GPS测量与数据处理复习.doc
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第1章
1.1GNSS的全称是什么？
包括哪些系统？
P9
全球导航卫星系统，包括：
美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS、欧盟正在筹建的伽利略（Galileo）
1.2GPS产生的背景？
p5
因为美国海军研制、开发、管理的第一代卫星系统——子午卫星系统存在：
（1）一次定位所需的时间过长；
（2）不是一个连续的、独立的卫星导航系统等缺点，所以在该系统投入使用不久，美国国防部组织海、陆、空三军着手研制第二代卫星导航定位系统——全球定位系统GPS.
1.3美国的GPS政策有哪些？
各自的含义及其对定位的影响如何？
P7
SA政策：
含义：
选择可用性
影响：
大幅降低民用定位精度
AS政策：
含义：
反电子欺骗
影响：
限制广大非特许用户使用Y码的可能性；增加载波相位测量数据处理的难度
降低单点定位的精度；降低长距离相对定位的精度；AS技术会对高精度相对定位数据处理整周未知数的确定带来不便。
1.4美国GPS政策发生变化的原因？
p8
（1）前苏联的解体和东欧国家所发生的变更使国家形势发生了很大的变化。
美国政府有必要对GPS政策作出相应调整。
（2）GPS产业已成为美国经济发展中新的增长点，为美国提供了成千上万个就业机会。
（3）未经美国政府授权的广大用户利用差分GPS等技术已能较好地解决实施SA政策所产生的问题。
（4）俄罗斯管理的GLONASS卫星定位系统早已宣布不实施SA政策，所以其导航地位精度要比实施SA政策的GPS高得多。
1.5GPS现代化的内容有哪些？
p8
（1）在BlockIIR-M及BlockIIF卫星及随后的GPS卫星的L2载波上调制民用码。
（2）在BlockIIF卫星及随后的GPS卫星上增设频率为1176.45MHz的L5信号。
（3）在L1和L2上增设军用码M码。
（4）阻止、干扰敌对方使用全球定位系统。
1.6目前区域导航系统有哪些？
为什么说北斗仍属于区域卫星导航系统？
P18
有我国的北斗卫星导航定位系统、印度的卫星导航系统；
因为目前北斗的定位范围只覆盖中国领土、领海及部分周边地区在内的用户提供实时的三维导航定位和定位服务。
1.7什么是PPS和SPS，分别采用什么测距码？
P7
GPS系统针对不同用户提供两种不同类型的服务。
一种是标准定位服务SPS（C/A码），另一种是精密定位服务PPS（P码）。
SPS主要面向全世界的民用用户。
PPS主要面向美国及其盟国的军事部门以及民用的特许用户。
第3章
3.1什么是RINEX数据格式，其定位了哪几种文件？
哪些是导航定位中必需的？
P240
RINEX（与接收机无关的交换格式）是一种在GPS测量应用中普遍采用的标准数据格式，该格式采用文本文件形式存储数据，数据记录格式与接收机的制造厂商和具体型号无关。
包括6种不同类型的数据文件：
观测数据文件（O文件）、GPS导航电文文件（N文件）、气象数据文件（M文件）、GLONASS导航电文文件（G文件）、GEO导航电文文件（H文件）、接收机钟文件（C文件），其中观测数据文件、导航文件是导航定位中所必须的。
3.2全球定位系统由哪三部分构成，各自的作用是什么？
P40
（1）空间部分：
向用户播发用于进行导航定位的测距信号和导航电文，并接收来自地面监控系统的各种信息和命令以维持系统的正常运转。
（2）地面监控部分：
跟踪GPS卫星，确定卫星的运行轨道及卫星钟改正数，进行预报后，再按规定格式编制成导航电文，并通过注入站送往卫星。
还能通过注入站向卫星发布各种指令，调整卫星的轨道及时钟读数，修复故障或启用备用件等。
（3）用户部分：
用GPS接收机来测定从接收机至GPS卫星的距离，并根据卫星星历所给出的观测瞬间卫星在空间的位置等信息求出自己的三维位置、三维运动速度和钟差参数等。
3.3什么是GPS卫星星座？
P43
发射入轨能正常工作的GPS卫星的集合，共24颗卫星组成。
（截止高度15°时，能观测4-8颗卫星；10°：
最多能同时观测10颗卫星；5°：
最多能同时观测12颗卫星）
3.4GPS接收机的分类?
