《GPS原理与应用》复习资料整理.docx

1、GPS原理与应用复习资料整理第一章 绪论1.GPS：是接收人造卫星电波，准确求顶接收机自身位置的系统。目前世界上有那些全球性的卫星导航系统？（俄罗斯GLONASS、欧洲Galileo、中国北斗、美国GPS）欧空局的全球卫星定位系统的名称是什么？2. GPS系统组成： （1）空间星座部分：24颗卫星提供星历和时间信息，发射伪距和载波信号，提供其他辅助信息。（2）用户部分：接收并观测卫星信号，记录和处理数据，提供导航定位信息。（3）地面控制部分：中心控制系统，实现时间同步，跟踪卫星进行定轨。【5个监测站、1个主控站、3个注入站】3. GPS按接收机用途分为三类：导航型、测量型、授时型； 接收机由天

2、线单元、机主机单元和电源组成。4、 精密工程测量采用那种类型的GPS接收机？5、GPS接收机中采用的是铷钟、铯钟还是石英钟？6与传统测量方法相比，GPS系统特点：1）全球性-全球范围连续覆盖；(412颗)；2）全能性-三维位置、时间、速度；3）全天侯4）实时性-定位速度快；5）连续性；6）高精度；7）抗干扰性能好，保密性好；8）控制性强；9）观测站之间无需通视；10）提供三维坐标；11）操作简便。7、gps有哪些新的应用领域 8、GPS在测量上的用途有那些？9.常见GPS卫星信号接收机（例举几个著名的中外GPS生产厂商）：Ashtech系列GPS接收机、Trimble(天宝)系列GPS接收机、

3、Leica(莱卡) 系列GPS接收机、中纬系列GPS接收机、南方系列GPS接收机、中海达系列GPS接收机第二章 GPS定位的坐标系统与时间系统1天球：是指以地球质心M为中心，半径r为任意长的一个假想的球体。 黄道：即当地球绕太阳公转时，地球上观测者所见到太阳在天球上运动的轨迹称为黄道黄赤交角：黄道平面与赤道平面的夹角称为黄赤交角，约为23.5 春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点称为春分点。2. 简述天球坐标系和地球坐标系的区别？天球坐标系是一种惯性坐标系，其坐标原点及各坐标轴指向在空间保持不变，用于描述卫星运行位置和状态，和地球自转无关。地球坐标系是与地球相

4、关联的坐标系，用于描述地面点的位置，随地球自转而变化的固定在地球上的坐标系统。3.国家坐标系与地方（独立）坐标系、地心坐标系有什么不同？地方坐标系：局部地区建立平面控制网时，根据需要投影到任意选定面上和(或)采用地方子午线为中央子午线的一种直角坐标系。国家坐标系：各国为进行测绘和处理其成果，规定在全国范围内使用统一坐标框架的坐标系统。地心坐标系：以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标WGS84坐标系统是属于参心系、地心系还是地方系？ 中国的CGCS2000坐标系是2维还是3维的？地球参心坐标系中的L B H 分别称为什么？大地地理坐标系

5、属于球面、平面、还是直角坐标系？4.坐标系变换框图：5. 岁差：在日月引力和其他天体引力对地球隆起部分作用下，地球自转轴方向不再保持不变，使春分点在黄道上产生缓慢的西移现象。章动：在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平北天极产生旋转，形成椭圆轨迹，这种现象称为章动。极移：地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，因而，地极点在地球表面上的位置是随时间而变化的。历元(时刻)：在天文学和卫星定位中所获数据对应的时刻。GPS时：为了精密导航和定位的需要，全球定位系统建立了专用的时间系统。（是原子时）GPS时间测量的基准：时间的单位（尺度）和原点（起始历元）。GPS使用WGS-84坐标系（有利于

