《GPS测量原理与应用》AB卷及答案.docx
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《GPS测量原理与应用》AB卷及答案
题 号
一
二
三
四
五
总成绩
合分人
得 分
得 分
评阅人
得 分
评阅人
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
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。
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
第 1 页 共 6 页第 2 页 共 6 页
得 分
评阅人
得 分
评阅人
式中,j 为卫星数,j = 1 , 2 , 3 ,…
6、静态定位
第 3 页 共 6 页
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。
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。
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)
4、简述伪距定位观测方程中划横线参数的含义。
序号
机号
1
2919
2
2930
3
5306
得 分
评阅人
2、什么是多路径误差?
试述消弱多路径误差的方法。
10 分)
(1)编写定位的先后次序(6 分)。
根据下列控制网的图形,用三台天宝 4800 双频接收机作业,
(2)写出三个同步观测环和一个独立环。
4 分)
第 5 页 共 6 页
(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
题 号
一
二
三
四
五
总成绩
合分人
得 分
得 分
评阅人
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)
考试方式:
闭卷 考试时间:
120 分钟 卷面总分:
100 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
。
GPS 测量原理与应用试卷 B 卷
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 。
得 分
评阅人
得 分
评阅人
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。
6、整周跳变
第 1 页 共 6 页第 2 页 共 6 页
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
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
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。
序 号
机 号
1
2919
2
2930
3
5306
得 分
评阅人
得 分
评阅人
5、试说明载波相位观测值的组成部分。
2、GPS 网的布网原则。
10 分)
第 3 页 共 6 页第 4 页 共 6 页
6、简述 GPS 卫星的主要作用。
1、如何重建载波?
其方法和作用如何?
(10 分)
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 1 km,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。
2
1
3
①根据右图编写定位的先后次序。
②根据下图 PDOP 值选择最佳的观测
6
时段,填入 GPS 作业调度表中。
③根据控制网的图形的观测顺序和观测时间
4
5
第 5 页 共 6 页
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
0
1
2
3
GPS
测量
试卷 B 卷
答案
填写 GPS 作业调度表。
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 N0 (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 Int(φ ) (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 Fr(φ ) (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
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:
3
0
3
4
6
29191673
29301673
53061673
4
18:
00~19:
0
0
5
4
6
29191674
29301674
53061674
GPS 作业调度表
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。