1、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卫星星座：由六颗独立轨道的极轨卫星组成。 （i =90；T=107m ；H=1075km ）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）的系统组成卫星星座：由 6 个轨道，24 颗卫星组成（卫星寿命 7.5 年） 。 （i =55；T=11h58m；H=20200km ）地面设有：5 个监测站：负责监测卫星的轨道数据、大气数据，经初处理后储存和传送到主控站；1 个主控站：根据各监测站资料，
2、推算预报各卫星的星历、钟差和大气修正参数编制导航电文；对监测站的钟差、偏轨或失效卫星实行调控和调配。将电文、指令传送到注入站；3 个注入站：将导航电文、控制指令注入相应的卫星。3、了解我国的北斗一号导航系统的组成，定位精度如何系统组成：卫星星座：由 3 颗同步静止卫星组成（其中 1 颗在轨备用） 。 （i =0；T=24h恒星时；H=36000km） 。地面仅有：一个中心站:负责系统测控、 定位信号的发射与接收、用户坐标的解算与发布、双向授时等。定位精度：平面精度20m；垂直精度10m 。4、 GPS 卫星的测距码（C/A 码）如何产生有何作用产生：测距码（C/A 码）由卫星上的原子钟所产生的
3、基准频率 f0 降频 10 倍产生，即fC=f010=1.023MHz。作用：测距码（C/A 码）是普通用户用以测定测站到卫星距离的一种主要的信号。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（不进位的加法运算）：运算法则：11=0；1 0=1 ；01=1；0 0=0波形积：运算法则：(-1)(-1)=1；11=1；(-1) 1=-1；1(-1)=-16、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自相关函数: R(t)=（L-Y）/（L+Y）码相同步时：R(t)= -1/N= -1/(2n-1)码相不同步时：R(t)= L /
4、L=N/N=17、记忆卫星轨道开普勒六根数为的名称及代号轨道椭圆的长半轴 a；轨道椭圆的偏心率 e；升交点的赤经 ；轨道面倾角i；近地点角距 ；卫星的真近点角 V。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方法：相关法：通过码相关同步乘法装置获得载波信号和 D 码混合的解调信号，读解 D 码后可恢复载波信号； 平方法：接收机将收到的调制信号在相同步的情况下自乘恢复载波信号。原理：将调制在载波信号上的测距码、数据码去掉，恢复载波信号的过程。11、了解 GPS
5、 接收机微处理器（CPU）的工作程序开机自检，测定各通道时延值；搜索锁定卫星信号，解译导航电文；结合星历、伪码或载波观测量计算站点坐标；通过站点坐标、星历计算可见卫星的方位、高度角；计算导航参数（须有明确目标） 。12、用什么方法可以求解整周未知数（整周模糊度）已知点坐标法；多普勒法；伪距法；经典方法：将 N 当作整数解，将 N 当作实数解。13、用什么方法可以测定整周计数 Int？由于多普勒效应通过混频器对本振信号与卫星信号的对比可以获得多普勒计数从而推算整周计数 Int。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卫星信号被遮挡暂时阻断；外界干扰或动态环境恶劣，导致环路
6、跟踪失锁； 对混频器产生的频差信号无法正确解读整周计数；由于石英振荡器频率不稳定使整周计数Int 错误。15、了解整周跳变探测修复的各种方法屏幕扫描探测法；高次差探测法；多项式拟合法；在卫星间求差法，用双频观测值修复周跳。16、了解美国 GPS 政策以及对付美国 GPS 政策的方法美国 GPS 政策：对不同的 GPS 用户提供不同的服务方式；选择性可用政策（SA）对（SPS ）用户实施干扰；反电子欺骗技术（A-S）用 W 码对 P 码实施加密。对付美国 GPS 政策的方法：建立独立的卫星导航定位系统；建立独立的卫星轨道精密测量系统；增加接收机的兼容性和接收通道；利用差分技术提高定位精度。17、
7、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通过差分技术消除：卫星钟差、星历误差、本机钟差。不能通过差分技术消除：电离层误差、对流层误差、多路径反射、通道误差。18、比较局域差分和广域差分的定位原理和定位精度方面的差异局域差分原理：由多个基准站构成 GPS 差分网络；差分数据通过网平差后提高改正参数精度；将改正参数发送用户。广域差分的原理：主控站对各种定位误差独立解算用户分别修正；卫星星历：用多站解算的精密星历代替广播星历；卫星钟差：用多站解算的卫星钟差代替广播钟差；大气延时：发布网格参数,由客户内插截取后用模型修正。定位精度方面的差异：局域差分基准站
