1、GPS 原理及应用模拟试题(1一、填空(每空 1分,共 20分1. 子午卫星导航系统采用 6颗卫星,并都通过地球的 运行。2. 按照规范规定,我国 GPS 测量按其精度依次划分为 AA 、 A 、 B 、 C 、 D 、 E 六级 ,其中 C 级 网的相邻点之间的平均距离为 1510km ,最大距离为 km 。3. 在 GPS 定位测量中,观测值都是以接收机的相位中心位置为准的,所以天线的相位中心应该 与其 中心保持一致。4. 按照 GPS 系统的设计方案, GPS 定位系统应包括 部分、 部分和 部分。5. 在使用 GPS 软件进行平差计算时,需要选择 投影方式6. 从误差来源分析, GPS
2、 测量误差大体上可分为以下三类:, 和 。7. 根据不同的用途, GPS 网的图形布设通常有 式、 式、网连 式及边点混合连接四种基本方式。 选择什么方式组网,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。8. 美国国防部制图局 (DMA 于 1984年发展了一种新的世界大地坐标系, 称之为美国国防部 1984年世界大地坐标系,简称 。9. 当使用两台或两台以上的接收机,同时对同一组卫星所进行的观测称为 。10. 双频接收机可以同时接收 L 1 和 L2信号, 利用双频技术可以消除或减弱 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。11. 在定位工作
3、中, 可能由于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,这种现象叫 。12.PDOP 代表13.GPS 工作卫星的主体呈圆柱形,整体在轨重量为 843.68,它的设计寿命为 年,事实上所 有 GPS 工作 卫星均能超过该设计寿命而正常工作。14. 用 GPS 定位的方法大致有四类:多普勒法 、伪距法、射电干涉测量法、 。目前在测量工作 中应用的主要方法是静态定位中的伪距法和载波相位测量法。15. 在接收机和卫星间求二次差,可消去两测站接收机的 改正。在实践中应用甚广。二、名词解释( 每小题 4分 , 共 20分1.GPS 卫星的导航电文2. 同
4、步观测环3. 静态定位5. 岁差三、问答题(60 分1. 试述 WGS 84坐标系的几何定义(8分2. 如何减弱多路径误差(8分3. 简述 GPS 网的布网原则(9 分4. 试分别写出测距码伪距观测方程和载波相位伪距观测方程(标明各个符号的含义,并比较 它们的异同。(10 分5. GPS技术设计中应考虑哪些因素?(10 分6. 结合专业知识,论述 GPS 在 GIS 中的应用(15 分模拟试题(1 参考答案一、填空(每空 1分,共 20分1 南北极 2 40 3几何4空间卫星 地面监控 用户接收 5横轴墨卡托投影6 与 GPS 卫星有关的误差 与卫星信号传播有关的误差 与接收机有关的误差7 点
5、连 边连 8 WGS 84 9同步观测10电离层折射 11整周跳变 12空间位置图形强度因子 13 7.5 14载波相位测量法 15相对钟差二、名词解释( 每小题 4分 , 共 20分1.GPS 卫星的导航电文答:GPS 卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括:卫星星历、时钟改 正、电离 层时延改正、工作状态信息以及 C/A码转换 到捕捉 P 码的信息。2. 同步观测环答:三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的 闭合环。3. 静态定位答:如果在定位时,接收机的天线在跟踪 GPS 卫星过程中,位置处于固定不动的静止状态,这 种定位方式称为静态定位。答:GPS 全球定
6、位系统是一个空基全天候导航系统,它由美国国防部开发,用以满足军方在地 面或近地空间获取一个通用参照系中的位置,速度和时间信息的要求。5. 岁差答:在日月引力和其他天体引力对地球隆起部分的作用下 ,地球自转轴方向不再保持不变,这 使春分点在黄道上产生缓慢的西移现象,这种现象在天文学中称为岁差。三、问答题(60 分1. 试述 WGS 84坐标系的几何定义(8分答:坐标系的原点是地球的质心, Z 轴指向 BIH1984.0 定义的协议地球极(CTP 方向, X 轴指 向 BIH1984.0的零度子午面和 CTP 赤道的交点, Y 轴和 Z 、 X 轴构成右手坐标系。2. 如何减弱多路径误差(8分答:
7、多路径误差不仅与反射系数有关,也和反射物离 测站的距离及卫星信号方向有关,无法建 立准确的误差改正模型,只能恰当地选择站址,避开信号反射物。例如:(1 选设点位时应远 离平静的水面,地面有草丛、 农作物等植被时能较好吸收微波信号的能量,反射较弱,是较好 的站址。(2 测 站不宜选在山坡、山谷和盆地中。(3测 站附近不应有高层建筑物,观测时 也不要在测站附近停放汽车。3. 简述 GPS 网的布网原则(9 分答: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
