1、1. GPS：NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System导航星测时与测距全球定位系统，简称 GPS 也称作 NAVSTAR GPS，是空基全天候导航系统，由美国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求。2. GPS 特点： 观测站之间不需要通视； 提供三维坐标； 定位精度高； 操作简便； 1 2 3 4观测时间短； 全天候 24 小时作业。 5 63. （了解）先前定位系统：无线电导航系统；天文导航系统；惯性导航系统。4. GPS 参数： 轨道数：6 ，间隔 60
2、； 卫星：4 颗，不均匀分布； 轨道倾角：55； 1 2 3轨道半径：26560km； 轨道周期： 1/2 恒星日（11 时 58 分） ； 地面重复跟踪：每 4 5 6个恒星日； 编码：每颗卫星不同，码分制； 调制码（码率）：C/A 码 1.023MHz） ， 7 8P 码（10.23MHz） ； 星历数据表示方式：开普勒轨道公式； 坐标系：WGS-84 ； 9 10时钟数据：时钟偏差、频率偏移、频率速率； 轨道数据：每小时修正开普勒轨道11 12参数。5. （了解）其他卫星导航系统： Galileo-ENSS：欧盟的欧洲导航卫星系统（ENSS） ， 1即伽利略计划。 GLONASS（俄）：
3、由 24 颗卫星（21 颗工作 3 颗备用）均匀分布在 23 个轨道平面内。卫星高度为 19100km，轨道倾角 64.8，卫星的运行周期为 11 时 15分。GLONASS 卫星的这种空间配置，保证地球上任何地点、任何时刻均至少可以同时观测 5 颗卫星。 北斗导航系统（中国）：全天候、全天时提供卫星导航信息的区 2域导航系统。覆盖范围东经约 70140，北纬 555。由 2 颗相隔一定距离的静止轨道卫星、控制站和接收机组成。定位基于三球交会原理。系统三大功能：快速定位、简短通信、精密授时。6. GPS 的应用 ：国防军事，搜索救援，气象观测，卫星定规，交通，测量，遥感，电力。7. （了解）天
4、球坐标系：是以天球及天球上的点线圈为基础所建立的坐标系。协议天球坐标系：经协商指定的某一特定时刻的平天球坐标系。极移：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。岁差：地球的形体接近于一个赤道隆起的椭球体，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，出现的春分在黄道上产生的缓慢西移的现象。章动：在月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平北天极产生的旋转，大致成椭圆轨道的现象。8. GPS 坐标系 ：WGS-84 坐标系，国际地球参考框架（ITRF） ，北京 54 旧坐标系，北京54 新坐标系，中国 2000 坐标系。各坐标系相关参数： WGS-8
5、4 坐标系：长半径 a=63781372（m） ；扁率 1f=1/298.257223563。 北京 54 旧坐标系：长半径 a=6378245m；扁率 f=1/298.3；参考 2椭球：克拉索夫斯基椭球。 北京 54 新坐标系：长半径 a=6378140m；扁率 3f=1/298.257；参考椭球：克拉索夫斯基椭球。 中国 2000 坐标系： 西安 80：长半径 4 5a=6378140m；扁率 f=1/298.257。9. WGS-84 坐标系：WGS-84 是修正 NSWC9Z-2 参考系的原点和尺度变化，并旋转其参考子午面与 BIH 定义的零度子午面一致而得到的一个新参考系。原点在地球
6、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，是一个地固坐标系。 （精度为1m 到 2m）10. ITRF-国际地球参考框架 ：是 International Earth Rotation Service 制定，由全球数百个HHHH hRh2RSLR、VLBI 和 GPS 站构成的。 （可达厘米级精度）11. 时间系统分类：世界时，力学时，原子时，GPS 时。12. 人卫轨道理论内容：研究人造地球卫星的运动规律。13. 轨道摄动：卫星的真实轨道与正常轨道之间的差异。1
7、4. 轨道根数：即轨道参数，是在人卫轨道理论中用来描述卫星椭圆轨道的形状、大小及其在空间的指向，以及确定任一时刻 t0 卫星在轨道上的位置的一组参数。常用 6 个开普勒轨道根数。即：升交点赤经 ，轨道倾角 i，长半径 a，偏心率 e，近地点角距，卫星过近地点的时刻 t0。15. GPS 系统组成 ：空间部分、地面控制部分、用户设备部分。GPS 空间部分：设计 21 颗正式工作卫星+3 颗活动备用卫星，保证在 24 小时，在高度角 15以上能够同时观测到 4 到 8 颗卫星。GPS 地面控制部分：组成：1 个主控站，5 个跟踪站，3 个注入站。作用：监测和控制卫星运行，编算卫星星历，保持系统时间
