车载GPS定位技术与应用习题.docx
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车载GPS定位技术与应用习题
GPS定位技术与应用习题及资料
1、什么是道路交通系统？
具有什么样的特点
答：
由人、车、路、环境四大要素组成的一个总体称为道路交通系统
特点：
①系统性；②开放性；③动态性；④突变性；⑤非线性
2、解决交通问题，除了新建必要的道路，完善路网布局，加强对现有道路的管理，从全局和长远来看，主要的对策是什么？
答：
①大力发展高效、安全的公共交通系统。
②积极研发低污染、低能耗的新型汽车。
③积极发展新一代智能交通系统（ITS）。
借助于计算机、通信和控制等高新技术的应用，通过信息的沟通与连接，使现有交通系统有效地整合，以改善人、车、路等交通要素之间的互动关系，从而形成一种准确、高效、安全的综合运输系统。
④坚持土地规划、开发与交通规划、建设相协调，将土地利用、道路建设与环境保护统一在系统中研究、以路网容量和环境容量作为土地利用的约束条件加以分析，有机地协调三者之间的关系，确保道路交通的可持续发展。
3、什么是ITS？
答：
ITS（Intelligent Transportation Systems）即智能交通系统是在较完善的道路设施基础上，将先进的电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术集成运用于地面交通管理所建立的一种实时、准确、高效、大范围、全方位发挥作用的交通运输管理系统。
它是充分发挥现有交通基础设施的潜力，提高运输效率，保障交通安全，缓解交通拥挤的有力措施。
4、ITS的主要功能有哪些？
答：
①顺畅功能：
增加交通的机动性，提高运营效率；提高道路网的通行能力，提高设施效率；调控交通需求。
②安全功能：
提高交通的安全水平，降低事故的可能性/避免事故；减轻事故的损害程度；防止事故后灾难的扩大。
③环境功能：
减轻堵塞；低公害化，降低汽车运输对环境的影响。
5、目前国际上公认的ITS的服务领域有哪些？
答：
①先进的交通信息服务系统（ATIS）；②先进的交通管理系统（ATMS）
③先进的公共交通系统（APTS）；④先进的车辆控制系统（AVCS）
⑤货运管理系统（MMS）；⑥紧急救援系统（EMS）⑦电子收费系统（ETC）
6、ITS智能化的特点体现在哪些方面？
答：
①交通基础设施智能化；②交通工具智能化；③交通系统智能化
7、标准化研究对ITS发展的有什么作用，表现在什么方面？
答：
标准化研究对ITS的发展有很大的促进作用，主要表现在以下几点：
①经济性。
不仅带给用户很大的经济性（如便于维护、避免重复投资等），对设备供应商也同样具有经济性（如扩大市场）。
②互操作性。
包括设备（软、硬件）的互换性与兼容性，实现信息共享性。
③用户设备获取。
有了全国性或全球性标准，用户采购设备就有了很大的自由，而不用局限于某一厂商，对于一些小国或地区更是至关重要。
8、国际ITS标准化组织建立的时间和名称是什么？
中国的ITS标准化正式启动的时间和组织是什么？
答：
①1992年由国际标准化组织（ISO）设置了TC204，即“交通信息与控制系统（TICS）技术委员会”，全面负责ITS领域的标准化工作，标志着ITS标准化组织的建立。
②我国科技部2000年成立全国智能交通系统专家委员会，标志着中国ITS标准化组织的正式建立。
※ITS标准体系分为几层，各包含什么？
答：
ITS标准体系分为两层，上层为通用标准，下层为分系统标准。
<1>通用标准层包括：
①100智能交通系统通用标准报告编制方法，审查规程，通用方法
②101术语及定义术语，缩略语，符号，标志
③102基础信息分类编码及表述分类，代码，编码规则，数据字典
④103数字地图及定位数字地图信息分类、编码、数据格式，定位信息交换、设备技术条件
<2>分系统标准包括：
①200分系统标准
