《GPS原理与应用》复习有问题详解.docx

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《GPS原理与应用》复习有问题详解

《全球定位系统原理与应用》复习与思考

1、了解美国60年代初期研制的子午卫星导航系统组成。

1）卫星星座：

由6颗独立轨道的极轨卫星组成

（i=90°，T=107min，H=1075km）

2）地面设有：

4个卫星跟踪站，1个计算中心，1个控制中心，2个注入站，

海军天文台（负责卫星钟差，钟频改正）

2、了解美国90年代初期建成全球定位系统（GPS）的系统组成。

3、了解我国的北斗一号导航系统的组成，定位精度如何。

定位精度：

平面：

±20m垂直：

±10m

4、GPS卫星的测距码（C/A码）如何产生有何作用？

产生：

它是由两个10级反馈移位寄存器产生

作用：

识别卫星，锁定信号，测量距离，解扩D码，捕获P码

5、掌握二进数列的模二和或者波形积的运算法则及其简单运算。

模二和：

波形积：

运算例子：

1001110010←（A）

0100111001

（B）

1101001011←（C）

3运算规律：

6、认知和掌握两个结构相同m序列模二和后，在码相同步以及码相不同步时的自相关系数学表达的差异。

7、记忆卫星轨道开普勒六根数为的名称及代号。

轨道半长径的平方根（m）/轨道偏心率/历元toe的轨道倾角（弧度）/

历元toe的升交点准经度（弧度）/近地点角距（弧度）/历元toe的平近点角（弧度）

8、导航型GPS接收机可分为哪几种类型？

船载型，车载型，机载型，星载型

9、测地型GPS接收机可分为哪几种类型？

单站差分型，局域差分型，广域差分型

10、了解重建载波信号的方法和原理。

11、了解GPS接收机微处理器（CPU）的工作程序。

12、用什么方法可以求解整周未知数（整周模糊度）？

1）已知点坐标法2）多普勒法（四差法）3）伪距法4）经典方法5）快速确定整周未知数法；

13、用什么方法可以测定整周计数Intφ？

连续测量：

当被跟踪卫星有视向位移时，还可根据载波信号的相位差变化量，读出相位变化的整周计数（Intφ）。

14、了解GPS接收机载波相位测定时，产生周跳原因的各种原因。

15、了解整周跳变探测修复的各种方法。

荧幕扫描探测法

①此法目视判断直观，早期被广泛使用。

②只能发现大周跳，无法精确修复。

高次差探测法

①此法可发现几十周的跳变。

②原理与差值含义（55~56页表）：

③可利用高次插值公式，内插修复。

④但对于1~2周的跳变无法探测修复。

多项式拟合法

①此法可修复几周的跳变。

②能实现计算机自动探测修复。

③拟合公式：

ΔIntφi=a0+a1（ti-ti-1）+a2（ti-ti-1）2+a3（ti-ti-1）3+a4（ti-ti-1）4

④计算步骤：

用i=0~5项，列方程求系数a0~4

用公式预报ΔIntφ6与实测ΔIntφ6比较

如无误用i=1~6，重新求系数a0~4

用公式预报ΔIntφ7与实测ΔIntφ7比较

如有误用ΔIntφ7修复实测ΔIntφ7

修复后用i=2~7，重新求系数a0~4.......

