GPS试题及答案文档格式.doc
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历元：
在天文学和卫星定位中，与所获取数据对应的时刻也称历元。
符合下列要求的周期运动现象可用作确定时间的基准：
·
运动是连续的、周期性的。
运动的周期应具有充分的稳定性。
运动的周期必须具有复现性，即在任何地方和时间，都可通过观察和实验，复现这种周期性运动。
第四章卫星运动的基础知识及GPS卫星的坐标计算
轨道：
卫星在空间运行的轨迹
轨道参数：
描述卫星轨道位置和状态的参数
卫星星历：
描述卫星运动轨道的信息，是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率
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，经解码获得所需的卫星星历，也称广播星历
后处理星历：
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，计算的卫星星历。
五、电磁波的传播与GPS卫星信号
GPS卫星所发射的信号包括载波信号、P码（或Y码）、C/A码和数据码（或D码）等多种信号分量，其中P码和C/A码统称为测距码。
（1）码的概念：
表达不同信息的二进制数及其组合，称为码
（2）随机噪声码：
对某一时刻来说，码元是0或1完全是随机的，这种码元幅度的取值完全无规律的码序列。
导航电文及其格式：
导航电文是包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（或D码）。
格式：
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10个字
30比特
绝对定位：
也称单点定位，是指在协议地球坐标系中，直接确定观测站相对于坐标原点（地球质心）绝对坐标的一种方法。
相对定位：
用至少两台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。
有静态相对定位和动态相对定位之分
静态定位：
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。
动态定位：
动态定位是以确定与各观测站相应的、运动中的、接收机载体的位置或轨迹的卫星定位。
伪距：
是由GPS观测而得的GPS观测站到卫星的距离，由于尚未对因“卫星时钟与接收机时钟同步误差”的影响加以改正，在所测距离中包含着时钟误差因素在内，故称“伪距”。
GPS动态定位发展特点：
1、被动式测距：
仪器本身不发送信号，只能被动的接受目标信号，根据信号传播的速度信号时间求单程距离。
主动式测距：
用电磁波测距仪发送信号，通过另一端的反射器反射回来，再由测距仪接受算出距离。
3、整周跳变：
在GPS接收机接受信号时，由于种种原因，接收机整波计数器在一定时间内记录下来的周数突然发生了变化，也就是错误地记录了周数，这种突变叫做整周跳变。
4、整数解：
将平差计算所得的整周未知数取为相近的整数，并作为已知数代入原方程，重新解算其它待定参数。
5、模糊度：
是在全球定位系统技术的载波相位测量时，载波相位与基准相位之间相位差的首观测值所对应的整周未知数。
6、差分GPS:
通过在固定测站和流动测站上进行同步观测，利用在固定测站上所测得GPS定位误差数据改正流动测站上定位结果的卫星定位。
7、广域差分GPS：
在一个相当大的区域中用相对较少的基准站组成差分GPS网，各基准站将求得的距离改正数发送给数据处理中心，由数据处理中心统一处理，将各种GPS观测误差源加以区分，然后再传给用户。
优点：
精度高且分布均匀、基准站个数较少；
缺点：
技术复杂，花费大
9、载波相位测量：
是利用接收机测定载波相位观测值或其差分观测值，经基线向量解算以获得两个同步观测站之间的基线向量坐标差的技术和方法。
10、SA技术：
人为地将误差引入卫星钟和卫星数据中，故意降低GPS精度。
其直接影响是C/A码的精度从原先的20m降低到100m。
11、单点定位：
即绝对定位。
12、GPS气象学：
利用GPS理论和技术来遥感地球大气，进行气象学的理论和方法研究，如测定大气温度及水汽含量，监测气候变化等，叫做GPS气象学
13、重建载波：
在GPS信号中由于已用相位调整的方法，在载波上调整了测距码和导航电文，因而接受的载波相位已不在连续，所以在进行载波相位之前要进行调试工作设法调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取载波。
14、多路径误差：
也叫多路径效应，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。
卫星分布的几何图形对精度因子的影响：
GPS绝对定位的误差与精度因子DOP的大小成正比，由于精度因子与所测卫星的空间分布有关，卫星的运动以及观测卫星的选择不同，所测卫星在空间分布的几何图形是变化的，导致精度因子的数值也是变化的。
静态相对定位：
用两台接接收机分别安置在基线的两个端点，其位置静止不动，同步观测相同的4颗以上卫星，确定两个端点在协议地球坐标系中的相对位置，这就叫做静态相对定位。
•消除或减弱一些具有系统性误差的影响，如卫星轨道误差、钟差和大气折射误差等。
•减少平差计算中未知数的个数。
动态相对定位：
用一台接收机安置在基准站上固定不动，另一台接收机安置在运动载体上，两台接收机同步观测相同卫星，以确定运动点相对基准站的实时位置。
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。
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。
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。
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。
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，则称该多边形环路为异步观测环，简称异步环．
独立观测环：
由非同步观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称独立环．
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
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。
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.