8、对软硬件要求不高，维持费用低；比单基准站差分精度稍高范围稍广；相对基准站距离越远精度越低；要大面积覆盖，必须布控大量基准站。广域差分差分精度与相对距离无关；不必大量兴建监测站节省费用；利于大面积无人区的定位导航；监测站、主控站对软硬件要求高，维持费用高。19、了解位置差分的条件、原理和优缺点条件：基准站与用户必须观测同一组卫星，故范围在 100km 内；已知基准站的 GWS-84 精密坐标（X0，Y0 ，Z0 ） 。原理：基准站通过 GPS 卫星,实时(t0)测定本站坐标（X，Y，Z） ；计算坐标改正数及其时间导数；将改正参数发送用户（P） ，修正实测(t0)坐标 (X，P ,Y，P ,Z，P
9、)。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：基准站与用户至少有 4 颗相同的观测卫星；已知基准站的 GWS-84 精密坐标（X0，Y0，Z0 ） 。原理：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） ；基准站测定卫星(i)t0 时刻的伪距(D，i) ；计算 t0 时刻的伪距改正数及其时间导数；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(XP ,YP ,ZP)。优点：计算简单，适用于各种 GPS
10、定位仪，用户接收通道数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）的涵义由 GPS 卫星与接收机作顶点构成的多面体的体积 V 决定的测量精度。体积 V 越大GDOP 值越小，定位精度越高，接收机显示的 GDOP 值的范围： 2.06.0。22、理解 GPS 的绝对定位和相对定位的涵义和原理绝对定位：涵义：用单台 GPS 定位仪独立测量、解算未知点坐标的过程。原理：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：涵义：在一定距离内，用两台以上 GPS 定位仪同时测定站星距
11、离，通过求差的方法解算测点间基线向量的过程。原理：至少知道一个已知点的三维坐标(GWS-84)；通过求差的方法可以最大限度消除或削弱各种测量误差的影响，大大提高测量精度。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：涵义：三台以上接收机同步观测所得的基线闭合环。作用：同步环可提高测量点的解算精度。异步环：涵义：含有非同步观测基线的闭合环。作用：起发现粗差、检测精度的作用。独立环：涵义：各边均由独立观测基线构成的闭合环。作用：独立基线：涵义：N 台接收机同步观测，可得 N-1 条独立基线。 作用：构成解算同步观测点的
12、最起码条件。非独立基线：涵义：在同步环中除了独立基线之外的基线。作用：与独立基线构成最少（T）个的同步环， T=J-(N-1)=(N-1)(N-2)/2。只观测一个时段，独立基线数： J 独=C(N-1)；基线总数： J 总=CN(N-1)/2。其中 N 为接收机数，C 为观测时段数。24、了解 GPS 网测量过程的各种连接方式及其特点星形连接特点：GPS 仪一台固定，另一台跑点；基线无构成任何闭合图形的，无法检测精度；星形连接只用于低精度工程碎部测量。点连式特点：各时段转点只保留一台 GPS 定位仪不动；无复测基线边，各同步图形以点连接，几何强度很弱；无或少异步环（异步检测条件）可靠性差。边
13、连式图形特点：各时段转点至少保留两台 GPS 定位仪不动；各同步图形以复测边连接，几何强度及异步检测条件较好；观测工作量较点连式大。边点混合连接式特点：作业方式与点连式同；同步环点、边连接皆有，以提高几何强度；尽量创造异步检测条件提高可靠性。网连式特点：各时段转点至少保留两台 GPS 定位仪不动；各同步图形均以复测边连接，适用于高精度控制测量；观测工作量较点连式大比混连式小。三角锁连接特点：作业方式与混连式同，适用狭长区域；同步环点、边连接皆有，以提高几何强度。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，测定该卫星四个时段相对观察者的视向位移，通过
14、布列四个双曲线方程求解出测站坐标。26、简述 GPS 卫星导航定位原理GPS 接收机(P)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(R)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，根据用户的应答信号时差计算星户距及求出用户坐标，再用地面数字高程模型读出用户高程，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 年建
