GPS测量原理及应用复习题2012 - 下载本文

GPS测量原理及应用

1.名词解释:

春分点:由南半球向北半球运行黄道面与赤道面的交点. 真近点角:轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距.

升交点赤经:在地球平面上,升交点与春分点之间的地心夹角. 近地点角距:在轨道平面上近地点与升交点之间的地心角距. 卫星无摄运动:仅考虑地球质心引力作用的卫星运动. 卫星星历:描述卫星运动轨道的信息.

广播星历:预报星历,通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正参数.

导航电文:用户用来定位和导航的数据基础,包括卫星星历、时钟改正、电离层延时改正、工作状态信息以及

C/A码转换到捕获P码的信息. 伪距:由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的占星局. 伪距测量:通过测定测距码得到站星距离的方法.

载波相位测量:把测定载波传播时间t转化为测定载波传播过程中经历的向位移,通过时间和相位移之间的关系

达到测距的目的.

绝对定位:单点定位,利用GPS卫星和用户接收机直接的距离观测值直接确定用户接收机天线在WGS-84坐标系

中相对于地球质心的绝对位置. 相对定位:至少用两台GPS接收机,同步观测相同的GPS卫星,确定两台接收机天线之间的相对位置. 静态定位:采用2台以上接收设备,被别安置在一条或数条基线的两端点,同步观测4颗卫星以上,每时段长

45min或者更长。

动态定位:建立一个基准点安置接收机连续跟踪所有可见卫星;流动站现在出发点上静态观测数分钟;然后流动

接收机从出发点开始连续运动;按指定时间间隔自动测定运动载体的实时位置。 基线:两测量点之间的连线,在这两点上同步接收相同的GPS卫星信号并采集观测数据. 观测时段:测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观测.

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.

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,则称该多边形环路为异步观测

环,简称异步环.

独立观测环:由非同步观测所获得的基线向量构成的闭合环,简称独立环.

2.简述GPS在测绘工程中应用的优点有哪些?

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 3.GPS定位系统有哪几部分组成的?各部分的作用是什么? ——GPS卫星星座

1.接受地面站发来的导航电文和其他信号 2.接受地面站的调度指令并启用备用设备

3.连续不断地发送导航定位信号 ——地面监控系统

主控站:收集数据;处理数据;监测协调;控制卫星

注入站:将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器 监测站:接受卫星信号,并将接收到的各种数据处理后传给主控站 ——GPS信号接收机

捕获卫星信号,计算出测站的三维位置及三维速度和时间,达到导航和定位的目的

4.GPS定位对坐标系有何要求?定义一个空间直角坐标系条件有哪些? 1.需要卫星与地面点的位置统一在一个坐标系内

2.需要采用空间直角坐标系,以便于天球与地球坐标系进行转换 3.天球与地球坐标系的建立上拥有简便的变换关系 条件:坐标原点的位置;三个坐标轴的指向;长度单位.

5.简述WGS-84空间直角坐标系是如何建立的?

原点位于地球质心,Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)方向,X轴指向相应的零子午面和CTP赤道的交点,Y轴与Z、X轴构成右手坐标系.

6.简述定义时间系统和时间尺度的条件分别是什么? 时间系统:尺度;原点.

时间尺度:连续的;周期恒定;可观测,可用实验复现.

7.GPS时间系统是如何建立的?

采用ATI秒长作为时间基准,时间起算原点在1980年1月6日UTC 0时与协调世界时对其,启动后不跳秒,保持时间的连续.

8.开普勒轨道6参数分别是什么?各参数作用?

α椭圆长半径,e偏心率 ,V真近点角——唯一地确定了卫星轨道的形状、大小以及卫星在轨道上的瞬时位置. Ω升交点的赤经,i轨道面的倾角——唯一确定了卫星轨道平面一地球体之间的相对定向. ω近地点角距——表达了开普勒椭圆哎轨道平面上的去向. 9.试述GPS卫星信号的内容及其作用? 载波———加载传送码信号 测距码——测定站星距离 数据码——确定卫星的瞬时位置

10.简述C/A码和P码各自特点?

C/A码:码元宽度较大,码长较短,易于捕获。 P码:码元宽度较小,码长较长,不易于捕获。

11.简述GPS接收机由哪几个单元组成的?各单元的作用?

GPS接收机天线单元——将GPS卫星信号的极微弱的电磁波能转化为相应的电流,由前置放大器将电流放大. GPS接收机主机单元——

变频器及中频放大器:使L频段的射频信号变成低频信号

信号通道:搜索、牵引、跟踪卫星;对广播电文数据信号实行解扩,解调出广播电文;进行伪距测量,载波相位测量及多普勒频移测量。

存储器:数据处理和数据保存

微处理器:指令协调整个接收机的工作并进行数据处理 显示器:显示接收机工状态、单点定位坐标等信息 电源——供电.

