《GPS定位原理与应用》习题集答案讲课教案.docx

1、GPS定位原理与应用习题集答案讲课教案第一篇 GPS定位原理与应用习题集一、名词解释一、名词解释 I、卫星星历:是描述卫星运行轨道的信息。 2、天线高:指天线的相位中心至观测点标志中心顶面的垂直距离。 3,春分点:当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与地球赤道的交点。 4、开普勒第一定律:卫星运行的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球的月心相重合。这一定律表明，在中心引力场中，卫星绕地球运行的轨道面，是一个通过划球质心的静止平面。 5、同步环:由多台接收机同步观测的结果所构成的闭合环称为同步环。6、多路朽效应:在GPS测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收

2、衫天线，这就将和直接来自卫星的信号(直接波)产生干涉，从而使观测值偏离真值产且所谓的多路径误差。这种山于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。 7、周跳:在接收机跟踪GPS卫星进行观测的过程中，常常山于多种原因(例如接收机天线被阻挡、外界噪声信号的千扰等)，可能使载波相位观测值中的9周数不正确但其不足1整周的小数部分仍然是正确的，这种现象成为整周变跳，简称周跳。 8、绝对定位:利用GPS卫星和用户接收机间的距离观测值直接确定用户接收机天线在在WGS-84坐标系中相对地球质心的绝对位置。9,恒星时:以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间，称为恒星时。恒星时是地方时。 1

3、0、卫星的无摄运动:卫星在轨运动受到中心力和摄动力的影响。假设地球为匀质球体，其对卫星的引力称为中心力(质量集中于球体的中心)。中心力决定着卫星运动的4本规律和特征，此时卫星的运动称为无摄运动，山此所决定的卫星轨道可视为理想的轨道，又称卫星的无摄运动轨道。 11,精密星历:是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资料，应用与确定预报星历相似的方法，而计算的卫星星历。它可以向用户提供在用户观测时间的卫星星历，避免了预报星历外推的误差。 12、相对定位:用两台或多台接收机分别安置在基线的两端，并同步观测相同的GPS卫星，以确定4线端点在协议地球坐标系中的相对位置或4线向量的定位方

4、法。 13、星历误差:卫星的在轨位置由广播星历或精密星历提供，山星历计算的卫星位置与其实际位置之差，称为卫星星历误差。 14,重复观测边:同一系线边，若观测了多个时段(-2)，则可得到多个从线边长。这种具有多个独立观测结果的幕线边，称为重复边。 15,异步环:在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测琴线向量，则该多边形环路叫异步观测环，简称异步环。 16、定位星座:在用GPS卫星进行导航定位时，为了求得测站的三维位置，必须观测4颗GPS卫星，称之为定位星座。 17、间隙段: GPS卫星的星座，在个别地区仍可能在其一短时间内(例如数分钟)只能观测到4颗图形结构较差的卫星，而无法达到必要

5、的定位精度。这种时间段称为间隙段。 18, GPS信号接收机: 是一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星信号的接收设备，称之为GPS信号接收机。 19、岁差: 在日月引力和其它天体引力对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴的方向不再保持不变，从而使春分点在赤道上产生缓慢的西移，这种现象在天文学中称为岁差。 20、天球: 是指以地球质心M为中心，半径r为任意长度的一个假想的球体。21、时圈: 通过天轴的平面与天球相交的半个大圆。22、天球空间直角坐标系: 原点位于地球质心M. Z轴指向天球北极Pn，X轴指向春分点r, Y轴垂直于XMZ平面，与X轴和Z轴构成右手坐标系统。23、地心空

6、间直角坐标系: 原点。与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平子午面与地球赤道的交点E. Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。24、地心大地坐标系: 地球椭球的中心与地球质心重合，椭球的短轴与地球自转轴相合，大地纬度B为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，大地经度L为过地面点的椭球子午面与格林尼治平大地子午面之间的夹角，大地高H为地面点沿椭球法线至椭球面的距离。25、极移: 地球自转轴相对地球体的位置并不是vl定的，地极点在地球表面上的位置是随时间而变化的。这种现象称为地极移动，简称极移。 26、站心赤道直角坐标系: 以测站为原点建立与球心空间直角坐标系相应坐标轴平行的坐标系叫做