8、。GPS 用户设备部分：GPS 信号接收机及相关设备。16. GPS 接收机 ：能够接收、跟踪、变换和测量 GPS 信号的卫星信号接收设备。分类：按用途分：导航型接收机，测地型接收机，授时型接收机。 按载波频率分：单频 1 2接收机，双频接收机。 按通道数分：多通道接收机，序贯通道接收机，多路多用通 3道接收机。 按工作原理分：码相关型接收机，平方接收机，混合型接收机，干涉型 4接收机。17. 接收机组成：天线单元（带前置放大器、接收天线） ；接收单元（信号通道、存储器、微处理器、输入输出设备、电源） 。18. 天线相位高求法：（如图）天线高：标志至平均相位中心所 在平面的垂直距离 H。H：相
9、位高改正数。R：仪器半径。h：斜高，直接量取。19. 接收（信号）通道：接收集中用来跟踪、处理、量测卫星信号的部件，由无线电元器件、数字电路等硬件和专用软件组成。20. GPS 信号结构 ：载波（L 1 和 L2） ，导航电文，测距码（C/A 码和 P(Y)码） 。载波作用：搭载其他信号，也可用于测量。21. 导航电文：用户用来定位和导航的数据基础。是包含了该卫星的星历、工作状况、时钟改正、电离层时延改正、大气折射改正以及由 C/A 码捕获 P 码等导航信息的数据码。22. 测距码：方波，伪随机噪声码PRN 码（可复制） 。23. 卫星星历：是描述卫星运动轨道的信息，或者说是一组对应于某一时间
10、的卫星轨道根数及其变率。包括：预报星历（广播星历） ，后处理星历（精密星历） 。24. 实测星历：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。25. 两种 GPS 服务： SPS标准定位服务。使用 C/A 码，民用，精度为 100m。 PPS 1 2精密定位服务。可使用 P 码，军用和得到特许的民用，精度达 10m。26. SA（Selective Availability）技术：其主要内容是 在广播星历中有意地加入误差，使 1定位中的已知点（卫星）的位置精度大为降低； 有意地在卫星钟的钟频信号中加
11、入 2误差，使钟的频率产生快慢变化。 （区别 AS（Anti-Spoofing）：反电子欺骗，P 码加密，P+W-Y）27. GPS 定位类型 ： 依定位时接收机天线运动状态：静态定位，动态定位； 依定位模 1 2式：绝对（单点）定位，相对定位，差分定位； 依观测值类型：伪距法定位，载波 3相位测量定位； 依定位时效：实时定位，事后定位； 依整周模糊度方法及观测时 4 5段：常规静态定位，快速静态定位。28. 静态定位：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的定位方法。 （动态定位：是定位过程中接收机天线处于运动状态。精度稍差）29. 绝对定位（单点定位）
12、：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位置的方法。30. 相对定位：确定同步跟踪相同的 GPS 信号的若干台接收机之间的相对位置的定位方法。可消除许多相同或相近的误差。31. 差分定位：是在一个测站对两个目标的观测量、两个测站对一个目标的两次观测量之间进行求差。 （差分 GPS：利用设置在坐标已知的点上测定 GPS 测量定位误差，用以提高在一定范围内其它 GPS 接收机测量定位精度方法。 ）32. 伪距法测量：利用测距码进行测距的原理：基本思路:= c= t c33. 伪距：GPS 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，收到时刻是接收机钟确定的，这就在测定卫
13、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。34. 测距码伪距观测方程：35. 载波相位伪距观测方程：其中： ：载波相位观测值；：载波波长； sr：站星距；t r：接收机钟差；t s：卫星钟差； trop：对流层折射； ion：电离层折射； orbit：卫星星历误差；N：整周模糊度；t：历元时刻；：残差。36. （了解）伪距测量观测精度低，载波相位测量精度高。伪距测量和码相位测量是以测距码为量测信号的。量测精度是一个码元长度的百分之一。由于测距码的码元长度较长，因此量测精度较低（C/A 码为 3m，P 码为 30cm） 。载波的波长要短得多（L1 = 19cm,
14、 L2 = 24cm） ，对载波进行相位测量，可以达到很高的精度。37. 重建载波方法、作用：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再连续，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导航电文去掉，重新获取载波。载波重建一般方法： 码相关法 平方法。采用前者，用户可同时提取测距信号和卫 1 2星电文，但必须知道测距码的结构；采用后者，用户无需掌握测距码结构，但只能获得载波信号而无法获得测距码和卫星电文。38. 整周跳变（周跳）：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。
15、39. 周跳原因： 信号被遮挡； 仪器故障； 信号被干扰； 接收机在高速动态的环境 1 2 3 4下进行观测； 卫星瞬时故障，无法产生信号。 540. 周跳特点： 周跳只因其载波相位观测量的整周书发生跳跃，小数部分是正确的； 1周跳有继承性，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该周跳 2的影响。41. 周跳探测与修复方法：屏幕扫描法；高次差法；多项式拟合法；MW 观测值法；残差法。42. 整周未知数确定方法：伪距法；多普勒法（消去法） ；走走停停法；参数法（搜索法） 。43. 差分观测值：将相同频率的 GPS 载波相位观测值依据某种方式求差所获得的新组合的观测值（虚拟观测值）