15、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要求（课件 PPT228 页）通视原则：GPS 网点至少要有一个方向通视；开阔原则：网点地平 15以上的天区不能有遮挡；便利原则：测站应选在交通便利、上点方便且站标易于保存的地方；防止干扰：在测站 200 米范围内不能有强电磁波干扰源（包括高压电线） ；防止反射：测站应远离对电磁波反射强烈的高层建筑、成片水体等地物；利用旧站标原则：在不违反原则前提下尽量利用旧站标；异步环检测原则：为了检验观测精度的可靠，异步环或附合线路的边数不能超过国家规定；复测原则：各网点
16、至少独立观测两个时段，增加复测基线。30、试述 GPS 在航空遥感中的应用（1 ）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。（2 ）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2s
17、航速 200m/s，内插精度可达 0.4mm（3 ）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工作原理：基准站（已知点）将 GPS 差分数据，利用无线电通信链实时转达 GPS 流动站，实施定位差分修正以提高测量精度；当流动站捕获 4 颗以上卫星并确定整周模糊度后，流动站可以厘米级精度快速测定动点坐标。应用：可以简易快捷地确定每宗房地产土地易权归属地
18、的边界测定和面积量算（国外根据土地使用性质和面积纳土地税） ；可以简易快捷地实现土地易权归属地从图纸到实地的边界放样；RTK 技术能保证精度的前提下，省时省工实现土地动态监测管理，保证了土地利用状况调查的快速精准。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，大致作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；标志埋设：在测量点上的基岩或水泥混凝土上，按国家规范埋设金属标志，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几何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
19、：各测量点测站在对中整平、天线斜高测定输入数据后后，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，仪器接收天线尽量架高；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 测量仪器的开启和设置：轻按接收机电源开关以及遥控器电源开关自动连接接收机；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 45min60min33、试举例说明 GP
20、S 在海洋测绘中的应用（1 ）利用 GPS 进行高精度海洋定位：利用岸基多个基准站进行海洋物探定位和钻井平台定位；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；在钻井平台四角装上高精度 GPS 定位仪，通过解算岸基的差分信号可以获得平台的平移、倾斜、旋转等精确状态数据。（2 ）中国沿海 RBN/DGPS 系统：该系统的全称为“中国沿海无线电指向标差分 GPS (RBN/DGPS)系统 1997 年布控完毕；从南到北由 20 个基准站组成，主要为我国沿海口岸、重要水域、狭窄水道提供精准的差分定位导航服务；已在导航定位、海图测量、港口航道
21、测量、岸线地形修侧、航标定位、近海工程、近海抢险和紧急救援等发挥作用。（3 ） GPS 技术用于建立海洋大地控制网海洋大地控制网是由布控在岛屿、暗礁和海底的大地控制点组成的，海底控制点由固定标志和水声应答器构成；海底控制点的测量测量船通过声纳对海底控制点定位的瞬间，测量船的精确位置可以通过岸基差分 GPS 确定；1994 年我国在西沙南沙的岛屿和暗礁布设了 GPS 控制网，平均边长相对中误差为 1/387万；点位中误差为13cm；海洋大地控制网已在海底地形测绘、海洋资源开发、海洋工程建设、海底运动监测、船舶导航等方面发挥重要作用。34、试举例说明 GPS 在交通系统中的应用（1 ）车辆自主导航
22、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。（2 ）车辆跟踪、调度、监控定位系统：车载部分主要功能：a、定位信息的发送（未差分处理）和接收（差分处理）功能b、在电子地图上实时显示本车的经纬度、车速、航向c、接受监控中心的调度命令通过文字显示或语音传达d、出现紧急情况可启动报警功能，报告实时车况监控部分主要功能：a、实时差分功能：能对各路车辆的定位信号作出差分纠正b、数据跟踪功能：实时显示车号、经纬度、速度、航向等信息c、决策指挥功能：对天气、路况、行进路径作出最优选择