6、建立全球统一的坐标系便于研究全球重力场将水平控制网与高程控制网合为一个整体）；GPST：由GPS主控站的原子钟控制，是GPS专用的时间系统（原点：1980年1月6日0时）。6. GPS时间系统的重要意义：（1） GPS卫星作为一个高空观测目标，其实位置是不断变化的；（2） GPS定位是通过接收和处理GPS卫星发射的无限电信号来确定接收机至卫星间的距离，进而确定观测站的位置的；（3） 地球上点的位置是不断变化。7.时间系统及其间关系：第三章：卫星运动及GPS卫星信号1.卫星轨道参数：卫星在空间运行的轨迹称为轨道，描述卫星位置及状态的参数，取决于卫星所受到的各种力的作用。开普勒轨道：视地球为一均质

7、球体，其全部质量集中于地球质心M，研究在地球质心引力作用下卫星相对地球的运动轨道。2.GPS卫星星历：描述卫星运动轨道的信息，即是一组对应于某一时刻的卫星轨道根数及其变化率（分为：广播星历和精密星历）。GPS导航（定位）：根据已知的卫星轨道信息和用户观测资料，通过数据处理，确定接收机的位置及其载体的航行速度。GPS卫星导航电文：是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层延迟改正、卫星公众状态信息以及由C/A码转换到捕获码P码的信息。伪随机噪声码的特点是什么？数据吗（D码）：以二进制码的形式按规定格式组成，并按帧播发给用户的信息。信号基准频率：卫星上原子钟振荡器产生的

8、频率。f0=10.23mhz3. 广播星历与精密星历的区别是什么？ 广播星历是由地面控制系统中那个部分编制的？：广播（预报）星历：通过卫星发射传递给用户的含有轨道信息的导航电文。精密（后处理）星历：是通过自建卫星跟踪站所获得的GPS卫星的精密观测据，经解码和计算所得的卫星星历。区别：1、由自建跟踪站提供（一般为当地，符合气象、大气层的实际）；2、可以比较准确的提供轨道信息；3、事后计算； 4、有偿服务；5、地面通讯获取。4、GPS卫星信号由哪几部分组成？ GPS卫星信号中，那种码是精码？4. GP GPS 卫星的测距码包括哪两种?它们的主要功能是什么? 这两种码之间有什么区别？ C/A码：两个

9、10级反馈移位寄存器组合产生。主要功能是：粗测距；快速搜捕卫星导航电文；用于分址-不同信号；通过捕获C/A码卫星提供的导航电文，捕获P码；捕获码；明码P码：由两组各为12级反馈移位寄存器组合产生，其基本原理与C/A码相似，但其反馈线路设计细节远比C/A码复杂且严格保密。主要功能是：精密测距 ；P码用于分址；军用密码区别：C/A码特点：C/A码长为1023bit(比特)，周期=1ms，易于捕获；码宽：t 0=1/f=0.97752s(码元持续时间 )；距离：L=293.1m(码元持续时间 与 c乘积 )；精度：29.3-2.93m；通过捕获C/A码卫星提供的导航电文，容易捕获P码。P码特点：P码

10、长为2.35*1014(比特)，周期=7天，不易捕获；码宽：t 0=1/f=0.097752s(码元持续时间 )距离：L=29.3m(码元持续时间 与c乘积 )精度：2.93-0.293mP码设计周期T=267 天，分成38部分，每颗卫星使用不同信号部分(32-卫星、 5-监控站、1-备用)。5. GPS卫星有哪两种不同的载波?它们各调制哪些码? L1和L2载波； L1：调制P码和C/A码；L2：只调制P码6.什么叫伪距、什么叫伪距定位法?“伪距”:受钟差延迟影响测量的实际距离无论是动态绝对定位还是静态绝对定位，其观测量都是所测卫星至观测站的伪距，通常也称为伪距定位法。SA：制定限制政策Sel