p45
按用途不同可分为导航型接收机、测量型接收机、授时型接收机
按卫星信号频率数可分为单频接收机和双频接收机
3.5GPS卫星信号包括哪些？
P47
GPS卫星发射的信号由载波、测距码和导航电文三部分组成。
3.6GPS采用多个载波频率的主要目的是什么？
P47
用多个载波频率的主要目的是为了更好的消除电离层延迟，组成更多的线性组合观察值。
3.7C/A码的作用是什么？
P51
（1）捕获卫星信号
（2）粗略测距
3.8什么是导航电文？
其主要内容有哪些？
P56
导航电文是由GPS卫星向用户播发的一组反映卫星在空间的运行轨道、卫星钟的改造参数、电离层延迟修正参数及卫星的工作状态等信息的二进制代码，也称数据码（D码）。
（1）第一数据块
（1）遥测字：
第1字帧的第1个字是遥测字，作为捕获导航电文的前导。
（2）交换字：
第1字帧的第2个字是交换字，交换字的用途是为了使用户在捕获C/A解调出导航电文后能够尽快捕获P（Y）码。
（3）星期数：
WN给出了GPS星期数。
（4）用户测距精度：
第3个字的第12~16比特中给出了该卫星的URA值得指数。
（5）卫星的健康状况：
第3个字的第17~2比特中给出了该卫星的工作状况是否正常的信息。
（6）信号和信号的群延之差:
从信号开始生成到最后离开卫星发射天线的相位中心之间的时间称为信号群延。
（7）钟参数的数据龄期：
钟参数的数据龄期（AODC）为：
式中为卫星钟参数的参考时刻，由导航电文给出；为计算这些参数时所用到的观察资料中最后一次观测值得时间。
（8）卫星钟误差系数、、：
在导航电文有效时间段内，任一时刻t卫星钟相对于标准的GPS时间的误差可用下式来表示：
式中为参考时刻时的卫星钟差；为参考时刻时卫星钟速，也称频偏；为参考时刻时的卫星钟的加速度的一半；为由于GPS卫星非圆轨道引起的相对论效应的修正项；二次多项式的系数、、由导航电文给出。
（2）第二数据块
描述GPS卫星轨道的参数，利用这些参数可以求出导航电文有效时间内任一时刻卫星在空间的位置及运动速度。
包含的参数：
①星历参考时刻时的轨道根数②9个轨道摄动参数③其他参数
（3）第三数据块
给出其他卫星的概略轨道及概略的卫星钟差参数，以便使用户能了解整个GPS卫星星座的总体情况。
包含的参数：
①卫星历书②卫星的健康状况③AS标识及卫星类型标识④表示GPS时与UTC之间的关系的参数⑤电离层改正参数
3.9导航电文中的参考时刻有哪几个？
卫星星历参考时刻、卫星钟参数的参考时刻
3.10如何根据导航电文计算卫星钟钟差？
并说明公式中各符号的含义？
P62
：
卫星钟钟差；：
卫星钟参数的参考时刻；：
参考时刻时的卫星钟差；：
参考时刻时的卫星钟的钟速，也称频偏；：
参考时刻时的卫星钟的加速度的一半；：
由于GPS卫星非圆形轨道而引起的相对论效应修正项。
、、由导航电文给出。
3.11什么是精密星历？
精密星历有哪几种类型？
P74
精密星历是按一定的时间间隔（通常为15min）来给出卫星在空间的三维坐标、三维运动速度及卫星改正数等信息。
3.12如何根据导航电文计算卫星的坐标？
3.13如何根据精密星历计算卫星的坐标？
第4章
4.1GPS定位中的误差源有哪些？
P75
与卫星有关的误差、与信号传播有关的误差、与接收机有关的误差
消除或削弱的方法：
1、建立误差改正模型
2、求差法
3、选择较好的硬件和较好的观测条件
4.2与卫星有关的误差有哪些？
如何消除或削弱？
P75
①卫星星历误差p84，消除或削弱的方法：