8、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。4. 试分别写出测距码伪距观测方程和载波相位伪距观测方程(标明各个符号的含义,并比较 它们的异同。(10 分伪距观测方程d
9、rion:电离层延迟改正;drtrop:对流层延迟改正。载波相位伪距观测方程:载波相位观测值(cycle ;:载波波长(m :站星距(m ; c :真空中的光速 (m/s:接收机钟差(s ; :卫星钟差(s :对流层折射(m ; :电离层折射(m :卫星星历误差(m ; :整周模糊度 (cycle ; t :观测历元时刻。5. GPS技术设计中应考虑哪些因素?(10 分答:技术设计主要是根据上级主管部门下达的测量任 务书和 GPS 测量规范来进行的。它的总 的 原则是,在满足用户要求的情况下,尽可能减少物资、人力和时间的消耗。在工作过程中,要 考虑下面一些因素:(1测站因素;(2卫星因素;(3
10、 仪器因素;(4 后勤因素。 6. 结合专业知识,论述 GPS 在 GIS 中的应用(15 分 GPS 原理及应用模拟试题(2一、填空(每空 1分,共 20分1.按照 GPS 系统的设计方案, GPS 定位系统应包括 部分、 部分和 部分。2.在使用 GPS 软件进行平差计算时,需要选择 投影方式3.从误差来源分析, GPS 测量误差大体上可分为以下三类:, 和 。4.根据不同的用途, GPS 网的图形布设通常有 式、 式、网连及边点混合连接四种基本方式。选择什么方式组网,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。5. VDOP 代表6.当地球自转 360 时,卫星 绕地
11、球运行两圈,环绕地球运行一圈的时间为小时 58分。地面的观测者每天可提前 4min 见到同一颗卫星,可见时间约为 小时。这样 ,观测 者至少能 观测到 4颗卫星,最多可观测到 11颗卫星。7.利用 GPS 进行定位有多种方式,如果就用户接收机天线所处的状态而言,定位方式分为 定 位和 定位; 若按参考点的不同位置,又可分为 定位和 定位。8. GPS 定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据,采取 的方法,确 定待定点的空间位置。9. GPS 信号接收机,按用途的不同,可分为 型、 和 等三种。二、名词解释( 每小题 4分 , 共 20分1.GPS 全球定位系统2.星历误差3
12、. SA 技术4.伪距三、问答题(60 分1. 简述 GPS 网的布网原则(12 分2.什么是相对论效应?(8分3.简述卫星大地测量的作用。(10分4.简述 GPS 卫星的主要作用。(10分5.结合专业知识,论述 GPS 在 GIS 中的应用(20 分 GPS 原理及应用模拟试题(2 参考答案一、填空(每空 1分,共 20分1空间卫星 地面监控 用户接收 2横轴墨卡托投影3与 GPS 卫星有关的误差 与卫星信号传播有关的误差 与接收机有关的误差4点连 边连 5垂直分量精度因子 6 11 57静态 动态 单点 相对 8 空间距离后方交会9 导航 测地型 授时型二、名词解释( 每小题 5分 , 共
13、 20分1.GPS 全球定位系统答:GPS 全球定位系统是一个空基全天候导航系统,它由美国国防部开发,用以满足军方在地 面或近地空间获取一个通用参照系中的位置,速度和时间信息的要求。2.星历误差答:实际上就是卫星位置的确定误差。星历误差是一种起始数据 误差,其大小主要取决于卫星 跟踪站的数量及空间分布、 观测值的数量及精度、 轨 道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完 善程度等。3. SA 技术答:其主要内容是:(1在广播星历中有意地加入误差,使定位中的已知点(卫星的位置精 度大为降低; (2有意地在 卫 星钟的钟频信号中加入误差,使钟的频率产生快慢变化,导致测 距精度大为降低。4.伪距答:GP
14、S 定位采用的是被动式单程测距。它的信号发射时刻是卫星钟确定的,收到时刻则是由 接收机钟确定的, 这就在测定的卫星至 接收机的距离中, 不可避免地包含着两台钟不同步的误 差影响,所以称其为伪距。三、问答题(60 分1. 简述 GPS 网的布网原则(12 分答: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
15、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。2.什么是相对论效应?(8分答: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。模拟试题(5一、判断题(每小题 2分 , 共 20分1. 20世纪
16、 50年代末期,美国开始研制多普勒卫星定位技术进行测速、定位的卫星导航系统, 叫做子午卫星导航系统2. 当利用两台或多台接收机对同一组卫星的同步观测值求差时,可以有效的减弱电离层折射的 影响,即使不对电离层折射进行改正,对基线成果的影响一般也不会超过 1ppm ,所以在短基线 上用单频接收机也能获得很好的定位 结果。3. 图形强度因子是一个直接影响定位精度、 但又独立于观测值和其它误差之外的一个量。 其值 恒大于 1,最大值可达 100,其大小随时间和测站位置而变化。在 GPS 测量中,希望 DOP 越小 越好。4. 子午卫星导航系统采用 12颗卫星,并都通过地球的南北极运行。5. GPS 定