11、ective Availability技术（选择可用性技术），对卫星轨道参数加干扰（低频 长周期，慢变化），对卫星基准频率加干扰（高频，短周期，快变化）包括对信号基准频率的技术，对导航电文的技术，对P码的加密技术。AS：反电子欺骗技术（Anti-Spoofing），为了防止对P码进行干扰,将P码与机密的W码进行模2和形成Y码。GPS用户的反限制措施有那些：（1）建立GPS卫星测轨系统（2）发展本国和区域性卫星定位系统（3）研究GPS定位方法第四章：GPS定位原理2. 根据用户接收机天线在测量中所处的状态来分类，GPS定位的方法分类：（1）静态定位：在定位过程中，接收机位置静止不动，是固定的。静

12、止状态只是相对的，在卫星大地测量中的静止状态通常是指待定点的位置相对其周围点位没有发生变化，或变化极其缓慢，以致在观测期内可以忽略。（2）动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态。在绝对定位和相对定位中，又都包含静态和动态两种形式。为什么GPS静态定位观测精度要高于动态观测的精度？3. 绝对定位又可分为：测码伪距绝对定位和测相伪距绝对定位。 ： 4个未知数测码伪距定位精度低，解释方程中各符号的含义（重点）5个未知数从测码伪距观测方程与测相伪距观测方程的形式上看有什么区别？载波相位观测方程除增加了整周未知数N0外，其余部分和位居测量方程完全相同。完整的载波相位通常表示为：4.几何精度因子G

13、DOP：在GPS导航及定位测量中，用来衡量观测卫星的空间几何分布状态对定位精度的影响。5.动态绝对定位：是确定处于运动载体上接收机在运动的每一瞬间的位置。（动态绝对定位一般采用测码伪距定位方法）静态绝对定位：是指将GPS接收机静置在固定测站上，观测数分钟至2小时或更长时间，以确定测站位置的卫星定位，是不考虑轨道的有无、决定点位置的定位应用。用矩阵形式写出GPS静态绝对定位的计算过程，写出误差方程、法方程以及未知数解算方法。差分动态定位：利用基准站接收机和移动载体同步观测实时定位，精度达到亚米级。作用：改变动态绝对定位精度不高的缺陷。方法：将一台GPS接收机置于已知坐标的基准点上，其余接收机同步

14、观测安置在运动载体上，所有的接收机同步观测，根据已知控制点的定位结果，将位置改正数实时传给流动站，以提高定位精度。缺点：在接收机移动过程中必须保持对观测卫星的连续跟踪。6. GPS绝对定位： GPS绝对定位的实质是空间距离后方交会，即在一个测站上，只需要三个独立的距离观测量。（在一个测站上，为了实时求解4个未知参数（3个点位坐标量和1个钟差参数），至少应有4个同步伪距观测量，即必须同步观测4颗以上卫星）。GPS相对定位：用两台接收机分别安置在基线的两端，同步观测4颗以上相同卫星，利用载波观测量，通过严密解算，以确定高精度的基线向量。在一个端点坐标已知的情况下，用基线向量推求另一待定点的坐标的定

15、位方法。 为什么利用载波相位测量进行GPS定位可以得到较高的测量定位精度？（即为什么相对定位精度高） 载波相位观测量，由于载波波长较短，其测量精度远高于码相关的伪距测量 7.静态相对定位的观测模型：（8个观测值）8.差分GPS（DGPS）：利用GPS测量误差的强相关性，将一台接收机安置在基准站上，另一台安置在运动载体上，同步观测相同卫星并在观测值之间求差以消除测量误差，通过确定相对基准站的位置实现运动点定位。9（RTK）实时动态差分定位定义：又称为载波相位差分测量技术，是实时处理两个测站（基准站和流动站）载波相位观测量的差分方法。基本原理：在基准站上安置一台接收机，对GPS卫星进行连续观测，将

16、观测数据通过无线包传输设备，实时地发送给周围工作的动态用户，在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时的计算并显示用户站的三维坐标及其精度。（相对定位精度提高的原因：使用载波相位的线性组合方式，利用差分GPS使得卫星接收机整周模糊度误差消失，减弱了电离层影响。）10.CORS（continuous operational reference system）原理：在一个较大的区域内均匀地分布多个基准站，构成一个基准站网，精确确定基准站坐标。基准站连续观测，将观测资料传送给数据处理中心，中心根据流动站送来的近似坐标（根