7、站心赤道直角坐标系。27、站心地平直角坐标系:以测站(P1)为原点，P1点的法线为:轴(指向天顶为正)，以子午线方向为x轴(向北为正)，Y轴与X, z轴垂直(向动为正),28, WGS-84大地坐标系:WGS-84(World Geodetic System, 1984年)是美国国防部研制确定的大地坐标系，其坐标系的几何定义是:原点在地球质心，Z轴指向BIH 1984. 0定义的协议地球极(CTP)方向，X轴指向BIH1984. 0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z, X轴构成右手系。 29, 1980国家大地坐标系(C80坐标系):是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点.Y

8、D1968. 0的方向;大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面，X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度。方向，Y轴与Z, x轴成右手坐标系。30、协调世界时(UTC):一种以原于时秒长为AL础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折衷的时间系统，这种时间系统称为协调世界时(UTC)，或简称协调时。协调世界时的秒长严格等于原子时的秒长，采用闰秒(或跳秒)的办法使协调时与世界时的时刻相接近。31, GPS时(GPST):为了精密导航和定位的需要，全球定位系统(GPS)建立了专用的时间系统，称为GPS时。GPS时属原子时系统，其秒长与原子时相同，但与国际原子时具有不同的起点。GPST与TAI在同一

9、瞬间均有一常量偏差，其间关系为 TAI一GPST=19(s)32、开普勒第二定律:卫星的地心向径，即地球质心与卫星质心间的距离向量，在相同的时间内所扫过的面积相等。33、预报(广播)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。卫星的预报星历，通常均包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正项参数。34、广域差分GPS系统:为了在一个广阔的地区提供高精度的GPS差分服务，将多个4准站组网。各从站并不单独地将自己所求得的距离改正数播发给用户，而是将它们送住广域差分GP5网的

10、数据处理中心进行统一处理，以便将卫星星历误差，大气传播延迟误差分离开来。然后再将各种误差估值播发给用户，山用户分别进行改正。这种差分GPS系统称为广域差分GPS系统，简称WADGPS, 35、相对论效应:是由于卫星钟和接收机钟所处的状态(运动速度和重力位)不同而引起卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象。 36、大气折射:对于GPS而言，卫星的电磁波信号从信号发射天线传播到地面GPS接收机天线，其传播路径并非真空，而是要穿过性质与状态各异、且不稳定的大气层，使其传播的方向、速度和强度发生变化，这种现象称为大气折射。 37、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

11、时段，简称时段。 38、独立观测环:山独立观测所获得的琴线向量构成的闭合环，简称独立环。 39、天线信号通道:当GPS接收机的天线同时接收多颗GPS卫星的信号，必须首先把这些信号分隔开来，以实现对各卫星信号的跟踪、处理和最测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。40、多通道接收机:所谓多通道接收机，即具有多个卫星信号通道，而每个通道只连续跟踪一个卫星信号的接收机。所以，这种接收机也称连续跟踪型接收机。 41、序贯通道接收机:这种接收机通常只具有1-2个通道。这时为了跟踪多个卫星信号，它在相应软件的控制下，按时序依次对各个卫星信号进行跟踪和量测。由于对所测卫星依次最测一个循环所需时间较长( 20

12、ms)，所以其对卫星信号的跟踪是不连续的。 42、多路复用通道接收机:这种接收机通常只具有1-2个通道。这时为了跟踪多个卫星信号，它在相应软件的控制下，按时序依次对各个卫星信号进行跟踪和量测。山于对所测卫星依次量测一个循环所需时间较短(20ms)，所以其对卫星信号的跟踪是连续的。 43, GPS相对定位的作业模式 所谓GPS相对定位的作业模式，亦即利用GPS确定观测站之间相对位置所采用的作业方式。它与GPS接收设备的软件和硬件密切相关。同时，不同的作业模式因作业方法、观测时间和应用范围的不同而有所差异。 44、坐标联测点 GPS网平面坐标系统转换，通常是采用坐标联测来实现的。所谓坐标联测，即采

13、用GPS定位技术，重测部分地面网中的高等级国家控制点。这种既具有WGS-84坐标系下的坐标，又具有参考坐标系下的坐标的公共点，称为GPS网和地面网的坐标联测点(简称坐标联测点)。坐标联测点是实现坐标转换的前提。45、高程联测点 利用GPS直接测定的高程是GPS点在WGS-84坐标系中的大地高，而实际工作中通常需要的是正常高，为实现高程系统的转换，在布设GPS网时，需采用几何水准方法联测部分GPS点，这些被联测的GPS点，称为水准联测点。 46、协议坐标系 坐标系统是山原点位置、坐标轴的指向和尺度所定义的。在GPS测最中，坐标系的原点一般取地球的质心，而坐标轴的指向具有一定的选择性。为了使用上的

