GPS考试重点.docx

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GPS考试重点

考试重点

1，全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）是一种空间无线电定位系统，包括一个或多个卫星星座，为支持预定的活动需要而加以扩大，可为地球表面、近地表和地球外空任意地点用户提供24小时三维位置、速率和时间信息。

其突出优点是经济实用。

2，卫星导航系统有两个核心组成部分：

（1），全球定位系统（由美国运行管理）*研究重点*

（2），全球轨道导航卫星系统即轨道导航系统（俄罗斯联邦运行管理）。

补充：

建设中的伽利略；中国的“beidou12”

3，衡量一个卫星导航定位系统性能优劣的四项技术指标：

4，接收机利用相关分析原理测定调制码由卫星传播至接收机的时间，再乘上电磁波传播的速度便得距离，由于所测距离受大气延迟和接收机时钟与卫星时钟不同步的影响，它不是几何距离，故称之为“伪距”

5，GPS定位原理：

GPS定位时，把卫星看成是“飞行”的已知控制点，利用测量的距离进行空间后方交会，便得到接收机的位置。

卫星的瞬时坐标可以利用卫星的轨道参数计算。

GPS定位包括单点定位和相对定位两种方式

影响GPS定位的精度有两个因素：

一个是观测误差；一个是定位几何因素。

6，GPS特点：

同其它导航系统相比：

（1），全球地面（范围内）连续覆盖

（2），功能多，精度高

（3），实时定位速度快

（4），抗干扰性能好，保密性强

（5），静态定位观测效率高，应用广泛

相对于经典测量技术：

（1），观测站之间无需通视，但其上空仰角范围内不能有障碍物

（2），定位精度高

（3），提供三维坐标（注意平面和高程精度不一样啊！

）

（4），观测时间短，效率高

（5），操作简便，自动化程度高

（6），成本低，经济效益高

（7），全天候作业

7，美国政府的限制性政策:

（1）对不同的GPS用户，分别提供两种不同精度的定位服务

（2）实施选择可用性政策，即SA政策（于2000年5月1日取消）

（3）实施反电子欺骗防护措施，即A-S措施

限制性政策下非特许用户的应对策略：

一、建立独立的GPS测轨系统

二、研究、开发差分GPS（DGPS--DifferentialGPS）定位系统

三、建立独立的导航定位系统

四、开发GPS与GLONASS兼容接收机；开发GPS、GLONASS与Galileo相兼容接收机

8，讨论：

（1）SA政策取消的原因

（2）GPS、GLONASS、GALILEO和北斗导航（双星导航）将来的发展谁主沉浮？

？

（3）GPS能否代替常规仪器

9，GPS组成：

由三部分组成，空间部分；地面部分；用户部分

10，GPS卫星星座：

设计星座：

21+3；21颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星；6个轨道面，平均轨道高度20200km，轨道倾角55，周期11h58min（顾及地球自转，地球-卫星的几何关系每天提前4min重复一次）；保证在24小时，在高度角15以上，能够同时观测到4至8颗卫星

11，地面部分：

组成：

主控站（1个）、跟踪站（5个）和注入站（3个）

作用：

监测和控制卫星运行，编算卫星星历（导航电文），保持系统时间等。

12，地面监控系统工作流程：

13，开普勒轨道6参数或开普勒轨道6根数：

它们的大小取决于卫星的发射条件

为轨道椭圆长半轴

为轨道椭圆偏心率，这两个确定了开普勒椭圆的形状和大小

i为轨道面倾角

Ω为升交点赤经，这两个唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向

s为近地点角距，表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向

Fs为卫星的真近点角

14，导航电文的主要内容：

它包含该卫星的星历（SatelliteVehicleEphemeris），卫星工作状况（SatelliteVehicleHeath），系统时间（SystemTime），时钟改正（ClockCorrectionParameters），轨道摄动改正（PerturbedOrbitCorrectionParameters），电离层时延改正即电离层折射参数（IonosphericDelayModelParameters），大气折射改正，由C/A码捕获P码的信息，卫星的概略星历等导航信息。

