1、GPS部分考题及答案1.四种定位系统之间的异同GPS：GPS 全球定位系统（ Global Positioning System - GPS ）是美国从本世纪 70 年代开始研制，历时 20 年，耗资 200亿美元，于 1994 年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。利用 GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称 GPS。该系统的空间部分使用 24 颗高度约 2.02 万千米的卫星组成卫星星座。 21+3（备用卫星）颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为 11 小时 58 分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗
2、） ，轨道倾角为 55 度。GLONASS：作用类似于美国的 GPS，最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。该系统的空间部分使用 24颗高度约为 1.9万的中轨道卫星组成卫星星座，包括 21颗工作星和 3颗备份星，分布于 3个圆形轨道面上，运行周期 11小时 15分钟，倾角 64.8。Galileo：Galileo 卫星导航计划是由欧共体发起，并与欧洲空间局一起合作开发的卫星导航系统计划。该系统空间部分使用高度 2.4万公里的中等高度轨道卫星组成卫星星座。运行周期约为 14小时21分钟每个轨道面均匀分布 10颗卫星，其中一颗备用，轨道面倾角为 56。CNSS：北斗卫星导航系统是中国自行研制
3、的全球卫星定位与通信系统。中国此前已成功发射四颗北斗导航试验卫星和十六颗北斗导航卫星（其中，北斗-1A 已经结束任务） 。该系统的空间部分使用 5颗静止轨道卫星和 30颗非静止轨道卫星（27 颗中轨道(MEO)卫星和 3颗倾斜同步(IGSO)卫星组成）组成卫星星座。运行周期约为 11小时5分钟。相同点：均是利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。均包括空间部分、地面控制部分和用户接收部分三大部分。等相同点。不同点：卫星覆盖数：北斗最多，伽利略次之，格洛纳斯和 Gps最少。精度（民用）：伽利略最高，gps 次之，北斗较低，格洛纳斯最低。抗干扰能力：格洛纳斯最强，其他一般。卫星信号模式：格
4、洛纳斯是 FAMA，其他是 CDMA。是否通讯功能：北斗和伽利略有，其他无。发射信号频率：北斗和伽利略高，其他较低。兼容性：北斗和伽利略能兼容，其他不能。2.GPS的应用应用：军用功能：飞机、导弹、水面舰艇和潜艇的定位导航等武器装备上的导航。弹道导弹机动发射车、自行火炮与多管火箭发射车等武器载具发射位置的快速定位，以缩短反应时间；人员搜救、水上排雷定位等。个人位置服务气象应用道路交通管理铁路智能交通海运和水运航空运输应急救援。3.坐标系统的转换4.天球坐标系统收到哪种误差影响？及其规律。球形、岁差和章动等。在岁差影响下，平北天极绕北黄极的运动；在章动影响下，瞬时北天极绕平北天极顺时针的转动。地
5、球在绕太阳运行时，自转轴的方向不再保持不变，从而使春分点在赤道上产生缓慢的西移，这种现象在天文学中称为岁差，在日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旋转，大致成椭圆形轨迹，其长半径约为 9.2“，周期约为 18.6年。这种现象称为章动。平北天极绕北黄极的运动，这就是上面介绍的岁差现象；瞬时北天极绕平北天极顺时针的转动，即章动现象。5.协议天球（地球）坐标系协议天球坐标系：为了建立一个与惯性坐标系相接近的坐标系，人们通常选择某一时刻 t0作为标准历元)，并将此时刻地球瞬时自转轴(指向北极)和地心至瞬时春分点的方向，经该时刻的岁差和章动改正后，分别作为 Z轴和 X轴的指向。地球质心
6、为原点。由此所构成的空固坐标系，称为所取标推历元 t0的平天球坐标系或协议天球坐标系，也称协议惯性坐标系。协议地球坐标系：原点位于地球质心，z 轴指向 CIO，x 轴指向协议地球赤道面和包含 CIO与平均天文台赤道参考点的子午面之交点，y轴构成右手坐标系取向根据协议地球坐标系和协议天球坐标系的定义可知：两坐标系的原点均位于地球的质心，故其原点位置相同；瞬时天球坐标系的 Z轴与瞬时地球坐标系的 Z轴指向相同；两瞬时坐标系的 X轴的指向不同。6.WGS-84大地坐标系WGS-84大地坐标系：原点在地球质心，Z 轴指向 BIH 1984.0定义的协议地球极(CTP)方向，X 轴指向 BIH 1984
7、.0的零子午面和 CTP赤道的交点，Y 轴与 Z、X 轴构成右手系。7.恒星时.平太阳时的意义.关系以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间，称为恒星时（ST） 。春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一个恒星日，含 24个恒星小时。以平太阳为参考点，由平太阳的周日视运动所确定的时间，称为平太阳时(MT)。平太阳连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一个平太阳日，含 24个平太阳小时。UT：世界时。以平子夜为零时起算的格林尼治太阳时定义为世界时UT。ATI：原子时。UTC：协调世界时。TUT=TGMT（格林尼治太阳时）+12hTUT1=TUTC+T(T=TUT1-TUTC)TTAI=T