16、。44. 差分方式： 站间差分：同步观测值在接收机间求差。特点：消除了卫星钟差影响； 1消弱了电离层折射影响；消弱了对流层折射影响；消弱了卫星轨道误差影响。 星间 2差分：同步观测值在卫星间求差。特点：消除了接收机钟差影响。 历元间差分：消 3去了整周未知数参数。45. 差分按差分次数分：单差（站间一次差分） ；双差（站间、星间各求一次差） ；三差（站间、星间、历元间各求一次差） 。46. 采用差分观测值缺陷：数据利用率低；引入基线矢量取代了位置矢量；差分观测值间具有了相关性，使处理问题矢量化；某些参数无法求出。47. DOP：Dilution Of Precision，图形精度因子，反映观测
17、精度的值。性质：DOP 值与单点定位时所观测卫星数量和分布有关，它所表示的是定位的几何条件；DOP 值越小，卫星定位的几何条件越好。48. PDOP：空间位置图形强度因子； VDOP：垂直分量精度因子； HDOP：水平分量精度因子； TDOP：时间分量精度因子； GDOP：几何分量精度因子。49. （了解）误差分类：系统误差，偶然误差，其他误差。系统误差：具有某种系统性特征的误差，量级大。偶然误差：随机，量级小，包括卫星信号发生部分的随机噪声、接收机信号处理部分的随机噪声、其他外部某些有随机特征的影响。 50. GPS 定位中误差 ：按性质分：系统误差（偏差） ，偶然误差；按来源分：与卫星有关
18、误差，与传播途径有关误差；与接收机设备有关误差。削弱或消除误差方法：建立误差改正模型；求差法；参数法；回避法。51. 相对论效应：GPS 在高 20200km 的轨道上运行，卫星钟收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。52. 卫星星历（轨道）误差：由广播星历或其他轨道信息给出的卫星位置与卫星实际位置之差。在一个观测时段（1h3h）主要呈现系统误差特性。星历误差大小主要取决于卫星跟踪系统的质量，还与星历的预报间隔也有关。应对方法：精密定轨，轨道松弛，相对定位。53. 多路径误差：在 GPS 测量中，被测站附近的物
19、体所反射的卫星信号被接收机天线所接收，与直接来自卫星的信号产生干涉，从而使观测值偏离真值产生的误差。54. 多路径效应：由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应。55. 应对多路径误差方法： 观测上：选择合适的测站，避开易发生多路径的环境； 硬 1 2件上：采用抗多路径误差的仪器设备； 数据处理上：加权，参数法，滤波法，信号 3分析法。具体：多路径误差不仅与反射系数有关，还和反射物；离测站距离和卫星信号方向有关，无法建立准确的改正模型，只能恰当选择站址，避开信号反射物。例如：选设点位时应远离平静的水面，地面有草丛等植被时能较好吸收微波信号能量，反射较弱，是较好站址。测站不宜选在山坡、山谷、盆地
20、。测站附近不应有高层建筑，观测时也不要再测站附近停放汽车。56. GPS 技术设计中考虑因素：测站因素，卫星因素，仪器因素，后勤因素。57. GPS 测量工作步骤 ：测前工作：工程项目的提出，测区位置及其范围，提交成果的内容，用途和精度等级，定位分布及点的数量，时限要求，经费投资，技术设计，测绘资料的搜集与整理，仪器的检验，踏勘、选点埋石；测量实施：实地了解测区情况，卫星状况预报，确定作业方案，外业观测，数据传输与转储，基线处理与质量评估，重复后四步直至完成所有 GPS 观测工作；测后工作：结果分析（网平差处理与质量评估） ，技术总结，成果验收。58. GPS 测量质量评定 精度指标 ：网中相
21、邻点间距离的中误差 =a2+(b*D)2。 （a：固定误差-mm；b：比例误差-ppm；D：相邻点间距离-km）59. 我国 GPS 测量按精度分为： AA、A 、B、C 、D、E 六级，相邻点距离：A：1002000km；B（国家大地控制网或地方框架网）：15250km ；C（地方控制网和工程控制网）：540km；D（工程控制网）：215km；E（测图网）：110km。60. GPS 基线向量网布网形式：跟踪站式，会战式，多基准站式，同步图形扩展式，单基准站式。61. 同步图形的连接方式：点连式，边连式，网连式，混连式。62. （了解）点连式：作业效率高，图形扩展迅速，但图形强度低；边连式：
22、作业效率较高，图形强度较强；网连式：图形强度最强，作业效率低。63. GPS 基线向量网的设计指标：效率指标，可靠性指标，精度指标，费用指标。64. GPS 基线向量网设计原则：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开阔，在 1015 高度角以上不能有成片障碍物； 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；c.为避免或减少多路径效应发生，测站应远离对电磁波信号反射强烈的地形地物；d.为便于观测作业和今后应用，测站应选在交通便利，上点方便的地方；e.测站应选在易于保存的地方。提高可靠性原则：a.