14、方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系，通常称为协议坐标系。 47、天球球面坐标系 原点位于地球质心M，赤经为含天轴和春分点的天球子午面与过天体S的天球子午面之间的夹角:赤纬为原点M至天体S的连线与天球赤道面之间的夹角，向径长度r为原点M至天体S的距离。在该坐标系中，天体的坐标为(a.8.7)。圈卜2天耸空间b角坐际服种天比珠面坐帐爪 48、原子时 因为物质内部的原子跃迁所辐射和吸收的电磁波频率，具有很高的稳定性和复现性，因此，人们从20世纪50年代，便建立了以物质内部原子运动的特征为琴础的原子时间系统。 原子时秒长的定义为:位于海平面上的艳原子基态两

15、个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射振荡9192631770周所持续的时间，为一原子时秒。该原子时秒作为国际制秒(SI)的时间单位。 这一定义严格地确定了原子时的尺度，而原子时的原点山下式确定:TA=UT2-0. 0039 s 在卫星大地测量学中，原子时作为高精度的时间从准，普遍地用于精密测定卫星信号的传播时间。49, GDOP:是Geometric DOP的缩写，是描述三维位置和时间误差综合影响的精度因子，称为几何精度因子。 50、停测段 在某一测站上，若在某一时间段内可测卫星只有4颗，而这4颗卫星的图形分布很差，其几何精度因于GDOP超过了规定的要求，以致无法保证预定的定位精度。那么，这时应停

16、止观测工作。这种中止观测的时间段可称为“停测段”(Outage)。停测段延续时间既取决规定精度因子的数值大小，也取决于观测卫星的最小高度角。精度因子的数值要求越小，观测卫星的最小高度角越大，则停测段持续的时间就会越长。 51,测量任务书 测量任务书或测量合同是测量施工单位上级主管部门或合同甲方下达的技术要求文件。这种技术文件是指令性的，它规定了测量任务的范围、目的、精度和密度要求，提交成果资料的项目和时间要求，完成任务的经济指标等。 52, CORS系统 以连续运行站(Continuous Operating Reference Station, CORS)网为核心、通讯网络为骨干、以用户需求

17、为服务口标、以用户接收点为终端的集成系统，通常称其为全球导航卫星连续运行站网系统或简称GNSS CORS系统。二、判断题 以下说法是否正确？正确的打“”，错误的打“”。1、在同一测站上，相邻两天出现的卫星分布图形是相同的，只是后一天相对于前一天提前2分钟。（ ）2、GPS卫星的核心设备是双叶太阳能板，以保证卫星的正常工作用电。（ ）3、GPS地面监控系统包括1个主控站、3个注入站和5个监测站，共9个站组成。（ ）4、在GPS系统中，启用备用卫星以代替失效的工作卫星的职能，由监测站执行。（ ）5、在GPS系统中，卫星的星历是通过监测站注入的。（ ）6、GPS用户设备的核心设备是原子钟，为GPS测

18、量提供高精度的时间标准。( )7、利用单频接收机可以消除或削弱电离层对电磁波信号的延迟的影响。（ ）8、对于平方型接收机，其工作的基本条件是必须掌握测距码的结构；而对于码相关型接收机，可以不必掌握测距码的结构。（ ）9、在GPS测量中，描述卫星的运行位置和状态是在空间固定的坐标系统中进行的。（ ）10、在GPS测量中，表达地面观测站的位置和处理GPS观测成果是在空间固定的坐标系统中进行的。（ ）11、地球公转的轨道与天球相交的大圆称为黄道。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约为23.5。（ ）12、以春分点为参考点，以春分点的周日视运动确定的时间系统称为世界时。（ ）13、瞬时天球坐标系和瞬时

19、地球坐标系的原点相同，X轴指向相同，但Z轴指向不相同。（ ）14、测站对卫星的高度角和方位角在WGS-84站心赤道直角坐标系中表示最为方便。（ ）15、新北京54坐标系大地原点与1980年国家大地坐标系(简称C80)的相同，椭球轴向与C80椭球轴指向相同，椭球参数与旧54坐标系的椭球参数相同。（ ）16、恒星时以春分点为参考点，具有地方性；而平太阳时均以平太阳为参考点，但具有世界性。（ ）17、协调世界时是一种秒长严格等于原子时秒长的不连续的时间系统。（）18、GPS时属于原子时系统，其秒长和原点与国际原子时的相同。（ ）19、在世界时UT0中引入了极移改正和地球自转速度的季节性改正，由此得到