载波相位测量的基本观测方程：

设在标准时间为a，卫星钟读数为ta的瞬间，卫星发出的载波信号相位为（ta），该信号在标准时间b到达接收机。

根据波动方程，其相位应保持不变，即在标准时间b，读数为tb，接收机接收到的来自卫星的载波信号的相位为（ta），由接收机所产生的基准信号的相位为（tb），于是得：

=（R）-（S）=（ta）-（tb）ta=τa-vtatb=τb-vtb经过振荡器产生的信号的相位满足：

（t+Δt）=（t）+fΔt①，（tb）=（ta）+f（tb-ta）②，将②带入①得（tb）=（ta）+f（tb-ta）-（ta）=f（tb-ta）=~+N0

即~=f（tb-ta）-N0③，考虑大气改正带入整理得：

~=f/c（ρ-δρion-δρtrop）+fvta-fvtb-N0④

即为载波相位测量的基本观测方程。

线性化：

ρ是站星坐标的函数，设τa时刻卫星坐标为（x，y，z），τb时刻接收机坐标为（X,Y,Z），则站星的几何距离为：

ρ=[（x-X）2+（y-Y）2+（z-Z）2]½

引入近似值：

X=X0+VXY=Y0+VYZ=Z0+VZ,将在出用泰勒级数展开整理得：

ρ=ρ0-（X-X0）/ρ0vx-（Y-Y0）/ρ0vy-（Z-Z0）/ρ0vz⑤带入④得：

f/c（X-X0）/ρ0vx+f/c（Y-Y0）/ρ0vy+f/c（Z-Z0）/ρ0vz-fvta+fvtb+N0

=f/c（ρ-δρion-δρtrop）-0

上式中：

等号左边为未知参数，右边的各项均为已知值

基本观测方程及线性组合形式

单差：

在接收机间求一次差；消除了卫星钟差的影响

单差优点：

①消除卫星钟差的影响；②大大减弱星历误差及电离层、对流层折射的影响

双差：

在接收机、卫星间求二次差（单差之差）；消去了接收机钟差的影响。

三差：

在接收机、卫星、历元间求差（双差之差）。

消去了整周未知数；

2.优点：

1）消除或减弱时钟、星历和大气折射误差的影响；

2）减少平差中不必要未知数的数量，减少法方程的阶数；

整周跳变（周跳）：

Inti（）是t0-ti时段的整周计数，如因某种原因使计数中断，则恢复计数后的观测值都包含有同一偏差，即中断期间丢失的整周数，这种现象，称为整周跳变，简称周跳。

产生原因：

①信号受阻（如树下观测）；②仪器线路故障，无法正确计数；

③外界条件恶劣，无法锁定信号（失锁）。

周跳的探测与修复：

探测出何时发生周跳及丢失的整周数，对中断后的计数进行改正，将其恢复为正确计数，则观测值仍可应用。

这一工作称为周跳的探测与修复。

常用方法：

①高次差法；②在卫星间求差：

对小周跳可继续采用此法。

③从残差的分析中发现周跳

2.RTK系统的组成：

主要由一个基准站，若干个流动站、基准站和流动站间的通讯系统（数据链）及软件系统四部分组成。

RTK的基本工作原理：

是在两台接收机间加上一套无线电通讯系统，将相对独立的接收机连成一个有机的整体；基准站把接收到的伪距、载波相位观测值和基准站的一些信息（如基准站的坐标和天线高等）都通过通讯系统传送到流动站；

流动站在接收卫星信号的同时，也接受基准站传送来的数据并进行处理：

将基准站的载波信号与接收到的载波信号进行差分处理，即可实时求解出两站间的基线值，同时输入相应的坐标，转换参数和投影参数，即可求得实用的未知点坐标。

RTK优点：

①能在现场实时求解流动站的实用坐标，在20公里内定位精度达厘米级，且能实时知道定位的精度；②一个基准站可支持多个流动站同时工作，每个流动站仅需1人操作，大大提高了工作效率；③用于放样异常便捷，且精度高。