②201专用通信电子收费、停车、优先控制及车辆间、车内显示设备短程通信，运输信息、交通控制专用通信，专用集群系统通信
③202信息服务信息服务定义、编码、数据字典、数据格式、设备技术要求、线路诱导信息规范及物理接口
④203交通与紧急事件管理交通管理外场设备，交通管理中心，交通事故，紧急事件，停车管理
9、什么是子午卫星系统？
子午卫星导航系统依据什么原理定位？
子午卫星系统的组成有哪些？
它的缺点表现在什么方面？
答：
<1>NNSS–NavyNavigationSatelliteSystem（海军导航卫星系统），由于其卫星轨道为极地轨道，故也称为Transit（子午卫星系统）
<2>采用利用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统
<3>系统组成：
①空间部分
卫星：
发送导航定位信号（信号：
4.9996MHz30=149.988MHz；4.9996MHz80=399.968MHz；星历）
卫星星座–由6颗卫星构成，6个轨道面，轨道高度1075km
②地面控制部分：
跟踪站、计算中心、注入站、控制中心和海军天文台
③用户部分：
多普勒接收机
<4>系统缺点
①卫星少，观测时间和间隔时间长，无法提供实时导航定位服务
②定位速度慢（约需1－2天的个观测时间），定位精度低
③卫星信号频率低，不利于补偿电离层折射效应的影响
④卫星轨道低，难以进行精密定轨
10、GPS的发展简史？
答：
<1>方案论证阶段
①1973年12月，美国国防部批准研制GPS。
②1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射成功。
③从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。
研制了地面接收机及建立地面跟踪网。
<2>全面研制和试验阶段
从1979年到1987年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。
实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。
<3>实用组网阶段
①1989年2月14日，第1颗GPS工作卫星发射成功。
②1991年，在海湾战争中，GPS首次大规模用于实战。
③1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。
④1995年7月17日，GPS达到FOC–完全运行能力（FullOperationalCapability）
11、GPS卫星系统与之前其他导航系统相比，具有什么特点？
答：
①全球地面覆盖。
地球上任何地点均可连续同步观测到至少4颗卫星，从而保障了全球、全天候连续三维定位。
②功能多，精度高。
GPS可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。
③实时定位。
12、什么是SA政策？
什么是AS政策？
答：
①SA（SelectiveAvailability）即降低C/A码定位精度的选择可用性政策，包括对GPS卫星基准信号采用
技术即为卫星钟加高频抖动，则所有的派生信号均引入一个快速变化的高频抖动。
对导航电文采用
技术即降低星历精度，加入随机变化。
②AS（Anti-Spoofing）即将P码经过加密处理变成Y码，Y码是p码与高度机密w码模2求和得到的码，当实施AS技术时，非特许用户不但不能使用P码作实时定位，而且不能进行P码和C/A码码位测量的联合求解，甚至进行P码数据平滑。
13、GPS、GLONASS、GALILEO之间有什么不同，各自有什么特点？
答：
<1>GLONASS与GPS比较而言
1主要区别在于信号分割体制不同：
2GLONASS使用FDMA体制区分不同的卫星，即不同的GLONASS卫星发射载波频率不同的信号，但所有的卫星都使用相同的PRN码。