17、据伪距单位定点求得）判断出该站位于哪三个基准站组成的三角形内。根据这三个基准站连续观测资料，求出流动站上的系统误差改正数播发给用户，用来修正流动站上的观测结果，获得流动站的精确坐标。CORS组成：一个数据中心站、几个基准监测站、数据通信网络、覆盖范围内的若干用户。CORS功能：基准站，连续进行GPS观测并实时将观测值传输至计算中心。数据中心，计算区域电离层、对流层和卫星轨道等误差模型，将各基准站的观测值减去其误差改正，实时发送给用户。用户接收发布的信息，结合移动站的观测值计算出本站的位置。单点定位必须同时观测4颗或者4颗以上的卫星；一般情况下测站坐标需进行迭代计算。11.整周未知数确定与消除周

18、跳的意义：决定着载波相位测量的精度；一个整周数值的错误将产生0.2m的误差；在静态相对定位中，增加观测时间就是为了正确确定整周未知数；整周未知数一旦确定，再增加观测时间，对提高相对定位精度的意义不大。整周未知数确定与周跳消除的方法：根据数学理论及方法，通过数据处理手段；整周未知数的确定包括静态求解方法和动态求解方法。12. 整周跳变：整周计数出现系统偏差而不足一周的部分仍然保持正确的现象。13整周模糊度; （整周未知数：）在理想条件下，接收机在锁住卫星后可保持跟踪，从而测出包括整数 部分的相位变化量，因此每个历元的相位观测量与接收机到卫星的距离相差载波波长的一个 整数倍，它是一个固定不变的值，

19、该整数被称为整周模糊度。14. 区域差分：在一个较大的区域布设多个基准站，以构成基准站网，并包含一个或数个监控站。RTK定位方法：实时动态差分定位法，是实时处理两个测站载波相位观测的差分方法。本章为重点内容，需结合书本和PPT同时复习，以上的资料还不完善。第五章：GPS测量的误差来源1.GPS测量误差分类： 2.GPS定位误差的种类： 3. 如何多路径效应对GPS定位成果的影响?多路径效应:在GPS测量中反射信号和来自卫星信号产生干涉，从而引起观测值的时延效应，偏离真值产生多路经误差。 削弱多路径效应的影响： 1、选择合适的站址 （A测站应远离大面积平静水面 B测站不易选择在山坡山谷和盆地中

20、C测站应远离高层建筑物） 2、对接收机天线的要求( A在天线中设置抑径板 B接收机天线对于极化特性不同的发射信号应该有较强的抑制作用)。第六章：GPS测量技术设计与外业施测1. GPS测量包括技术设计、外业观测和内业数据处理三个阶段。2.观测时段：测站上开始接收卫星信号到停止接收，连续观测的时间间隔称为观测时段，简称时段。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，简称同步环。异步观测环：由非同步观测获得的独立基线向量构成的闭合环，简称独立环或异步环。 重复边：3. GPS测量选点的原则：上空开阔；远离干扰源；避免易产生多路径效应的环境；易于保护；交通便捷；依据要求，

21、确保部分点位通视。4. GPS相对定位作业模式：静态相对定位、快速相对定位、准动态相对定位 、动态相对定位（差分相对定位） 5.同步图形连接方式：点连式：形式：相邻的同步图形间只通过一个公共点相连。优点：作业效率高，图形扩展迅速。缺点：图形强度低，如果连接点发生问题，将影响到后面的同步图形。边连式：形式：相邻的同步图形间有一条边（即两个公共点）相连。优点：作业效率较高，图形强度较强。根据边连式图形如何制定观测计划？如果有4台GPS仪器，应如何组织观测？网连式：形式：相邻的同步图形间有3个（含3个）以上的公共点相连。优点：图形强度最强。缺点：作业效率低。6. GPS网的精度：是用来衡量网的坐标参