8、UT2-0.0039 sATI- GPST19(s）8.无摄运.受摄运动卫星的无摄运动：只考虑地球质心引力作用的卫星运动称为卫星的无摄运动。卫星受摄运动：考虑了摄动力作用的卫星运动称为受摄运动9.确定卫星位置的六个参数a轨道椭圆的长半轴；e 轨道椭圆的偏心率；?升交点的赤经，即在地球赤道平面上，升交点与春分点之间的地心夹角；升交点即当卫星由南向北运行时，其轨道与道面的一地球赤个交点；i 轨道面的倾角，即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角；w 近地点角距，即在轨道平面上升交点与近地点之间的地心夹角；V 卫星的真近点角，即在轨道平面上，卫星与近地点之间的地心角角距。10.GPS星历预报星历，是通过
9、卫星发射的含有轨道信息的导航电文传递给用户的，用户接收机接收到这些信号，经过解码便可获得所需要的卫星星历，所以这种星历也叫作广播星历。精密星历，是一些国家的某些部门，根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法，而计算的卫星星历。两者异同点：发生时间：预报星历在观测前，后处理星历在观测后；传播途径：预报星历通过 GPS导航电文传播，而后处理星历是通过磁带、电视、卫星通讯、电传等方式有偿地为所需要的用户服务。提供者：预报星历是美国地面控制中心提供，后处理星历是用户服务部门提供。11.卫星位置计算1、计算卫星运行的平均速度 n根据开普勒第三定律，卫星运行的平均角速度 n0
10、可以用下式计算 ：n0= = /( )3 式中，u 为 WGS-84坐标系中的地球引力常数,且u=3.986 0051014m3/s2。平均角速度 n0加上导航电文中给出的摄动改正数?n，便得到卫星运行的平均角速度 n : n= n0+?n2、计算归化时间 tk首先对观测时刻 t作卫星钟差改正t=t- ?t?t=a0+a1(t-toc)+a2(t-toc)2然后将观测时刻 t归化到 GPS时系tk=t- toe式中，tk 称作相对于参考时刻 t0e的归化时间。3、观测时刻卫星平近点角 Mk的计算MK=M0+ntk式中 M0是导航电文给出的参考时刻 t0e的平近点角4、采用迭代算法计算偏近点角
11、EkEk= MK +esinEK(EK, MK以弧度计) 书 P485、计算真近点角 Vk 6、计算升交距角 k 7、计算摄动改正数 u、r、i 8、计算经摄动改正后的升交距角 uk、卫星矢径 rk和轨道倾角 ik 9、计算卫星在轨道平面坐标系中的坐标 10、计算观测时刻升交点经度 k 11、计算卫星在地固坐标系中的空间直角坐标 12、计算卫星在协议地球坐标系中的空间直角坐标12.为什么要至少用四颗卫星定位?3颗是测量在用 WGS-84作为标准的三维坐标,本来 3维数据已足够定位,但是因为卫星传播的工具是用电磁波(而不是光),而电磁波经过传播会产生误差,会导致传播时间的不同步.而为了使这传播的
12、数据同步,所以引入多一颗卫星来提供时间数据。13.整周模糊度整周模糊度（ambiguity of whole cycles）又称整周未知数，是在全球定位系统技术的载波相位测量时，载波相位与基准相位之间相位差的首观测值所对应的整周未知数。整周未知数 N0 的确定，常用的方法伪距法：在进行载波相位测量的同时又进行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值（化为以距离为单位）后即可得到 ?N0将整周未知数当作平差中的待定参数整数解实数解多普勒法（三差法）快速确定整周未知数法14.周跳在观测过程中，如果卫星信号被阻挡或受到干扰，则接收机对卫星的跟踪便可能中断（失锁） ，而当卫星被重新锁定后，
13、载波相位的小数部分是连续正确的，而这时整周数却不正确，这种现象称为周跳。15绝对定位精度因子，DOP 值绝对定位也叫单点定位，利用卫星和接收机之间的距离观测值直接确定接收机天线在 WGS84坐标系相对于坐标原点（地球质心）的位置。定义权系数阵式主对角线元素为精度因子平面位置精度因子 HDOP高程精度因子 VDOP空间位置精度因子 PDOP接收机钟差精度因子 TDOP几何精度因子 GDOP16.GPS测量误差的分类卫星部分星历误差钟误差相对论效应相位中心误差信号传播电离层对流层多路径效应信号接收钟的误差位置误差天线相位中心变化其他影响地球潮汐负菏潮17.GPS网图形构成的几个基本概念观测时段：测
14、站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段，简称时段。同步观测：两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的测量。同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环，简称同步环。独立观测环：有独立观测所获得的基线向量所构成的闭合环，简称独立环。异步观测环：在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该多边形环路叫异步观测环，简称异步环。独立基线：对于 N台 GPS接收机构成的同步观测环，有 J条同步观测基线，其中独立基线数为 N-1。非独立基线：除独立基线外的其他基线叫非独立基线，总基线数与独立基线数之差即为非独立基线数18.GPS网特征条件的计算观测时
15、段数计算公式：C=n?m/N 式中 C为观测时段数，n 为网点数，m为每点设站次数，N 为接收机数。总基线数：J 总 =C?N?（N-1）/2；必要基线数：J 必=n-1；独立基线数：J 独=C?（N-1） ；对于 N台 GPS接收机构成的同步观测环，一个时段包含的 GPS基线(或简称 GPS边)总数多余基线数：J 多=C?（N-1）-（n-1）19.GPS网图形的基本类型点连式是指相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接。边连式是指同步图形之间由一条公共基线连接网连式是指相邻同步图形之间有两个以上的公共点相连接，这种方法需要 4台以上的接收机。边点混合连接式是指把点连式与边连式有机地结合起来，组成 GPS网