20、的世界时，相应表示为UT1和UT2。（ ）20、卫星的真近点角是在轨道平面上，卫星与近地点之间的地心角角距。该参数为时间的函数，它确定了卫星在轨道上的瞬时位置。（ ）21、升交点是当卫星由北向南运行时，其轨道与地球赤道面的一个交点。（ ） 22、在GPS定位中，轨道平面坐标系的x轴指向升交点，y轴垂直于x轴指向地极北方向，原点位于地球质心。（ ）23、广播星历和精密星历都属于实时星历，只是后者的精度比前者高。（ ）24、载波相位观测，是测量接收机接收到的、具有多普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。（ ）25、全球定位系统采用双程测距原理。（）26、一般来说, GDOP值

21、越大，所测卫星在空间的分布范围越合理；反之，所测卫星的分布越差。（） 27、一般而言，采用伪距法进行绝对定位时，至少要同步观测到4颗GPS卫星。（ ）28、差分技术的目的是消除公共误差，提高定位精度。（ ）29、在GPS测量中，卫星的轨道误差以及测站的多路径效应误差都属于系统误差（ ） 30、与绝对定位相比，相对定位的定位精度得到了明显的提高，这是由于采用了求差这一数学处理方法而取得的。（ ）31、与绝对定位相比，相对定位的定位精度得到了明显的提高，这是由于两测站上的公共误差具有相关性而取得的。（ ）32、由于同一卫星的星历误差，对不同测站的同步观测量的影响具有偶然性性质，因此在两个或多个测站

22、上对同一卫星的同步观测值求差，仍不能减弱卫星星历误差的影响。（ ）33、在GPS测量中，采用双频改正技术，可以消除或削弱电离层延迟对定位成果的影响，但不能削弱对流层延迟对定位成果的影响。（ ）34、在高精度GPS变形监测，最好采用同一种类型的天线。（ ）35、GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。GPS网的基准设计，实质上主要是指确定网的位置基准问题。（ ） 36、GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。GPS网的基准设计，实质上主要是指确定网的方位基准问题。（ ） 37、GPS基线向量观测值中，已包含了位置信息、尺度信息和方位信息。（ ）38、GPS网的图形设计，也就是根据

23、对所布设的GPS网的精度要求和其他方面的要求，设计出由同步GPS边构成的多边形网。（ ） 39、观测数据的剔除率是指由于不合格而剔除的观测值个数与参加同步边平差计算的观测值总数之比。（ ）40、外业观测成果的检核，可以识别观测值中小的粗差，说明GPS网本身的精度和可靠性。（ ）41、GPS网的非经典自由网平差，是仅具有必要起始数据的平差方法。对于GPS网来说，即仅具有一个起始点，其坐标值在平差中保持不变。（ ）42、GPS网的内可靠性亦称观测的可控性，是指在一定的显著水平和检验功效下，用数理统计方法所能探测出的在基线向量中存在的最小粗差。（ ）43、GPS网的外可靠性亦称观测的可控性，是指在一

24、定的显著水平和检验功效下，用数理统计方法所能探测出的在基线向量中存在的最小粗差。（ ）44、大地高是地面点沿法线投影到椭球面的距离。（ ）45、正常高是地面点沿法线投影到椭球面的距离。（ ）46、高程异常是大地水准面至椭球面之间的高程差（ ）。 47、正常高是地面点沿铅垂线到似大地水准面的距离。（ ）48、测量时间的基准，包括时间的单位(尺度)和原点(起始历元)。其中时间的原点是关键，而尺度可以根据实际应用加以选定。（ ）49、GPS卫星信号中含有多种定位信息，根据不同的要求可以从中获得不同的观测量，目前广泛采用的基本观测量主要有两种，即码相位观测量和多普勒观测量。（ ）50、在静态绝对定位中

25、，在某一时段内，各历元观测到的卫星相同，则该时段内所测卫星在空间的几何分布图形是不变的，因而精度因子的数值也是不变的。（ ） 51、采用GPS进行定位时，大部分情况下需要采用精密星历，以及时提供解算成果。（ ）52、电离层对载波相位观测值和伪距观测值的影响，大小相同，符号相反。（ ）53、在短基线（20km）上使用单频接收机可以获得很好的相对定位结果。（ ）54、GPS测量规范(规程)是各测绘单位分别制定的技术法规。（ ）55、当同步闭合环的闭合差较小时，则说明GPS基线向量的计算合格， GPS边的观测精度高，接收的信号未受到干扰。（ ） 56、GPS数据预处理的主要目的，是利用原始观测数据进