在卫星间求差法

此法可探测修复1~2周的跳变（随机跳变）。

②并可甄别随机跳变或系统误差。

③计算步骤：

用不同卫星的四次差在相同历元间求差。

发现周跳则逐周修改原始数据重新求四次差。

直至四次差之差的残差很小为止。

4有随机跳变的卫星不能太多。

5）用双频观测值修复周跳法

16、了解美国GPS政策以及对付美国GPS政策的方法。

17、哪些GPS测量误差可通过差分技术消除？

哪些GPS测量误差不能通过差分技术消除？

可消除：

①卫星钟差；②星历误差；⑥本机钟差。

不可消除：

⑤多路径反射；⑦通道误差。

18、比较局域差分和广域差分的定位定位原理和定位精度方面的差异。

局域

广域

1.由多个基准站构成GPS差分网络

2.差分数据通过网平差后提高改正参数精度

3.将改正参数发送用户

1.主控站对各种定位误差独立解算——用户分别修正

19、了解位置差分的条件、原理和优缺点。

条件：

1）基准站与用户必须观测同一组卫星，即范围在100km之内

2）已知基准站的GWS-84的精密坐标（X0，Y0，Z0）

原理：

1）基准站通过GPS卫星，实时（t0）测定本站坐标（X，Y，Z）

2）计算坐标改正数及其时间导数

3）将改正参数发送用户，修正实测坐标（X’p，Y’p，Z’p）

优点：

计算简单，适用于各种GPS定位仪

缺点：

用户接收机通道越少或定位相对距离越远，精度越低（<50km为宜）

20、了解伪距差分的条件、原理和优缺点。

条件：

1）基准站与用户至少有4颗相同的观测卫星

2）已知基准站的GWS-84的精密坐标（X0，Y0，Z0）

原理：

1）基准站通过卫星（i）星历坐标（Xi，Yi，Zi），实时（t0）计算站星几何距离（Di）

2）基准站测定卫星（i）t0时刻的伪距

3）计算t0时刻的伪距改正数及其时间导数

4）将改正参数发送用户P，修正t0时实测伪距，计算即时（t）P点坐标

优点：

计算简单，适用于各种GPS定位仪，用户接收通道与定位精度关联不大

缺点：

定位相对距离越远，精度越低（<100km）

21、了解单点定位几何精度（GDOP）的涵义。

涵义：

由GPS于接收机作顶点构成的多面体的体积V决定的测量精度。

22、理解GPS的绝对定位和相对定位的涵义和原理。

绝对定位

相对定位

涵义

用单台GPS定位仪独立测量，解算未知点坐标的过程。

在一定距离内，用两台以上GPS定位仪同时测量站星距离，通过求差的方法解算测点间基线向量的过程。

原理

绝对定位条件：

同时接收三颗GPS卫星信号可解算测点的二维坐标。

接收四颗以上GPS卫星信号可解算测点的三维坐标。

相对定位条件：

至少知道一个已知点的三维坐标（GWS-84）。

23、了解同步环、异步环、独立环、独立基线、非独立基线的涵义及其作用，如果只观测一个时段如何确定独立基线数和基线总数？

同步环：

3台以上接收机同步观测所得的基线闭合环。

（可提高测量点的解算精度）

异步环：

含有非同步观测基线的闭合环。

（起发现粗差，检测精度的作用）

独立环：

各边均由独立观测基线构成的闭合环。

独立基线：

N台接收机同步观测，可得N-1条独立基线。

（能够确定同步观测点坐标的最少基线数）

非独立基线：

在同步环中除了独立基线之外的基线。

（可检测独立基线所计算的点坐标）

24、了解GPS网测量过程的各种连接方式及其特点。

1）星形连接

2）点连式

3）边连式图形

4）边点混合连接式

5）网连式

6）三角锁连接

25、简述子午卫星导航定位原理。

在已知子午卫星空间坐标前提下，利用一颗卫星信号的多普勒效应，测定该卫星4个时段相对观察者的视向位移，通过部列4个双曲面方程求解出测点坐标。

26、简述GPS卫星导航定位原理。

GPS接收机利用码分多址技术与码相关锁相放大技术，同时对4颗以上的卫星进行伪距测定，再通过修正后的站星几何距离解算站位坐标。

27、简述我国双星卫星（北斗1号）导航系统定位原理。

地面中心站通过2颗静止卫星传送测距信号，根据用户应答信号的时差计算星户及用户坐标，求出用户坐标再用地面数字高程模型读出用户高程，再让卫星转告用户。

28、试述我国自主知识产权《北斗导航定位系统》的发展阶段。

第一阶段：

2003年建成两颗静止卫星的局域有源定位系统；

第二阶段：

2012年建成亚太地区的局域无源定位系统；

第三阶段：

2020你建成覆盖全球无源定位系统，并兼有短报文服务；其开放服务和授权服务的精度都比目前GPS系统高。

29、试述GPS测量控制网的设计原则与与要求（课件PPT196页）。

原则：

1）通视原则：

GPS网点至少要有一个方向通视。