*采集器——存储器的外接记录器,实现人机对话 12.GPS 接收机按不同标准分类有哪些? 按用途分类: 按载波频率分类: 导航型接收机 测地型接收机 授时型接收机

单频接收机 双频接收机

按通道数分类: 多通道接收机 序贯通道接收机

多路多用通道接收机

按工作原理分类: 码相关型接收机 平方型接收机 混合型接收机 干涉型接收机

13.试述GPS单点定位原理,写出定位方程式.

就是将飞行卫星的瞬时位置作为已知点,采用空间后方距离交会,得到待定点的空间位置

14.按不同分类标准GPS定位可分为那些?

按测距原理:伪距法定位,载波相位定位,差分GPS定位 按待定点运动状态:静态定位,动态定位

15.GPS在导航和经典相对静态定位中的测距方法分别是什么? 测距码测距 和 载波相位测距

16.图形强度因子可分为哪几类?图形强度误差与何有关?并说明关系 分类:

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GDOP

7.GPS测量与卫星、信号传播、接收机有关的误差分别有哪些? 卫星:星历误差;卫星钟误差;相对论效应

信号传播:电离层折射误差;对流层折射误差;多路径效应 接收机:接收机钟误差;位置误差;天线相位中心位置的偏差 18.GPS网基准设计的内容有哪些?基准设计应注意的问题有哪些? 内容:位置基准、方位基准、尺度基准

1.起算点个数和精度要求:网内起算点总个数一般要求3个以上,用以坐标转换 2.起算点边长:

为保证GPS网进行约束平差后坐标精度的均匀性以及减少尺度比误差影响,起算点要适当的构成长边图形. 3.GPS高程测量:

若同时进行GPS高程测量,为求得正常高,网中1/3点映联测水准高程,且应均匀分布于网中.

4.独立坐标系测量:若采用地方独立或工程坐标系,一般还应该了解以下参数:所采用的参考椭球、坐标系的中央子午线经度、纵横坐标加常数、坐标系投影面高程级测区平均高程异常值、起算点的坐标值.

19.GPS 控制点的选取原则和网形设计原则分别是什么? 选点:

1.点位应远离大功率无线电发射源,距离不小于200m,远离高压输电线和微波无线电信号传送通道,距离不小于50m.以避免电磁场对GPS信号的干扰.

2.点位附近不应有大面积水域或不应有强烈干扰卫星型号接受的物体,以减弱多路径效应的影响.

与等效距离误差σ0有关

3.点位应设在易于安装接受设备、视野开阔的较高点上. 4.点位应选在交通便利,有利于常规测量应用的地方. 网形:

1.为便于常规测量,每点应有一个以上通视方向. 2.坐标系统一致性. 3.构成闭合环路.

20.观测计划拟订的依据和内容分别是什么? 依据:

1.GPS网 的规模大小 2.点位精度要求

3.GPS卫星星座几何图形强度 4.参加作业的接收机数量 5.交通、通信及后勤保障

内容:

1.计划GPS网与原地面网的联测方案,重合点不少于3个

2.同步环组成及连接方式

3.根据连接方式选定连接点或连街边

4.同步观测的采集间隔和高度截止角大小的确定 5.同步观测时间的长度.

21.同步网间的连接方式有哪些?各自的特点及适应的情况? 点连式:连接效率高,图形强度较弱;接收机少时推荐使用.

边连式:可靠性高,比点连接效率低;接收机台数较多时的主要连接方式。 网连式:强度和可靠性高,效率低;4台以上接收机,用于高精度控制测量. 边点混合连接式:灵活,可靠性好.较理想的布网方法. 22.同步观测环中总基线数、独立基线数、多余基线数的计算公式

总基线数: 独立基线数: 多余基线数:

23.RTK测量的作业模式有哪几种?RTK测量系统一般由那三部分构成? 快速静态测量,准动态测量,动态测量. GPS接收机,数据传输系统,软件系统. 24.快速相对静态定位的原理是什么?

基准站独立观测卫星信号,并将采集到的信号连续发给移动站,移动站在观测卫星的同时,接受基准站发来的信号,实现三次差分,得到站星距离,从而计算其在WGS-84坐标系的坐标.将基准站设在已知点上,或移动站在已知点上进行测量,就可以得到WGS-84坐标与我国坐标系的转换系数,设参数在一定范围内是相似的,就可以得到其所在坐标系内的坐标及高程,到达快速定位的目的. 25.GPS 数据处理的目的和特点? 目的:得到控制点坐标.

特点:数据量大;处理过程复杂;数学模型多样;自动化程度高.

26.数据处理中基线不合格,重新设置历元间隔和高度截止角的原则是什么? 历元间隔设置:

1.同步观测时间较短时,可缩小历元间隔,反之应增加历元间隔; 2.数据周跳较多时,增加历元间隔,跳过中断的数据继续解算.

高度截止角:

1.解算时,查看卫星数目足够时,适当增加高度截止角,尽量让更多的高空卫星数据进入解算; 2.查看卫星数目较少是,降低高度截止角,尽量让更多的卫星数据进入解算.