26、行基线向量的解算，为进一步的GPS网平差做准备。（ ）57、GPS数据预处理主要包括数据的粗加工和观测数据的预处理两项内容。（ ）58、一般来说, GDOP值越小，所测卫星在空间的分布范围越合理；反之，所测卫星的分布越差。（ ）59、GPS测量工作与经典大地测量工作相类似，按其性质可分为外业和内业两大部分。（ ）60、在静态绝对定位中，在某一时段内，虽然各历元观测到的卫星相同，该时段内所测卫星在空间的几何分布图形是变化的，但精度因子的数值是不变的。（ ） 三、多项选择题 每小题中有1个或多个正确答案，将正确答案的字母填入题中的括号内。对于多项选择，必须全部正确选项都选出后方可得分。1、GPS卫

27、星星座的组成（ ABC ）A、21颗工作卫星和3颗备用卫星B、24颗卫星平均分布在6个轨道平面上C、轨道平面倾角为55度D、卫星运行周期为12小时2、GPS卫星的核心设备包括（ A ）A、原子钟 B、双频发射和接收机 C、双叶太阳能板 D、微处理器3、GPS信号接收机的核心设备包括（ AD ）A、GPS接收机 B、微处理器 C、电源 D、天线 E、终端设备4、与经典测量方法相比，GPS的特点有（ ABDEF ）A、定位精度高 B、经济效益显著 C、任何环境下均可使用D、自动化程度高 E、可全天候观测 F、可同时测定点的三维位置5、当前GPS天线设计中的重要任务，主要包括（ ABCD）A、改善天

28、线对不同GPS测量工作的适应性 B、提高相位中心的稳定性 C、加强抗干扰能力，减弱多路径的影响 D、改进天线的生产工艺6、新北京54坐标系（新P54坐标系）的特点包括（ ABCDEF ）A、属参心大地坐标系B、椭球参数（长半轴和扁率）与1980年国家大地坐标系的相同 C、椭球轴向与旧P54坐标系的椭球轴向相同D、大地原点与1980年国家大地坐标系的大地原点相同E、高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄梅平均海水面 F、是将旧P54坐标系内的空间直角坐标经三个平移参数平移变换至克拉索夫斯基椭球中心得到的 7、协调世界时（ ABC）A、是为了避免发播的原子时与世界时之间产生过大的偏差而建立的一种时

29、间系统 B、秒长严格等于原子时的秒长C、采用闰秒(或跳秒)的办法使协调时与世界时的时刻相接近D、是一种连续的时间系统8、GPS时间系统（ ABDE）A、全球定位系统(GPS)建立了专用的时间系统 B、由GPS的主控站原子钟所控制C、起点与国际原子时系统相同D、采用原子时秒长 E、连续的时间系统，不跳秒9、WGS-84大地坐标系（ ABCD）A、美国国防部研制确定的大地坐标系B、原点在地球质心C、Z轴指向BIH 1984.0定义的协议地球极(CTP)方向D、X轴指向BIHl984.0的零子午面和CTP赤道的交点E、Y轴与Z、X轴构成左手系F、长半轴 a6378140(m)，扁率 f = 1/29

30、8.25710、1980国家大地坐标系（ BDCEG ）A、地心坐标系B、大地原点在陕西省径阳县永乐镇C、Z轴平行于地球质心指向地极原点JYD1968.0的方向D、大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面E、X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向F、Y轴与Z、X轴构成左手系G、长半轴 a6378140(m)，扁率 f = 1/298.25711、用作确定时间基准的周期运动现象，应符合以下要求（ ABCD ）A、运动应是连续的B、运动应是周期性的C、运动的周期应具有充分的稳定性D、运动的周期必须具有复现性12、开普勒轨道根数（ ABCDE ）A、轨道椭圆的长半径a及其偏心率e 确定了椭圆的形状和大小B、升交点赤经和轨道平面倾角i唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向C、卫星的真近点角V表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向D、近地点角距确定了卫星在轨道上的位置E、椭圆的一个焦点与地球质心重合 13、卫星在运行中受到的摄动力有（ BCDEF ） A、地球中心引力FcB、地球的非中心引FncC、太阳的引力Fs和月球的引力Fn D、太阳的直接与间接辐射压力FrE、大气的阻力Fa F、地球潮汐的作用力、磁力等14、精密星历 （ ABCDE ）A、是在