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。
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.
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。
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。
单差、双差、三差的概念、原理、优缺点：
单差:
在不同观测站，同步观测相同卫星所得观测量之差。
表示为；
优点是卫星钟差的影响已经消除。
双差：
在不同观测站，同步观测同一组卫星，所得单差之差。
符号表示为优点是消除了接收机钟差的影响。
缺点是可能组成的双差观测方程数将进一步减少。
缺点是观测方程数目明显减少，对未知参数的解算可能产生不利影响。
三差：
于不同历元，同步观测同一组卫星，所得观测量的双差之差。
优点是消除了整周未知数的影响
四、问答题
3、相对论效应的影响及其改正方法。
GPS卫星在高20200km的轨道上运行，卫星钟受狭义相对论效应和广义相对论效应的影响，其频率与地面静止钟相比，将发生频率偏移，这是精密定位中必须顾及的一种误差影响因素。
解决方法:
在制造卫星钟时预先把频率降为4.449*10e-10f
8、如何消除电离层折射的影响？
在电离层中，气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离，形成大量的自由电子和正离子。
当GNSS信号通过电离层时，信号的路径发生弯曲，传播速度也会发生变化，从而使测量的距离发生偏差。
双频观测、电离层延迟改正模型加以改正、相对观测（利用同步观测值求差）
1、如何用测距码来进行伪距测量？
（1）易于将十分微弱的卫星信号从噪声的汪洋大海中提取出来；
（2）可提高测距精度；
（3）可用码分多址技术来区分、处理不同卫星的信号；
（4）便于对整个系统进行控制和管理。
2、为什么快速而准确地确定整周模糊度是载波相位测量中的关键问题？
（1） 精确的Fr（）及修复周跳后的整周计数只有与正确的N配合使用才有意义，N出错将严重损害定位精度和可靠性。
（2） 在一般的GPS测量中，定位所需的时间即为确定模糊度所需的时间，快速确定N对提高GPS定位速度，提高作业效率具有重要作用。
4、零基线检验的方法、作用、目的分别是什么？
方法：
选择周围高度角10度以上无障碍的地方安放天线；
连接电源，两台gps接收机同步接收4颗以上卫星1-1.5小时；
交换功分器与接收机接口，再观测一个时段；
用随机软件计算基线坐标增量和基线长度；
作用：
将同一天线输出信号分成功率、相位相同的两路或多路信号送到接收机，然后将观测数据进行双差处理求得坐标增量，以检验固有误差；
目的：
消除卫星几何图形的影响、天线相位中心偏移、大气传播时间误差、信号多路径误差、仪器对中误差
5、什么叫线性组合观测值？
有什么作用？
在两个或多个观测站同步观测相同卫星的情况下，卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等对观测量的影响具有一定的相关性，卫星间求差、接收机间求差、不同历元间求差等求差法叫观测值的线性组合；
利用这些不同组合进行相对定位，可有效消除或减弱相关误差的影响，从而提高相对定位的精度。
6、什么是多路径误差？
多路径误差对测量的影响怎样？
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。
是GPS测量中的一种重要误差源,将严重损害GPS测量的精度,严重时还将引起信号的失锁。
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；
7、和信号传播有关的定位误差有哪些，各有什么特性？
（15分）
电离层延迟：
与电子含量成正比,与电磁波频率平方成反比；
对载波和测距码的影响大小相等，符号相反；
与电磁波传播方位有关
对流层延迟：
与传播方位有关、与信号频率无关
多路径效应：
对伪距测量的影响比载波相位测量的影响严重、取决于测站周围的环境和接收天线的性能
9、静态相对定位的差分方法：
上面三种
10、GPS应用方面的内容
大地控制测量中、精密工程测量及变形监测中、空中摄影测量中、线路勘测及隧道贯通测量中、地籍地形房地产、海洋测绘、智能交通、地球动力地震研究、气象航海、军事国防、航运航空、搜索、救援、遥感6）测量7）卫星定轨8资源勘探9）通讯10）广播、电视11）电力12）时间传递
11、gps外业注意事项？
明确任务、测区踏勘及收集资料、技术设计、器材准备及人员组织、选点及埋标、外业观测计划的拟定、外业观测、数据预处理、观测成果的外业检核
1、GPS系统包括三大部分：
空间部分——GPS卫星星座；
地面控制部分——地面监控系统；
用户部分——GPS接收机。
2、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。
3、GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。
4、GPS卫星位置采用WGS-84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GPS时间系统。
6、GPS卫星星历分为预报星历（广播星历）和后处理星历（精密星历）。
7、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。
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，这种现象称为整周跳变（周跳）
9、根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有：
点连式、边连式、网连式和边点混合连接四种基本方式。
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。
10、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。