1、采用精密星历
2、采用相对定位模式
3、建立自己的卫星跟踪独立定轨
4、忽略轨道误差
②卫星钟的钟误差p80，处理方法：
1、忽略卫星钟的数学同步误差
2、通过其他渠道获取精确地卫星钟差
3、通过观测值相减来消除公共的钟差项
③相对论效应p77
4.3与传播路径有关的误差有哪些？
如何消除或削弱？
①电离层延迟p92，消除方法：
1、建立经验公式
2、双频观测
3、建立实测模型
4、同步观测求差
②对流层延迟p107，1、普通测量常用模型：
霍普菲尔德模型、萨斯塔莫宁模型、勃兰克模型
2、高精度测量改正方法：
将对流层延迟当作待定参数、采用随机模型
③多路径效应p116，削弱的方法：
1、选择合适的站址
2、选择合适的GPS接收机
3、适当延长观测时间
4.4与接收机有关的误差有哪些？
如何消除或削弱？
P76
①接收机的钟误差（求差法）
②接收机的位置误差
③接收机的测量噪声（延长观测时间）
4.5在相对论的影响下，卫星钟的变化情况？
4.6什么是卫星星历误差？
P84
由卫星星历给出的的卫星轨道与卫星的实际轨道之差称为卫星星历误差
4.7与空间相关的误差有哪些？
4.8IGS提供的卫星星历有哪些？
P86
GPS和GLONASS卫星星历
4.9电离层模型是什么？
P97
表述电离层中的电子密度、离子密度、电子温度、离子温度、离子成分和总电子含量等参数的时空变化规律的一些数学公式称为电离层模型。
（本特模型、国际电离层模型、克罗布歇模型）
4.10如何利用双频观测值消除电离层误差的影响？
P99
如果能卫星同时用两种频率来发射信号，那么这两种不同频率的信号就将沿着同一路径传播到接收机。
如果我们能够精确确定这两种不同频率的信号到达接收机的时间差，就能分别反推出他们各自所受到的电离层延迟。
4.11电离层延迟的双频改正法的基础是什么？
P99
色散效应
4.12电离层延迟的双频改正是如何实现的，试推导公式？
P99
将两式相减有：
所以，
只要精确测定两种不同频率的信号到达接收机的时间差，或用这两种不同频率的测距信号分别测定了从卫星至接收机间的伪距和后，就能精确计算出这两种信号的电离层延迟改正和
4.13对流层延迟对GPS信号不具备色散效应？
P107
对于微波信号来说，由于其波长太长，所以对流层不存在色散效应。
4.14什么是多路径误差，如何削弱？
P118
由于多个路径的信号传播所引起的干涉时延效应，削弱：
1、选择合适的站址
2、选择合适的GPS接收机
3、适当延长观测时间
第5章
5.1什么是伪距？
P126
由于受到卫星钟与接收机钟不同步误差以及电离层延迟和对流层延迟的影响，由GPS观测而得的GPS观测站到卫星的距离并不是真正的距离，故称“伪距”。
5.2测码伪距观测方程及其各符号的含义？
P130
（i=1,2,3.....）
:
伪距观测值;（，，：
根据卫星星历所求得的卫星在空间的位置；（，，：
接收机观测瞬间在空间的位置；c：
光速；：
接收机钟差；：
卫星钟差；：
电离层延迟改正；：
对流层延迟改正
5.3什么是码分多址技术
CDMA（码分多址）是一种以扩频通信为基础的载波调制和多址连接技术。
5.5用测距码测定伪距的原因是什么？
P128
1、易于将微弱的卫星信号提取出来
2、可提高测距精度
3、便于码分多址技术对卫星信号进行识别和处理
4、便于对系统进行控制和管理
5.6进行载波相位测量的原因是什么？
P131
测距码的码元宽度较大，因而测量精度不高，只能满足卫星导航和低精度定位的要求。
5.7什么是重建载波？
