gps原理与应用作业简单题答案_gps原理与应用试题

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1.二体问题：忽略所有摄动力，仅考虑地球质心引力研究卫星相对于地球的运动，称二体问

2、真近点角：即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。该参数为时间的函数，确定卫星在轨道上的瞬时位置。平近点角、平近点角在轨道力学中是轨道上的物体在辅助圆上相对于中心点的运行角度。

偏近点角： 偏近点角是在轨道上的天体现位置投影在垂直于椭圆半长轴的外接圆上，并从椭圆的中心量度和近拱点方向之间的角度

3.多路径效应：GPS接收机所收到GPS信号经由建筑物、水面或其它反射物表面反射抵达接收机天线的干扰信号。经反射的信号路径增长了，其伪距存在系统偏差，致使定位结果不准。4.无约束平差：在一个控制网中不引入外部基准，不产生控制网非观测引起的变形和改正，可检查是否存在粗差以及网平差的自身精度。约束平差 以国家大地坐标系或地方坐标系的某些点的固定坐标、固定边长及固定方位为网的基准，将其作为平差中的约束条件，并在平差计算中考虑GPS网与地面网之间的转换参数。7．接收机钟差：接收机钟与gps卫星钟的同步时间差。

8．周跳：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。

9．三维平差：指平差在WGS-84三维空间直角坐标系下进行，平差时不引入使得GPS网产生由非观测量所引起的外部约束条件。具体地说，就是在进行平差时，所采用的平差条件不超过三个。

．同步观测：是指相同时间内两台或两台以上接收机对一组卫星进行的观测.12．卫星钟差：gps卫星钟钟面时间与对应的gps标准时间之间的误差

13．整周未知数：由于载波是一个单纯的正弦波，不具有任何辨识标记，因此无法知道正在测量的是第几周的相位。换句话说N0实际不能测定，称为整周未知数。1解释名词章动和岁差？

章动：北天极除了均匀地每年西行以外,还要绕着平北天极做周期性的运动。其运动轨迹为一椭圆。该椭圆的半径为9.2″，周期为18.6年，这种周期性运动被称为章动。

岁差：是指由于日月行星引力共同作用的结果，使地球自转轴在空间的方向发生周期性变化。在日月引力的共同影响下，使北天极绕黄北极以顺时针方向缓慢地旋转，从而使春分点在黄道上每年西移约50.37秒，其漂移周期大约为25800年

2.在无摄运动状态下，GPS卫星的实时位置由哪些参数确定，且画图表示出这些参数。as为轨道的长半径。es为轨道椭圆偏心率。为升交点赤经。i为轨道面倾角。Ws为近地点角距。fs为卫星的真近点角

3如果用某接收机于观测时刻t在地面测站k观测到卫星j，请据此分别写出伪距定位观测方程和载波相位观测方程，并说明方程中每一项的含义及方程中含有的未知参数各为什么。

伪距定位观测方程: 其中（Xs，Ys，Zs）为卫星坐标，（XYZ）为接收机坐标，p’为伪距观测值是待测距离与种差等小距离之和。Sp1，Sp2分别为电离层和对流层的改正项，STk的下标k表示接收机号，STj的上标j表示卫星号，式中的未知数只有接收机坐标x,y,z 载波相位观测方程： 其中f为信号频率，c为电磁波传播速度，p为卫星之接收机之间的几何距离，Sp1,Sp2为电离层和对流层的影响，Nk’j为载波相位整周数。=NoJ+Int(u)。Ta为卫星钟面时刻，Tb为接收机钟面时刻。

4.什么叫周跳，其探测和修复有哪些方法？

周跳：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。

探测和修复方法：1屏幕扫描法 2用高次差或多项式拟合法 3在卫星间求差法4 用双频观测值修复周跳5根据平差后的残差发现和修复整周跳变

5.请写出差分GPS的类型，并说明差分系统由哪几个部分组成。

1单基准站差分 GPS是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

6.简要回答一下你所知道的时间系统，分别写出它们的起算点和尺度？

1恒星时 时间尺度春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一恒星日，含24个恒星小时。恒星时以春分点通过本地子午圈 时刻为起算原点。平太阳时 时间尺度平 太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一平太阳日，包含24个平太阳时。以太阳通过本地上子午圈时刻为起算原点

3世界时 以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时称为世界时。世界时与平太阳时的时间尺度相同，起算点不同。

4原子时 原子时秒为国际制秒（SI）的时间单位。原子时的原点为AT=UT2-0.0039s 5 力学时 在天文学中，天体的星历是根据天体动力学理论建立的运动方程而编算的，其中所采用的独立变量是时间参数T，这个数学变量T定义为力学时。

6协调世界时 以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折衷时间系统 7 GPS时间系统 GPS时属于原子时系统，秒长与原子时相同

7.如果你在野外用GPS进行单点定位测量，现同步观测了四颗卫星，请写出其定位方程组，并说明有哪些是未知参数? 包含的未知参数为测站点A的坐标以及接收机钟差四个未知数