3GPS使用CDMA方式，所有的卫星都是用相同的频率，而在载波上调制的PRN码随卫星的不同而不同。
4由于GPS采用的伪码速率比GLONASS的高一倍，其分辨率也高一倍，理论上来说，定位精度比GLONASS的高。
5地区优势不同：
GLONASS能为高纬度地区提供更好地覆盖；GPS的优势主要是在中低纬度地区。
<2>Galileo与GPS比较而言
Galileo特点:
比GPS精度高，纯民用，不保密，对用户安全负责
14、GPS的组成主要有哪些，各组成部分的主要设备有哪些？
各个部分的作用是什么？
答：
<1>空间部分---主要设备：
①太阳能电池板，板面始终对准太阳，为卫星不断地提供电力，同时给镍镉蓄电池充电，保证在地影区卫星仍能正常工作；②原子钟（2台铯钟、2台铷钟）保证所有卫星能够在一个月或更长时间独立工作而无需地面校正，也保证精确定位的要求；③信号生成与发射装置，在星体底部装有多波束定向螺旋天线阵，能发射L1和L2波段的额信号，覆盖约半个地球；④姿态控制系统和轨道控制系统
作用：
①接收、存储导航电文；②生成用于导航定位的信号（测距码、载波）；③发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文）；④接受地面指令，进行相应操作；⑤其他特殊用途，如通讯、监测核暴等
<2>地面控制部分---主要设备：
①监测站（5个）作用：
接收卫星数据，采集气象信息，并将所收集到的数据传送给主控站。
②主控站（1个）
作用：
A.管理、协调地面监控系统各部分的工作;
B.收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站将卫星星历注入卫星;
C.监控卫星状态，向卫星发送控制指令；D.卫星维护与异常情况的处理。
③注入站（3个）作用：
将导航电文注入GPS卫星。
<3>用户设备部分:
①组成：
用户接收设备
②接收设备：
GPS信号接收机其它仪器设备
作用：
GPS接收机各部分的基本功能
①射频前端模块：
将接收的GPS射频信号进行放大、混频、滤波变换为中频或低频信号，之后送入信号处理模块，或经A/D转换得到数字信号，以便后续数字化处理。
②信号处理模块：
主要对信号进行捕获、跟踪、解扩、解调等，提取观测量和导航电文数据，一般采用多通道相关器来实时跟踪多颗卫星信号。
③应用处理模块：
是对其他模块进行实时控制，并进行导航解算，以完成其他应用任务。
15、GPS的常用时间系统有哪些？
它们之间有什么联系？
答：
世界时；国际原子时（AIT）；协调世界时；GPS时；GPS卫星时等<详见最后一页>
16、常用的GPS坐标系统有哪些？
它们之间怎样转换？
协议天球坐标系到地球坐标系中间要经过哪些转换？
答：
①常用的GPS坐标系统有：
空间直角坐标系和大地坐标系
②
③协议天球坐标系到地球坐标系转换步骤：
协议天球坐标系——平天球坐标系——瞬时天球坐标系——瞬时地球坐标系——协议地球坐标系
17、GPS卫星信号如何产生，各信号之间有什么关系？
L1载频上的信号结构和L2载频上的信号结构是什么样的？
答：
①由卫星上的原子钟直接产生，频率为10.23MHz，卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频
②
18、产生C/A码和P码的m序列具有什么特征？
答：
M序列具有下列特征：
①均衡性。
在一个周期中，“1”与“0”的数目基本相等。
由于移位寄存器不容许出现全“0”状态，因此2r-1个码元中，“1”的个数总比“0”的个数多一个。
②游程编码。
在一个周期内，长度为n的游程（即同一元素连续出现n次）出现的次数，比长度为n+1的游程出现次数多一倍。
③相位相加特性。
一个m序列与其任意次延迟移位产生的另一个m序列模2加，产生的序列仍为m序列。
④自相关函数。
这样当两个周期相同的m序列其相应码完全相齐时，自相关系数R（t）=1,而在其他情况有：
R（t）＝-1/Nu=-1/（2r-1）