22、数估值受观测偶然误差影响程度的指标。第七章：GPS测量数据的处理1.GPS测量数据处理就是对GPS接收机采集到的星站间伪距、载波相位和卫星星历等数据进行处理以得到测量定位成果的过程。包括：（1）数据的粗加工 （2）数据预处理 （3）测量数据的基线解算（4）三维平差：约束平差、无约束平差2. RINEX格式（The Receiver Independent Exchange Format）：将采集的GPS静态数据换成标准Renix格式文本输出RINEX(国际标准格式)：观测值文件-ssssdddf.yyo 星历文件- ssssdddf.yyn 电离层模型参数- ssssdddf.yym 其中：s

23、sss-测站名信息 ddd-数据年积日 f-观测时段文件类型：O：观测值文件N：导航文件M：气象数据文件G：GLONASS导航文件H：GEO导航文件C：卫星和接收机钟文件这是一种与接收机无关的数据交换格式，已经成为GPS测量和精密导航应用等的标准交换和存储格式。3. 基线解算阶段质量控制指标：模糊度检验率指标RATIO：在采用搜索算法确定整周未知数参数的整数值时，产生次最小的单位权方差与最小的单位权方差的比值。反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性。均方根误差RMS： 表明了观测值的质量，观测值质量越好，RMS越小。同（异）步环闭合差及重复基线较差4.高程系统：（P181图）5、GPS大地高，

24、正常高：6、GPS水准：第八章：GPS卫星信号接收机1.GPS卫星信号接收机的分类： 按接收机工作原理分类：码相关型接收机、平方型接收机、混合型接收机 按接收机用途分类：导航型、测量型、授时型接收机 按接收机信号分类：码相位、载波相位接收机 按接收机接收的载波频率分类：单频接收机、双频接收机问题补充：1、正常高：是以大地水准面为基础面测的的高程，水准观测获得的是正常高。2、双差固定解：理论上整周未知数N是一整数，但平差解算得到的是一实数，将实数确定为整数，在进一步平差时不作为未知数求解，这样的结果称为双差固定解。3、基线向量：用于表示不同测站之间相对位置的量。4、为什么要采用最小二乘法来处理G

25、PS观测数据？因为有多余观测，通过最小二乘法平差可以消除不等值，提高数据精度。5、在间接平差中，设有非线性函数f(x)，写出线性化过程，用矩阵形式列出误差方程，写出最小二乘法建立法方程的过程（求极值）。6、间接平差法有那几个步骤？1.确定七个未知数x，并求出近似值x02.列出误差方程，确定观测值的权，方程个数为观测值个数n。3.组成法方程，法方程的个数=参数的个数4.求法方程中的未知数x计算X=x0+x 5.将X代入误差方程求改正数V，由V再求出观测平差值。L=L+V7、测量平差的任务是什么？求平差值；评定测量结果的精度8、基线解算采用的基本模型是什么？误差方程的形式及各符号的含义是什双差基线

26、模型9、基线解算为什么多选择双差分模型?可以消除卫星钟差的影响；大大削弱了卫星星历误差的影响；大大削弱了对流层折射和电离层折射误差影响，在短距离内几乎可以完全消除其影响；看可以消除接收机钟差的影响。10、GPS网与地面网联合平差用来解决什么问题？11、进行GPS高程测量的意义是什么？12、简述利用曲面拟合法将GPS大地高转换为正常高的方法。13、GDOP是什么含义？多大为合适？其与卫星高度角、测站与GPS卫星构成的六面体体积之间的关系是什么。14、为什么要采用差分模型来建立观测方程？可以减少未知数个数15、什么是GPS的差分模型？、双差基线模型16、GPS相对定位的作业模式有哪些? 静态相对定向； 动态相对定向17、简述GPS定位的基本原理。18、与GPS绝对定位相比，GPS相对定位为什么能大大提高观测精度？19、GPS测量主要误差是如何分类的？20、测量平差中如何表示最小二乘法？21、利用最小二乘法进行曲线拟合的主要目的是什么？