P131
由于GPS信号中已用二进制相位调制的方法在载波上调制了测距码和导航电文，因此接收到的卫星信号（调制波）的相位已经不再连续。
5.8载波相位测量的实际观测值？
P135
：
整周计数；：
不足一周的部分
5.9载波相位观测方程及其各符号的含义？
P135
:
卫星到接收机的几何距离；f:
：
载波频率；：
载波波长；：
接收机钟差；：
卫星钟差；：
电离层延迟改正；：
对流层延迟改正；：
整周整周模糊度
5.10测相伪距观测方程及其各符号的含义？
P135
:
卫星到接收机的几何距离；c:
光速；：
载波波长；：
接收机钟差；：
卫星钟差；：
电离层延迟改正；：
对流层延迟改正；：
整周整周模糊度
5.11GPS测量中为什么广泛采用双差解而不采用三差解？
P140
1、三差解和双差解工作量相当
2、三差解实际上是一种浮点解，几何强度较差
5.12测站间求差，卫星间求差，历元间求差各自的优点是什么？
测站间求差：
1.消去卫星钟差影响；2.削弱电离层延迟误差；3.削弱对流层延迟误差；4.削弱卫星星历误差
卫星间求差：
1.消去接收机钟差影响；2.进一步削弱电离层延迟误差、对流层延迟误差、卫星星历误差
历元间求差：
1.消去整周模糊度；2.电离层延迟误差、对流层延迟误差、卫星星历误差削弱至很小
5.13单差、双差、三差的主要目的是什么？
P136
单差：
消去卫星钟差影响
双差：
消去接收机钟差影响
三差：
消去整周模糊度
5.14单差、双差、三差方程个数及方程中未知数个数的计算？
单差：
方程个数=，5个未知数
双差：
方程个数=，4个未知数
三差：
方程个数=，3个未知数
5.15求差法的缺点是什么？
P140
1、数据的利用率较低
2、受到观测值之间的相关性的影响
3、解的通用性差
5.16宽巷与窄巷组合的优缺点是什么？
P142
宽巷优点：
宽项观测值波长达86cm，很容易准确确定其整周模糊度
缺点：
测量噪声较大
窄巷优点：
缺点：
5.17什么是周跳，产生周跳的原因是什么？
P144
由于某种原因在两个观测历元间的某一段时间计数器中止了正常的累计工作，从而使整周计数较应有指少了n周，那么当计数器恢复正常工作后，所有的载波相位观测值中的整周计数便会含有同一偏差值——较正常值少n值。
这种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称为整周跳变，简称周跳。
原因：
卫星信号被某障碍物阻挡而无法到达接收机；由于外界干扰或接收机所处的动态条件恶劣而引起卫星信号失锁等。
5.18高次差法探测与修复周跳的能力如何？
较小的周跳不易发现
5.19高次差法探测与修复的原理？
P145
一次差实际上就是相邻两个观测历元卫星至接收机的距离之差（以载波的波长为长度单位），也等于这两个历元间的卫星的径向速度（）的平均值与采样间隔（）的乘积，而径向速度的变化就要平缓得多。
同样，在两个相邻的一次差间继续求差就可求得二次差。
二次差为卫星的径向加速度（）的平均值与采样间隔之乘积，变化更加平缓。
采用同样的方法求至四次差时，其值已趋近与零，其残余误差已经呈偶然误差特性。
5.20什么是整周模糊度？
整周模糊度又称整周未知数，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。
5.21什么是走走停停（GoandStop）法？
P153