23、增加观测期数（增加独立基线数） ；b.保证一定的重复设站次数；c.保证每点与三条以上的独立基线相连；d.最小异步环边数不大于 6。提高精度原则：a.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；b.建立框架网；c.最小异步环边数不大于 6；d.适当引入高精度测距边；e.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；f.适当延长感测时间，增加观测时段；g.选取适当数量的已知点，已知点分布均匀。65. 基线解算类型：单基线解（无法反应同步基线间的误差相关性，不利于网平差处理） ，多基线解（顾及到了同步观测基线间的误差相关特性，理论上是严密的） 。66. 基
24、线解算结果的质量评定指标：单位权方差因子：即参考方差因子，反应观测值质量，越小越好；RMS：均方根误差，观测值质量越好，它越小； 数据删除率；RATIO：反应所确定的整周未知数参数的可靠性，越大越好；PDOP：表明 GPS卫星状态对相对定位的影响，取决于观测条件好坏，不受观测质量影响，越小越好。67. 同步观测环：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。68. 同步环闭合差限值：W 同 3n/5； 异步环闭合差限值：W 异 33n； 重复基线较差限值：W 互 2269. 影响基线解算结果主要因素（应对方法）：基线解算时所设定的起点坐标不准确（设定较准确的起点坐标，采用同一点或
25、同一点的衍生点起算） ；少数卫星观测时间太短，导致这些卫星的整周未知数无法确定（剔除观测时间太短的卫星） ；在整个观测时段里，有个别时间段或个别卫星周跳太多，致使周跳无法完全修复（剔除周跳太多的卫星，截去周跳太多的时间段） ；在观测时段内，多路径相应比较严重，观测值的改正数普遍较大（剔除受多路径影响严重的观测值） ；对流层折射或点六层折射影响（模型改正、采用 Iono-Free 观测值） 。70. 基线结算时常需修改的参数：参与数据处理的特定时间段的观测值；截止高度角；观测值类型；星历类型；Ratio 值限值；观测值编辑因子；电离层折射改正；对流层折射改正。71. 网平差类型：无约束平差，约束
26、平差，联合平差。无约束平差：指在平差时不引入会造成 GPS 网产生由非观测量引起的变形的外部起算数据。约束平差：指平差时所采用的观测值完全是 GPS 观测值。联合平差：指平差时所采用的观测值除了 GPS 观测值外，还有地面常规观测值。72. 无约束平差作用：评定 GPS 网的内部符合精度，发现和剔除 GPS 观测值中可能存在的粗差，得到 GPS 网中各个点在 WGS-84 系下经过了平差处理的三维空间直角坐标系，为将来可能进行的高程拟合，提供经过了平差处理的大地高数据。73. 大地高系统：是以参考椭球面为基准面的高程系统。纯几何量，无物理意义。正高系统：是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点通过该点铅垂线与大地水准面焦点之间的距离。正常高系统：是以似大地水准面为基准的高程系统。 （注：GPS 网一般是求得测站点的三维坐标，其中高程为大地高，而实际应用的高程系统为正常高系统）74. GPS 测高方法 ：等值线图法；大地水准面模型法；拟合法。75. 卫星大地测量作用：精确测定地面点地心坐标系内的坐标，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；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；广泛的应用于空中和海上导航，地质矿产勘探及军事等方面。