11、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。
12、GPS接收机的天线类型主要有：
单板天线；
四螺旋形天线；
微带天线和锥形天线。
13、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。
14、单站差分按基准站发送信息的方式来分，可分为、位置差分伪距差分和载波相位差分。
15、与信号传播有关的误差有电离层折射误差、对流层折射误差及多路径效应误差。
16、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。
18、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
19、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。
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；
（a）（1分）
轨道椭圆偏心率（e）（或轨道椭圆的短半径）；
（1分）
卫星的真近点角；
（V）（1分）
升交点赤经；
（Ω）（1分）
轨道面倾角；
（i）（1分）
近地点角距。
（ω）（1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。
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;
b、测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中;
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、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。
通过在卫星间求一次差来消除接收机的钟差。
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（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（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（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；
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；
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。
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。
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）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。
（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。
（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。
（5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程。
判断
1、GPS系统是测时测距系统。
（√）
2、GPS数据预处理应先进行数据压缩，再周跳修复。
（×
）
3、GPS卫星的测距码和数据码是采用调相技术调制到载波上的。
4、利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层对电磁波信号延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。
5、全球定位系统具有高精度和自动测量的特点，但是受地形、天气等自然因素影响较大。
6、全球定位系统使用的卫星轨道均为近圆型，运行的周期约为24小时。
7、C/A码的码长较短，易于捕获，但码元宽度较大，测距精度较低，所以C/A码又称为捕获码或粗码。
8、由于GPS网的平差及精度评定，主要是由不同时段观测的基线组成异步闭合环的多少及闭合差大小所决定的，与基线边长度和其间所夹角度有关，所以异步网的网形结构与多余观测密切相关。
9、在接收机和卫星间求二次差，可消去两测站接收机的相对钟差改正。
在实践中应用甚广。
10、开普勒第一定律告诉我们：
卫星的地心向径，在相等的时间内所扫过的面积相等。
1、子午卫星导航系统采用24颗卫星，并都通过地球的南北极运行。
2、GPS定位精度同卫星与测站构成的图形强度有关，与能同步跟踪的卫星数和接收机使用的通道数无关。
3、GPS的测距码（C/A码和P码）是随机噪声码。
4、用高次差的方法进行整周跳变的修复中，对于稳定性为10-10的接收机始终，观测间隔为15s，L1的频率为1.57542×
109HZ，用求差的方法甚至可以探测出只有几种的小周跳。
5、在载波相位双差（先测站之间求差，后卫星之间求差）观测方程中，整周未知数已被消去。
6、GPS卫星向全球用户播发的星历，是通过交付民用的p码和用于军事目的导航定位的C/A码两种波码进行传送的。
7、由于GPS网的平差及精度评定，主要是由不同时段观测的基线组成异步闭合环的多少及闭合差大小所决定的，与基线边长度和其间所夹角度有关，所以异步网的网形结构与多余观测密切相关。
8、GPS定位直接获得的高程是似大地水准面上的正常高。
10、GPS基线向量网的平差分为三种类型，其中非自由网平差与联合平差是解决GPS成果转换的有效手段。
1.理想情况下的卫星运动，是将地球视作非匀质球体，且不顾及其它摄动力的影响，卫星只是在地球质心引力作用下而运动。
2.协调世界时是综合了世界时与原子时的另一种记时方
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