首先通过初始化的过程来快速确定整周模糊度，然后再通过对卫星进行连续观测（包括接收机在迁站过程中）来保持和传递这些整周模糊度，这样当接收机迁至新的测站后，就无需重新确定整周模糊度，用少数几个历元的观测值就能在短基线向量上获得厘米级的定位结果。
5.22什么是快速静态定位法？
5.23什么是单点定位，其成果属于什么坐标系？
P160
利用卫星星历及一台GPS接收机的观测值来独立确定该接收机在地球坐标系中绝对坐标的方法，也称绝对定位。
其成果属于卫星星历所采用的坐标系（WGS-84）
5.24单点定位的误差源有哪些？
卫星星历误差及卫星钟误差:
包括卫星位置误差和卫星钟差
5.25什么是PPP技术？
P162
精密单点定位指的是利用载波相位观测值以及由IGS等组织提供的高精度的卫星星历及卫星钟差来进行高精度单点定位的方法。
5.26什么是相对定位；静态定位；动态定位；准动态定位？
p162
相对定位:
确定同步跟踪相同的GPS卫星信号的若干台接收机之间的相对位置（坐标差）
定位方法
静态定位:
如果待定点在地固坐标系中的位置没有可觉察到的变化，或虽然有可察觉到的变化，但由于这种变化是如此缓慢，以致在一个时段内（一般为数小时至数天）可略而不计，只有在第二次复测时（间隔一般为数月至数年）其变化才能反映出来，因而在进行数据处理时，整个时段内的待定点坐标都可以认为是固定不变的一组常数。
确定这些待定点的位置成为静态定位。
动态定位:
如果在一个时段内，待定点在地固坐标系中的位置有显著变化，每个观测瞬间待定点的位置各有不同，则在进行数据处理时，每个历元的待定点坐标均需作为一组未知参数，确定这些载体在不同时刻的瞬间位置的工作称为动态定位。
准动态定位:
由于迁站过程中，接收机需向动态测量中一样保持对卫星的连续观测，故有人将其称为准动态定位。
5.27什么是RTK、它的构成部分有哪些？
p168
RTK是一种利用GPS载波相位观测值进行实时动态相对定位的技术。
由基准站和流动站构成。
5.28RTK软件应具有哪些功能？
p168
1.快速而准确地确定整周模糊度
2.基线向量解算
3.结算结果的质量分析与精度评定
4.坐标转换，即可根据已知的坐标转换参数进行转换，也可根据公共点的两套坐标，自行求解坐标转换参数
5.29RTK的特点及缺陷？
p168
1.随着流动站与基准站之间的距离的增加，各种误差的空间相关性迅速下降，导致观测时间的增加，甚至无法固定整周模糊度而只能获得浮点解，因此在RTK测量中流动站与基准站之间的距离一般为15km以内。
2.由于流动站的坐标只是根据一个基准站来确定的，因此可靠性较差。
5.30什么是PPK技术？
p168
PPK技术是一种与RTK相对应的技术，这是一种利用载波相位观测值进行事后处理的动态相对定位技术。
5.31网络RTK技术产生的背景？
p169
在常规RTK测量中，我们需要对流动站与基准站之间的距离加以限制（15km），以便使基准站和流动站之间能保持较好的空间相关性，从而把残余误差控制在允许范围内，以确保定位精度。
5.32网络RTK技术及其构成？
p169
构成：
基准站网、数据处理及数据播发中心、数据通信链路、用户
5.33网络RTK技术中常用的方法有哪些？
p170
1.虚拟参考站技术
2.主辅站技术
3.区域改正数法
5.34什么是CORS系统？
p171
连续运行参考系统（CORS）是一种以提供卫星导航定位服务为主的服务系统
5.35CORS系统的功能有哪些？
p171
1.CORS系统可以向系统覆盖范围内的地面车辆、船舶和飞机等交通运输部门的用户提供差分GPS服务及车辆的调度、管理等服务。