17、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。6. 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。7. 对于 GPS 网的精度要求, 主要取决于网的用途和定位技术所能达到的精度。 精度指标通常是 以相临点间弦长的标准差来表示。8. 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。9.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。10.在接收机和
18、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。 二、名词解释(每小题 4分 , 共 20分1.差分 GPS2.相对定位3.实测星历4.同步观测环5.导航电文四、问答题(60 分1.整周跳变(周跳定义,原因以及特点。(10分2.载波相位测量方程以及个参数代表的意思(12分3. 简述确定整周未知数 的四种方法。 (8分 4.如何减弱 GPS 接收机钟差。(10分5. GPS 基线向量网的设计原则(20 分模拟试题(5 参考答案一、判断题(每小题 2分 , 共 20分1. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 二、名词解释( 每小题 4分 , 共 20分1.差分 GPS利用设置
19、在坐标已知的点 (基准站 上测定 GPS 测量定位误差, 用以提高在一定范围内其它 GPS 接收机( 流动站测 量定位精度的方法2.相对定位答:确定进行同步观测的接收机之间相对位置的定位方法 ,称为相对定位。3.实测星历答:它是根据实测资料进行拟合处理而直接得出的星 历。它需要在一些已知精确位置的点上跟 踪卫星来计算观测瞬间的卫星真实位置,从而获得准确可靠的精密星历。4.同步观测环答;三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的 闭合环。5.导航电文答:主要包括卫星星历、时钟 改正、 电离层延时改正、工作状态和 C/A码转换 到捕 获 P 码的信 息。四、问答题(60 分1.整周跳变(周
20、跳定义,原因以及特点。(10分1 整周跳变卫星信号失锁,使接收机的整周计数不正确,但不到一整周的相位观测值仍是正确的。这 种现 象称为周跳。2 周跳产生的原因a. 建筑物或树 木等障碍物的遮 挡b. 电离层电子活动剧烈c. 多路径效应 的影响d. 卫星信噪比 (SNR太低e. 接收机的高 动态f. 接收机内置软件的设计不周全3 周跳的特点1.周跳只引起载波相位观测量的整周数发生跳跃,小数部分则是正确的。2. 周跳具有继承性, 即从发生周跳的历元开始, 以后所有历元的相位观测值都受到这个周跳的 影响。3.周跳发生非常频繁。2.载波相位测量方程以及个参数代表的意思(12分:载波相位观测值(cycl
21、e ;:载波波长(m :站星距(m ; c :真空中的光速 (m/s:接收机钟差(s ; :卫星钟差(s :对流层折射(m ; :电离层折射(m :卫星星历误差(m ; :整周模糊度 (cycle ; t :观测历元时刻。3. 简述确定整周未知数 的四种方法。 (8分 答:确定整周未知数的方法很多,这里择要介绍其中四种 :(1经典静态相对定位法;(2 “动态 ”测量法 ;(3交换天线法;(4快速确定整周未知数法。4.如何减弱 GPS 接收机钟差。(10分答: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。 认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的,像卫星
22、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. GPS 基线向量网的设计原则(20 分答:1选点原则 a. 为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量,要求测站上空应尽可能 的开阔,在 1015高度角以上不能有成片的障碍物。b. 为减少各种电磁波对 GPS 卫星信号的干扰, 在测站周围约 200m 的范围内不能有强电磁波干扰 源,如大功率无线电发射设施、高压输电线等。 c. 为避免或减少多路径效应的发生,测站应远 离对电磁波信号反射强烈的地形、地物,如
23、高层建筑、成片水域等。 d. 为便于观测作业和今后 的应用,测站应选在交通便利,上点方便的地方。 e. 测站应选择在易于保存的地方。2 提高可靠性的原则 :增加观测期数( 增加独立基线数。保证一定的重复设 站次数。保证每 点与三条以上的独立基线相连最小异步环边数不大于 6。3提高精度的原则 :网中距离较近的点一定要进行同步观测,以获得它 们间的直接观测基线。 建立框架网。最小异步环边 数不大于 6 。适当引入高精度测距边。若要进行高程拟合,水准点 密度要高,分布要均匀,且要将拟合区域包围起来。适当延长观测时间,增加观测时段。选取 适当数量的已知点 ,已知点分布均匀。 GPS 原理及应用模拟试题