8.整周跳变的检测与修复有哪些方法，如果让你选择你会如何做，才能达到最佳修复效果，为什么? 探测和修复方法：1屏幕扫描法 2用高次差或多项式拟合法 3在卫星间求差法4 用双频观测值修复周跳5根据平差后的残差发现和修复整周跳变

做法：探测和修复周跳的方法很多，采用何种方法应根据实际情况而定。一般在开始时采用较简便精度不高的方法发现和修复大周跳，然后用精度较高的公式寻找并修复小周跳，并通过残差来加以检验。

原因：整周跳变与接收机的质量和观测条件密切相关，必须从选择机型、选点、组织观测时就注意，以便获得一组质量较好的观测值，这是解决周跳的根本途径

9.如果GPS定位成果属于WGS-84坐标系，现在要得到各GPS点在高斯平面中的国家坐标和正常高，则需要做哪些工作? 1将GPS点的大地坐标（B，L）按WGS-84参考椭球参数和高斯正形投影公式换算为高斯平面坐标（x，y）2利用重合点（至少两个）的两套平面坐标值按平面坐标系统之间的转换方法将GPS点的高斯平面坐标转换为国家坐标系高斯平面坐标

10、简述GPS卫星的作用

1：接收地面注入站发送的导航电文和其它信号；)2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；:3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。

11、画图表示卫星的轨道参数，指出各个参数的意义，说明各个参数的作用。

升交点的赤经，即在地球赤道面上，升交点y与春分点r之间的地心夹角。升交点N即当卫星由南向北运动时，其轨道与地球赤道面的一个交点。i 轨道面的倾角，即卫星轨道平面与地球赤道面的夹角。，i两个参数唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向，w为近地点角距，即在轨道平面上近地点A与升交点N之间的地心角距，这一参数表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。

12、GPS导航电文的内容有哪些？各有什么作用

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）。（1）遥测码，位于个子帧的开头，它用来表明卫星注入数据状态。（2）转换码，位于每个子帧的第二个字码，其作用是提供帮助用户从所捕获的C/A码转换到捕获P码的Z计数。（3）数据块1：含有卫星钟改正参数及数据龄期、星期的周数编号、电离层改正参数、和卫星工作状态等信息。（4）数据块2：包含在2、3两个子帧里，主要向用户提供有关计算卫星运行位置的信息。该数据一般称为卫星星历。（5）数据块3：包含在4、5两个子帧中，主要向用户提供GPS卫星的概略星历及卫星的工作状态信息，称为卫星的历书。

13、什么叫电离层？电离层对GPS测量有哪些影响？消除电离层的措施有哪些？

电离层是指地球上空距地面高度在50—1000km之间的大气层。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GPS 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 措施：

1、对于单频接收机采用电离层延迟模型加以改正。

2、对于双频接收机利用双频观测可得到无电离层折射影响结果。

3、相对观测适用于测站距离较近，精度较低的观测。

14、简述GPS地面部分的作用

1、主控站的作用（1）收集数据：收集监控站测得的伪距和伪距差数据、卫星时钟及状态数据、气象数据等。（2）数据处理：编算导航电文（GPS卫星的星历、时态改正、状态数据、信号的大气传播改正等），同时将导航电文传送到注入站。（3）诊断状态：判断地面监控系统各部分是否工作正常。（4）调度卫星：将离轨卫星拉回来，用备用卫星代替失效卫星。

2、注入站的作用：将主控站需传播给卫星的资料以既定的方式注入到卫星的存储器中，供卫星向用户发送。

3、监测站的作用（1）监测站的位置需精确测定。（2）在监测站需得到伪距、导航数据、气象数据、卫星状态数据。（3）监测站应将所得信息传送给主控站。

15、偏近点角是怎样定义的？画图说明 在卫星轨道椭圆上，以椭圆中心O’为圆心，以椭圆长半径a为半径作一辅助椭圆O’-AS’A’,过卫星点S作OA的垂线SR，延长RS交辅助圆为S’，连接O’S’，则O’S’与OA夹角E称为偏近点角。

16、画图说明表示载波相位的实际观测量。Int(Ui)为t0到ti时刻整周数变化量。图在背面

17、什么叫对流层？消除对流层的措施有哪些？

对流层是高度为40km以下的大气底层，对流层与地面接触并从地面得到辐射热能,其温度随高度的增加而降低。GPS信号通过对流层时,也使传播的路径发生弯曲,从而使测量距离产生偏差。措施：1对流层延迟改正模型 2相对观测

18.GPS系统由哪三部分组成，各部分之间是怎么样进行协作工作的？ 1空间部分：提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息 2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 3用户部分：接收并测卫星信号 记录处理数据 提供导航定位信息