当r足够大时，就有R（t）=0,所以伪随机噪声码与随机噪声码一样，具有良好的自相关性，又是一种结构稳定，可以复制的周期性序列。
用户接收机在接受到卫星发来的伪随机码信号后，当即复制相同结构的伪随机码，然后通过和接受到的码信号比较（相关），精确测定信号的传播时间延迟，进一步计算某一时刻测站和卫星的距离。
19、GPS卫星发送的两种伪随机测距码是什么？
是如何产生的？
答：
①GPS卫星发送的两种伪随机测距码是：
C/A码和P码
②C/A码的产生：
由10级移位寄存器产生的m序列，根据平移可加性，选择其中的两级作模2运算后输出。
每颗卫星选用不同的两级抽头做模2运算，产生不同的C/A码。
P码的产生：
由两个码长互素的子码X1、X2组成的模2和复码：
20、GPS导航电文包括哪些信息？
导航电文的基本结构？
答：
21、GPS接收机分类及基本功能结构
答：
①
②基本功能结构
22、GPS距离观测量的两种观测方式？
答:
①测量GPS卫星发射的测距码信号（C/A或P码）到达用户接收机的时间；
②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信号之间的相位差。
23、什么是单点定位？
有什么优缺点？
如何进行？
答：
①单点定位也叫“绝对定位”：
利用单台接收机的观测数据测定观测点位置的卫星定位
②优点：
无模糊度缺点：
精度低
③求测站点相对于地心的坐标
24、什么是差分定位？
有哪些类型？
如何进行？
答:
<1>差分定位：
在基准点上观测求得大气折射等改正，并及时发送给流动站，流动站用收到的改正数对观测数据进行改正，得精确点位
<2>根据其系统构成的基准站个数可分为单基准差分、多基准的局部区域差分和广域差分。
<3>①单基准站差分,根据一个基准站所提供的差分改正信息对用户站进行改正的差分GPS系统，该系统由基准站、无线电数据通信链和用户站三部分组成。
②局部区域差分,在一个较大的区域布设多个基准站，以构成基准站网，其中常包含一个或数个监控站，位于该区域中的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用户站定位改正数。
③广域差分,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。
25误差计算中常用的精度因子有哪些？
与卫星几何图形有什么关系？
答:
精度因子有：
①平面位置精度因子HDOP（horizontalDOP）；②高程精度因子VDOP（VerticalDOP）；③空间位置精度因子PDOP（PositionDOP）；④接收机钟差精度因子TDOP（TimeDOP）；⑤几何精度因子GDOP（GeometricDOP）
关系：
①GPS绝对定位的误差与精度因子DOP的大小成正比，在伪距观测精度0确定的情况下，如何使精度因子的数值尽可能减小，是提高定位精度的一个重要途径。
②由于精度因子与所测卫星的空间分布有关，因此也称观测卫星的图形强度因子。
由于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。
③假设观测站与4颗观测卫星所构成的六面体体积为，研究表明，精度因子GDOP与该六面体体积的倒数成正比。
GDOP1/。
六面体的体积越大，所测卫星在空间的分布范围也越大，GDOP值越小；反之，卫星分布范围越小，GDOP值越大。
④理论分析得出：
在由观测站至4颗卫星的观测方向中，当任意两方向之间的夹角接近109.50时，其六面体的体积最大。
但实际观测中，为减弱大气折射的影响，所测卫星的高度角不能过低。
因此在满足卫星高度角要求的条件下，尽可能使六面体体积接近最大。
⑤实际工作中选择和评价观测卫星分布图形：
一颗卫星处于天顶，其余3颗卫星相距1200时，所构成的六面体体积接近最大。
27电子地图数据与导航应用功能之间的关系？
26、GPS定位的误差来源有哪些？
答:
<1>与卫星有关的误差:
①卫星钟差;②卫星轨道偏差（星历误差）;
<2>卫星信号传播误差:
<3>接收设备有关的误差:
①观测误差;②接收机钟差;③载波相位观测的整周未知数;④天线相位中心位置偏差;
<4>其它误差来源:
28、在车辆导航系统中，与数字地图相关的功能有哪些？
答：
地图显示、地址匹配、地图匹配、路径规划、路径引导
①地图显示是车辆导航系统的重要组成部分，它构成了人机接口的基础，地图显示的成功与否直接影响到用户对产品的印象。
为了展示地图的道路信息，地图显示需要依赖数字地图中的道路位置、宽度、级别等属性以及道路附近的各种设施。
②地址匹配又称为地理编码，即通过给定的经纬度坐标确定地图上街道的地址，或者相反的过程。
③地图匹配是利用数字地图的路网信息修正车辆定位模块的位置输出，位置修正的前提是车辆在道路上行驶。
当定位传感器输出的车辆位置与数字地图的道路存在偏差时，地图匹配算法寻找当前最可能的行驶道路并计算在该道路上的位置。
地图的拓扑连接必须是完整正确的，以反映真实道路的情况。
④路线规划和路线引导更是与数字地图密切相关，它的几乎所有数据来源都是数字地图中的道路信息，如路网的空间分布、几何坐标、拓扑连接、道路平均时速、转向限制等等。
29、路网的基本要素是什么？
如何将实际道路网络能够转化成节点—路段模型和路段－链模型？
路网的基本要素为：
点实体（节点）和线实体（路段）
30、车辆导航系统的数字地图和通用数字地图侧重点有什么不同？
答：
①首先，地图要素种类不同。
导航图重点要素：
道路每条路的地理坐标、道路之间的拓扑关系、道路交叉口的交通限制情况等。
而且设计导航数字地图数据库时，同时要有一个高效的访问道路信息的机制，以便可以高效率的进行诸如路线规划，路线引导等功能。
对于车辆导航系统来说，应该根据功能需要选择合适的信息进行表达和存储。
数字道路地图是导航数字地图数据库的重点和基础，是数字地图的核心内容。
②其次，数据层次划分不同。
地图数据层次划分应该强调道路的分层，同时要求能够方便扩展，便于地图的升级维护。
32、传统地图和数字地图的不同（分层组织）
答：
①最初传统的数字地图，没有分层组织组织，一幅图包含有各类不同的信息，如边界、城市、村镇、河流、注记、道路等，在进行某一专题或地理分析时，只注重对某一单项同类对象进行显示和分析，而其他内容不作为分析对象，从直观上给人杂乱的感觉。
计算机处理也不方便
②目前的GIS软件都采用分层结构组织地图数据。
一般地，矢量数字地图的分层结构采用按图层组织的方法，即把同一类或几类地理要素的信息放在同一个图层，每一个图层存储为一个或一组独立的文件，如图3.9所示，在这组文件中进行叠加显示操作。
33、单图集分层结构的特点，优缺点？
答：
①特点：
是将主地图数据依比例尺组织成“比例尺层—图幅”结构。
一个主地图称作图集，在1:
500至1:
4000万比例尺的范围内将图集分成若干比例尺层，也称存储层，所有存储层覆盖同一地理区域。
但每个存储层信息的详细程度不同，因此信息量也不同。
存储层内依一定规则划分成等距或不等距的矩形区域，称作图幅，也可以在存储层内按“块—基准图幅—图幅”的多级结构划分地理空间。
②优点：
充分考虑了车载设备对大容量地图数据的操作能力，能缓解强势数据与弱势资源之间的矛盾。
③缺点:
由于它把整个地理空间的数据资料集合到一个主地图上，不利于后续数据的添加和现有数据的局部更新。
我国现在正处于经济和城市建设的高速发展时期，地图数据的添加和更新要求能够快速及时，这种单图集分层组织形式不适用我国车辆导航地图数据生产的现状。
31、地图数据的数字化过程？
数字化过程：
①数据准备；②（数字化仪状态设置）；
③地图分块；④图纸定向；⑤地图分层；⑥数字化；
⑦图像检查与编辑
34、数字道路地图的多图集分层结构的内容和存储。
答：
①每个单幅地图的结构和前面介绍的数字地图一致，而多图集分层组织结构可以通过一个图幅树的多叉树结构将所有主地图连接在一起。