应用:

①控制测量的加密网：

如一、二级导线及图根测量，高效、经济、高精度地建立或改善城市和工程控制网；②各种工程测量，如地形测量、道路测设等；

③局部地区较高精度的实时导航定位，如船舶进港、飞机进场等。

RTK技术有着一定局限性，使得其在应用中受到限制，主要表现为：

①用户需要架设固定的参考站

①误差随距离的增加而增大——

③误差增长使流动站和参考站距离受到限制（<15KM）

④可靠性和可行性随距离增长而降低.

而VRS技术它将克服以上的局限性，扩展RTK的作业距离。

RTK系统的技术关键：

RTK系统之所以得以实现，其关键技术是：

快速准确的求解整周未知数及数据传输技术。

GPS网的连接方式有：

点连接、边连接、边点混合连接、网连接等。

1.点连接：

相邻同步环间仅有一个点相连接而构成的异步网图；

2.边连接：

相邻同步环间由一条边相连接而构成的异步环网图；

3.边点混合连接：

既有点连接又有边连接的GPS网；

NNSS的优点和局限性：

优点：

动态已知点的学说，

全球覆盖，

被动式定位。

局限性：

信号覆盖的区域有限；电磁波传播受大气影响，定位精度不够；技术滞后和设备陈旧。

难以适应现代航海、航空和陆地车辆的导航定位需要

WGS-84坐标系定义：

原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴X轴构成右手坐标系。

对应于WGS-84大地坐标系有WGS-84椭球。

定位星座：

用GPS进行导航定位时，为了获得地面点的三维坐标，所必需观测的4颗卫星。

间隙段：

某时某地虽可观测四颗卫星，但是用其定位时，精度要比平时差，甚至不能解算该点的三维坐标，这个时间段为间隙段。

GPS的编号方式：

顺序编号：

按照GPS卫星发射时间的先后顺序对卫星进行编号

PRN编号：

根据GPS所采用的伪随机噪声码（PRN码）对卫星编号

IRON编号：

内部距离操作码，美国和加拿大组成的北美空军指挥部对卫星的编号

NASA编号：

美国航天局在文件中对GPS卫星的编号

国际识别号：

第一部分为发射年代，第二部分为发射卫星的序列号

导航电文的内容：

卫星的星历，卫星工作状况，系统时间，时钟改正，轨道摄动改正，电离层时延改正即电离层折射参数，大气折射改正，由C/A码捕获P码的信息，卫星的概略星历等导航信息。

广播星历：

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息，经过解码便可获得所需要的卫星星历。

精密星历:

一些国家的某些部门根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测数据，用于确定预报星历相似的方法计算的卫星星历，是哦后向用户提供在用户观测时间内的卫星精密轨信息，避免了预报星历外推的误差

时间延迟τ的测定：

卫星-自己时钟-发出某一结构的测距码-经∆t时间-接收机；

b）接收机-自己的时钟-产生一组结构完全相同的测距码（复制码）-时延器-延迟时间τ；

c）两组测距码-相关处理-自相关系数R（t）=1（两组对齐）-τ（复制码的延迟时间）=∆t（卫星信号的传播时间）；

d）∆t*c=卫星至接收机的伪距。

确定N0方法的分类：

1.按解算所需时间的长短区别a。

经典静态相对定位法b.快速结算模糊度法：

滤波法，交换天线法，p码双频法，FARA模糊度函数法2.确定模糊度时接收机的运动状态：

静态：

整周未知数的平差待定参数法、三差法（多普勒法）：

连续跟踪载波相位观测值（历元之间），由于其含有相同的整周未知数，求差后方程会不再含有整周未知参数，因此可直接解出坐标参数。

交换无线法、FARA法，动态（OTF）：

最小二乘搜索法、模糊度函数法、综合法

FARA主要思想：

以数理统计理论假设检验为基础，利用初次平差提供的所有信息，包括解向量.相应的协因数阵和单位权