24、(3一、填空(每空 1分,共 20分1.按照 GPS 系统的设计方案, GPS 定位系统应包括 部分、 部分和 部分。2. HDOP 代表3.利用 GPS 进行定位有多种方式,如果就用户接收机天线所处的状态而言,定位方式分为 定 位和 定位; 若按参考点的不同位置,又可分为 定位和 定位。4. GPS 信号接收机,按用途的不同,可分为 型、 和 等三种。5.用 GPS 定位的方法大致有四类:、伪距法、射 电干涉测量法、 。目前在测量工作中应用的 主要方法是静态定位中的伪距法和载波相位测量法。6.数据码即导航电文,它包含着卫星的星历、卫星 、时间系统 运行状态、 轨道摄动改正、大 气折射改正、由
25、 C/A码 捕获 P 码的信息等。7.动态定位是用 GPS 信号 地测得运动载体的位置。按照接收机载体的运行速度,又将动态定 位分成低动态、中等动态、高动态三种形式。8. GPS 网一般是求得测站点的三维坐标,其中高程为 高,而实际应用的高程系统为 高系统。9.利用双频技术可以消除或减弱 折射对观测量的影响,基线长度不受限制,所以定位精度和 作业效率较高。10. GPS 定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据,采取 的方法,确 定待定点的空间位置。二、名词解释( 每小题 4分 , 共 20分1.伪距2.相对论效应3.轨道摄动4.极移5.单点定位三、问答题(60 分1简述卫星
26、大地测量的作用。（10 分） 2简述 GPS 卫星的主要作用。（ 10 分） 3如何重建载波？其方法和作用如何？（10 分） 4GPS 误差来源（12 分） 5GPS 的应用（16 分） 原理及应用模拟试题（ GPS 原理及应用模拟试题（3）参考答案 一、填空（每空 1 分，共 20 分） 1）空间卫星 地面监控 用户接收 3）静态 动态 单点 相对 5）多普勒法 载波相位测量法 8）大地 正常 2）水平分量精度因子 4） 导航 测地型 授时型 6） 工作状态 卫星钟 9） 电离层 7） 实时 10） 空间距离后方交会 二、名词 解释（每小题 4 分 ,共 20 分） 1 伪距 答：GPS 定
27、位采用的是被动式单程测距。它的信号发射时刻是卫星钟确定的，收到时刻则是由 接收机钟确定的，这就在 测定的卫星至 接收机的距离中，不可避免地包含着两台钟不同步的误 差影响，所以称其为伪距。 2相对论 效应 答：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。 3轨道摄动 答：卫星的真实轨道与正常轨道之间的差异，称为轨道摄动。 4极移 答：地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称极移 5 单点定位 答：仅单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系中的绝对
28、位置的方法 三、问答 题（60 分） 1简述卫星大地测量的作用。（10 分） 答：卫星大地测量的作用分为如下几方面： （1）精确测定地面点地心（质心）坐标系内的坐标，从而能够将全球大地网连成整体，建成全 球统一的大地测量坐标系统。 （2）精确测量地球的大小和形状、地球外部引力场、地极运动、大 陆板块间的相对运动以及大 地水准面的形状， 为大地测量和其他科学技术服务。 （3）广泛地应用于空中和海上导航，地质矿产勘探及军事等方面。 2 简述 GPS 卫星的主要作用。（10 分） 答：GPS 卫星的主要作用有三方面： （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
29、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。 3如何重建载波？其方法和作用如何？（12 分） 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。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。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。 4GPS 误差来源（12 分） 答：1）与卫星有关的误差：卫星轨道误差，卫星钟差，相对论效应 2 与传播途径有关的误差：电离层延迟，对流层延迟，多路径效应 3 与接收设备有关的误差，接收机天线相位中心的偏差和变化，接收机钟差，接收机内部噪声 5GPS 的应用（16 分） 参考答案：1）军事、国防 2）陆路交通（车辆导航、监控）、航运、航空 3 搜索、救援 4）气 象观测 5）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