②每个图集按显示比例尺分成多个存储层，层与层之间的比例尺可以是整数倍的关系。
相邻层的图幅是包含关系。
一个子图幅只能有一个父图层，一个父图层具有的子图幅数量不能超过其区域所能容纳的子图幅数量，但允许子图幅的数量小于最大数，甚至允许没有子图幅的情况下有孙图幅、重孙图幅等。
35、地图数据库按照功能用途可以分为哪几种数据库类型？
各有什么作用？
答：
整个地图数据库按照功能用途可以分为截然不同的三种数据库类型：
①分析数据库：
记录道路数据，主要用于路径搜索。
②查询数据库：
POI信息，主要用于信息查询。
③显示数据库：
多边形、区域、点的图形信息，主要用于地图显示。
36、建立网格单元基本思想是什么？
答：
建立网格单元基本思想：
是根据地图数据的X和Y方向的最大、最小值，将存储层所覆盖的区域分割成等大的区域单元区域单元的大小视局部放大的程度而定，一般局部放得越大，区域单元分得越小，相反则大一些。
补充：
①以区域单元为单位，用“相关区域”法记录地图要素与区域单元间的对应关系，即对每一地图要素，求出要素所覆盖的相关区域单元。
这就必须要判断点、线、面要素是否全部或有部分落在该格网单元内。
②在这些相关的区域单元中记录该地图要素数据所在数据文件中的存储地址。
37、什么是数字道路地图的空间索引？
建立空间索引的目的是什么？
目前代表性的有哪些？
如何建？
答：
①空间索引就是指依据空间对象的位置和形状或空间对象间的某种空间关系，按一定的顺序排列的一种数据结构。
②空间索引是介于空间操作算法和空间对象之间的一种辅助性措施，其主要目的是对空间数据进行筛选和过滤，从而在进行空间操作时，大量与空间操作无关的空间对象被预先排除，提高空间数据访问的效率，缩短计算时间。
③目前的空间索引研究成果比较代表性的有K-D-B树、四叉树、R-树及其改进型、网格索引等。
38、航位推算（DR）的基本原理是什么？
产生定位误差积累的原因主要是什么？
减少误差的方法有哪些？
答：
<1>基本原理：
当车辆在二维平面空间行驶时，如果初始位置和先前的每步位移均已知的话，在任何时刻的车辆位置都是可以计算的。
<2>产生定位误差积累的原因主要有:
（1）里程表误差，
（2）角速率陀螺漂移误差，（3）航向误差。
<3>减小这些误差的方法有:
①利用GPS精确定位信息对导航传感器的误差进行校正。
②采用卡尔曼滤波技术对角速率陀螺信号进行滤波处理，减小干扰和漂移误差。
39、常用的GPS/DR组合方案有哪些？
各有什么优缺点？
答：
常用组合方案：
①切换式组合方案；②数据融合（滤波）方案
切换式组合方案
①优点：
简单易行，系统承担的计算量很小，可以解决卫星信号失效时短时间的定位问题。
②缺点：
1、两种系统没有有效融合不能发挥两者的优点。
2、DR所需要的初始信息由前一时刻的GPS数据提供，使得GPS数据中的误差直接被传递到了DR推算过程汇中，造成DR系统的定位精度下降，缩短了其能够满足定位精度要求的有效工作时间等。
数据融合方案——卡尔曼滤波<卡尔曼滤波器的基本思想和原理是什么？
>
①思想：
将GPS和DR信息同时用于定位求解过程中，使DR系统的状态在滤波过程中不断得到修正，同时组合定位的输出又可以为DR系统提供较为准确的初始位置和方向信息，从而即使GPS失效、单独使用DR推算定位时也能长时间的保持较高的定位精度。
②信息融合原理是:
系统总信息在2个分块滤波器中进行适当分配;分配后的信息与局部传感器的信息进行组合，完成局部传感器的信息更新;更新后的局部信息重新组合为新的总信息和。
41、常用的地图匹配方法有哪些？
了解其计算的基本思路。
答：
①点到点的匹配;即在所有地图数据库存储的点中搜索与估计位置距离最近的点作为匹配结果。
该方法简便易行，实现快速，但是匹配结果与表示弧线的点集关系密切。
②点到线的匹配:
即在所有可能的弧线中搜索与估计位置最接近的
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