达观测站位置的数学与物理基础。
28.利用GPS进行定位的方法有多种，若按参考点的不同位置则可分为：
绝对定位、相对定位。
29.GPS绝对定位方法的实质，即是空间距离后方交会。
30.GPS网的技术设计是主要内容包括精度指标的确定，网的图形设计和网的基准设计。
31.GPS网的无约束平差，目前广泛采用的平差方法，主要有经典自由网平差和非经典自由网平差，即秩亏自由网平差。
计算1、某工程建设设计GPS控制网如图所示。
图中1、2、3点为已知国家二等三角点，4~12为新布设的D级GPS点。
用4台GPS接收机进行观测，共观测了6个时段，时段长度为90min。
问题如下：
指出同步三角形环、异步环、复测基线个数，并分别列出（异步环只需列出3个）,并计算限差
平均设站次数
网的特征条件
工程进度及费用
计算．GPS网特征条件的计算
观测时断数：
式中：
C为观测时段数，n为网点数，m为每点设站次数，N为接收机数。
总基线数：
必要基线数：
独立基线数：
多余基线数：
一.名词解释
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。
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.单点定位：
利用卫星星历及一台GPS接收机的观测值来独立确定该接收机在地球坐标系中绝对坐标的方法。
4.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绝对位置.
5.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。
6.独立观测环：
由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称独立环。
7.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.
8.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。
9.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。
10.预报星历：
预报星历，是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文传递给用户的，用户接收机接收到这些信号，经过解码便可获得所需要的卫星星历，所以这种星历也叫作广播星历。
11.后处理星历：
是一些
升级会员 