2.CORS系统可以向工程测量、数字测图、地籍测量、GIS数据采集及更新的用户提供网络RTK服务，使这些用户能快速地获得厘米级的定位结果，从而成为获取空间地理信息的一种有效手段。
3.大地测量用户即使只用一台接收机进行观测，也可以通过下载周围的参考站的载波相位观测值和站坐标的方法来实现高精度的静态相对定位，进而获得精确的大地坐标。
4.利用各参考站上所进行的长期连续的GPS观测值，不难求出这些站在不同时间的站坐标序列，从而为系统覆盖区提供一组动态的大地测量参考框架。
5.由于在求解参考站的站坐标（基线向量）的同时还能精确地确定参考站钟的钟差（相对钟差），因而时间服务部门也可以利用CORS系统来进行高精度的授时或时间比对工作。
6.GPS气象学研究：
在数据处理过程中，还可以较准确地估计出不同时间参考站天顶方向的总的对流层延迟量。
根据参考站上的气象观测数据，并利用对流层延迟模型也可求得对流层延迟中的流体静力学延迟（对流层延迟中干分量），将总延迟减去流体静力学延迟后即可求得对流层延迟中的湿分量，进而可解出测站上空的水汽含量及可降水分，用于大气预报及气象学研究。
7.建立电离层延迟模型：
利用参考站上的观测值还可确定GPS信号传播路径的总电子含量TEC，进而建立电离层延迟模型。
5.36差分GPS分类？
p176
1、单基站差分GPS
2、具有多个基站的局部区域的差分GPS
3、广域差分GPS
5.37差分GPS的基本工作原理？
p173
如果我们能在已知点上配备一台GPS接收机并和用户一起进行GPS观测，就能求得每个观测时刻由于卫星星历误差、大气延迟（电离层延迟、对流层延迟）误差和卫星的钟差等误差而造成的影响（如将GPS单点定位所求得的结果与已知站坐标比较，就能求得上述误差对站坐标的影响）。
假如该已知点还能通过数据通信链将求得的误差改正数及时发送给在附近工作的用户，那么这些用户在施加上述改正数后，其定位精度就能大幅度提高，这就是差分GPS的基本工作原理。
5.38位置差分与伪距差分的优缺点？
p174
位置差分：
优点：
采用位置差分时计算较为简单，数据传输量也较少少。
缺点：
基准站上一般都配备通道数较多、能同时跟踪视场中所有GPS卫星的接收机，而用户大多配备通道数较少的导航型接收机，当视场中的GPS卫星较多时，基准站根据所有可见卫星所求得的坐标改正数与用户仅根据其中部分卫星（由于通道数有限）所求得的结果之间往往会不太匹配，相关性较差，从而影响其精度。
伪距差分：
5.39什么是单基准站差分GPS？
p176
仅仅根据一个基准站所提供的差分改正信息进行改正的差分GPS技术（系统），称为单基准站差分GPS技术，简称单站差分GPS
5.40什么是单基准站差分GPS的优缺点？
p177
优点：
结构和算法简单，技术上较为成熟，特别适于小范围内的差分定位工作。
缺点：
采用单站差分GPS时用户只能收到一个基准站的改正信号，所以系统的可靠性较差。
5.41什么是局域差分GPS？
其主要数学模型模型有哪些？
在某一局部区域中设若干个基准站，用户根据多个基准站所提供的改正信息经平差计算后求得自己的改正数，这种差分GPS定位技术称为具有多个基准站的局部区域的差分GPS技术，简称局域差分GPS
数学模型：
一般的加权平均法、偏导数法、
5.42局域差分GPS的优缺点？
p178
优点：
由于具有多个基准站而且顾及了位置差分对改正数的影响，所以整个系统的可靠性和用户的精度都有较大提高。
缺点：
无论单站
升级会员 