19.写出载波相位的基本观测方程。接收机间求差可以消除该方程中的哪些参数？卫星间求差可以消除该方程中的哪些参数？ 公式：

F为信号频率参数，c为电磁波传播速度，p为卫星至接收机之间的几何距离，Nkj为载波相位郑州书，Sp1为电离层的影响，Sp2为对流层的影响，ta为卫星钟面时刻，tb为接收机钟面时刻，卫星钟差Sta，接收机钟差Stb。卫星间求差可消除接收机振荡器的随机误差的影响f；还可消除卫星与测站间的距离p和卫星与接收机的钟差项以及大气对流层折射的改正项。20.使用广播星历进行定位后得到的地面点的坐标属于什么坐标系？如何将该坐标转换成我们国家的坐标？

地面点坐标属于WGS-84坐标系

1、在gps网与点网有三个以上重合点时应用七参数实现，转换重合点多于3个时，应用一般平差法进行求解转换参数，转换参数求出后，仍用公式计算各gps点在国家坐标系的坐标。

2、局部地区应用坐标差求解转换参数的方法

3、在gps网的约束平差中实现坐标转换。22．详细叙述使用GPS进行控制网测量数据处理的过程。（12分）

一、观测数据的预处理

（1）数据传输（2）数据分流，应自动将原始记录中的数据分为以下几个部分：观测值文件星历参数文件 电离层参数和UTC参数文件 测站信息文件（3）数据解码

二、基线向量的解算

GPS相对定位的结果确定测站点间的相对位置关系，这种相对位置关系通常用空间直角坐标系或大地坐标差表示。为了通过平差计算求解观测站之间的基线向量，一般取相位观测值的线性组合即差分模型。

三、基线向量的解算结果分析：基线解算后可以通过RATIO、RDOP、RMS和数据删除率这几个质量指标来衡量基线解算的质量。

四、GPS网平差 ：GPS控制网是由相对定位所求得的基线向量而构成的空间基线向量网。在GPS控制网的平差中，是以基线向量及协方差为基本观测量的。通常采用三维无约束平差、三维约束平差及三维联合平差三种平差模型。23.gps测量的误差有哪些？消除或建拓误差的方法或措施？

1、与卫星有关的误差：卫星星历误差、卫星钟差、相对论效应的影响、SA 2 与信号传播有关的误差：电离层折射误差、对流层折射误差、多路径效应误差与接收机有关的误差：接收机安置误差、接收机钟差、天线相位中心位置偏差、接收机软件和硬件造成的误差 消除或减弱误差措施：

卫星星历误差：a、建立区域性卫星跟踪网进行精密定轨，建立区域性GPS跟踪网，可以实现对GPS卫星的独立定轨。既可以免受美国SA限制政策的影响，又能根据计算出的精密星历以高精度的星历进行相对定位，；b、轨道松弛法，在平差模型中，把卫星星历提供的卫星轨道作为初始值，其改正数为未知数。

；c、同步观测值求差，在两个或多个测站上对同一颗卫星的同步观测值求差，可以有效地减弱卫星星历误差的影响。

卫星钟差：a、数字原子钟法，目前使用的模拟原子钟，其性能预测困难，而且输出频率会随着卫星运行过程温度和磁场变化而变化，因此，开发计算机控制的数字原子钟，通过调整内部参数和补偿环境影响使原子钟性能达到最佳化；b、二阶多项式模拟法，采用以下的二项式表示卫星钟差经过二项式改正后，各卫星钟之间的同步保持在20ns之内；c、同步观测值求差法。

【相对论效应及其误差影响：定义：相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态（运动速度和重力位）不同而引起卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象。

1.相对论效应—狭义相对论（影响）A、原理：时间膨胀。钟的频率与其运动速度有关。B、对GPS卫星钟的影响：C、结论：考虑到GPS卫星的平均速度Vs=3874m/s和真空中的光速c=299792458m/s，在狭义相

10f0.83510f s对论效应作用下，卫星上钟的频率将变慢。2.相对论效应—广义相对论（影响）A、原理：钟的频率与其所处的重力位有关B、对GPS卫星钟的影响：

10f5.28410f 2C、结论：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快3相对论效应对卫星钟的影响 A、狭义相对论＋广义相对论。C、在狭义相对论效应和广义相对论效应的10fff4.44910f 12共同作用下，卫星上钟频率相对于其在地面上时总的变化量为：

4、解决相对论效应对卫星钟影响的方法：（1）在地面上调低将要搭载到卫星上去的钟的频率，调低后的1010.23MHz(14.44910)10.22999999545MHz 频率为注意：上述计算是在卫星轨道为圆形、运动为匀速的情况下进行的，因此，这种改正的方法仍有残差，对GPS时的影响最大可达70ns，对卫星钟速影响可达0.01ns/s,这一项在高精度定位中是应考虑的。（2）在时刻t时，在卫星钟读数上加上改正数，tr(t)FeAsinE(t)

212F4.4428076331010sm122c】

电离层折射：电离层延迟改正模型；相对观测；双频观测

对流层折射：对流层延迟改正模型；相对观测

多路径效应影响：选择合适的站址；采用抗多路径的天线；适当延长观测时间

24、gps系统特点：定位精度高；观测时间短；测站间无需通视；可提供三维坐标；操作简便；全天候作业；功能多，应用广。