2）开阔原则：

网点地平面15°以上的天区不能有遮挡。

3）便利原则：

测点应选在交通便利，上点方便且站标易于保存的地方。

4）利用旧站原则：

不违反上述原则前提下尽量利用旧站标。

5）异步环检测原则：

为了检验观测精度的可靠，异步环或复合线路的边数不能超过国家规定。

6）复测原则：

各网点至少独立观测量个时段，增加复测基线。

要求：

1）防止干扰：

在测点200m范围内不能有强电磁波干扰源（包括高压电线）

2）防止反射：

测点应远离对电磁波反射强烈的高压建筑，成片水体等地物。

30、试述GPS在航空遥感中的应用。

一、各历元机载GPS天线相位中心的确定：

机载天线相位中心是通过GPS动态差分（RTK）技术确定的。

地面基准站与遥感飞机通过无线电链接差分信号。

遥感飞机利用整周模糊度航测解算OTF软件，解决了传统动态测量的长时间静态初始化问题。

可以快速读出飞行状态各历元机载GPS天线相位中心。

二、曝光时刻机载GPS天线相位中心的内插：

由于曝光时刻与确定机载GPS天线相位中心的时刻不重合，故曝光时刻的天线相位中心必须内插获得。

遥感曝光瞬间通过TTL电平脉冲在GPS数据流中打上标记。

如果计时精度±2μs航速200m/s，内插精度可达0.4mm。

三、将内插的WGS-84坐标转换为国家地理坐标系：

首先地面基准站GPS天线相位中心要有明确的双重坐标系。

其次航拍时附近地面还要有另一个具有双重坐标的联测点。

这样航拍曝光的内插相位中心，就可以通过有约束平差实现成果转换获得——国家地理坐标系。

31、试述RTK的工作原理及其在地籍房产中的应用。

32、试述测量韶大E级大地测量工程网外业和内业的工作过程。

（1）做好测量前的准备工作：

布点规划：

在地形图上根据控制点的几何关系，大致做出测量控制点的规划，再到实地勘察落实是否满足观测条件；

标志埋没：

在测量点上的基岩或者水泥混凝土上，按国家《规划》埋没金属标志，并在旁边刻上待测点的点号；

转点设计：

在地形图上根据待测控制点的集合关系以及运筹学的方法，确认各时段测量的顺序和转点方案。

时间同步：

各测量点测站在对中整平、天线斜高测定输入数据后，用手机相互通知做到同步开机和各时段测量完毕同步关机。

（2）GPS测量仪器的架设

为了避免路过车辆及行人的影响，仪器接受天线尽量架高。

一般以水平调整气泡略低于站立观察者水平视线为宜。

然后大致对中后即可调整水平，再通过观察镜精确对中。

对中整平完成后就锁定水平移动螺母，天线定向开机待测。

（3）GPS测量仪的开启和设置

轻按接收机电源开关以及遥控器电源开关自动链接接收机。

在遥控器选择“采集设置”项，正确输入数据

必须输入：

站名、天线斜高、时段、按Enter键发送接收机。

每时段观测时间约为45~60min。

33、试举例说明GPS在海洋测绘中的应用。

1）利用GPS进行高精度海洋定位

A．利用岸基多个基准站进行海洋物探定位和钻井平台定位；

B．用两艘具有高精度GPS定位的物探船只对人工地震波接收的时间差，可以推断海底地质构造达到找油找矿的目的。

2）中国沿海RNB/DGPS系统

34、试举例说明GPS在交通系统中的应用。

1）通过车载GPS接收机使驾驶员能够随时知道自己的具体位置；

2）通过车载电台将GPS定位信息发送给调度指挥中心，调度指挥中心便可及时掌握各车辆的具体位置，并在大屏幕电子地图上显示出来。

一、车辆自主导航定位系统：

车载导航是通过GPS动态伪码测距定位（精度10m左右），然后可将汽车运动的方向矢展示在电子地图上。

GPS车载导航应具有的基本功能包括：

GPS卫星导航定位、电子地图浏览查询、智能的路线规划、全程的语音提示。

车载导航系统是有车一族以及物流驾驶员的得力领航助手。

我国2006年搭载导航功能的车载影音系统需求量约14.7万台、预计2013年将增长到174.3万台。

2000年世界车辆导航的总投资已达到30亿美元。

GPS车载导航系统还衍生出许多附带产业链。

二、车辆跟踪、调度、监控定位系统：

GPS集中差分车辆管理系统原理（258/210页）。

1、车载部分主要功能：

定位信息的发送（未差分处理）和接收（差分处理）功能。

在电子地图上实时显示本车的经纬度、车速、航向。

接受监控中心的调度命令——通过文字显示或语音传达。

出现紧急情况可启动报警功能，报告实时车况。

2、监控部分主要功能：

实时差分功能：

能对各路车辆的定位信号作出差分纠正。

数据跟踪功能：

实时显示车号、经纬度、速度、航向等信息

决策指挥功能：

对天气、路况、行进路径作出最优选择。

（1-24题理解记忆；25-34题详细记忆）