GPS复习资料 (1).doc

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1、一、名词解释1、 春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道和赤道的交点2、 岁差：在日月引力和其它天体引力，对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴的方向不再保持不变，从而使春分点在黄道上产生缓慢的西移的现象。3、 协议天球坐标系：为建立一个与惯性坐标系相接近的坐标系，通常选择某一时刻t0作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬时春分点的方向，经过该瞬时岁差和章动改正后，作为z轴和x轴。4、 协调世界时：以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折衷时间系统，称为世界协调时或协调时。5、 GPS时间系统：由GPS主控站的原子钟控制，属于原子时

2、系统，但与原子时的原点在任意瞬间均有19s的常量偏差IAT-GPST=19s6、 广播星历：也称预报星历，是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文，传递给用户，经解码获得所需的卫星星历。7、 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计算的卫星星历。8、 宽巷解：宽巷组合观测值形式（n=1, m=-1）n,m=n1+m29、 窄巷解：窄巷组合观测值形式（n=1, m=1）10、 观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续观测的时间间隔，简称时段。11、 独立基线：若一组基线向量中的任何一条基线向量皆无法用该组中其他向量基线的线性组合

3、来表示，则该组基线向量就是一组独立的基线向量。12、 重复基线：同一条基线边，若观测了多个时段则可得到多个边长的结果，这种具有多个独立观测结果的边，称为重复边。在某两个测站间，由多个时段的同步观测数据所获得的多个基线向量解结果称为复测基线。13、 同步观测环（闭合差）：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（闭合差）。14、 异步观测环（闭合差）：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，则该多边形环路叫做异步观测环（闭合差）。15、 绝对定位（单点定位）：在地球协议坐标系中，确定观测站相对地球质心的位置16、 相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面

4、某一参考点之间的相对位置。17、 GPS水准：综合利用GPS测量和水准测量资料确定高程异常的方法。18、 大地高系统：大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。19、 正高系统：正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。 20、 正常高：正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。21、 整数解（固定解）：整周模糊度参数为整数时观测的基线向量解22、 浮点解：整周模糊度参数为实数时观测的基线向量解23、 章动：在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极绕瞬时平北天极旋转，轨迹大致为椭圆，这种现象称为章动24、 协议地球坐标系：以协议地极为基准点的地球坐标系称为协议地球坐标系25、 WGS-84大地

5、坐标系：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BIH1984.0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。26、 静态定位：在定位过程中，接收机位置静止不动，是固定的。27、 动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态28、 整周模糊度：卫星载波信号在传播路线上无法直接测定的相位变化的未知数，称为整周未知数（整周待定值）29、 周跳：当卫星信号中断时，将丢失中的一部分整周数称为整周跳变，简称周跳。30、 单差 ：即不同观测站，同步观测相同卫星所得观测量之差，表达式为（接收机间求差）31、 双差 ：即不同观测站，同步观测一组卫星

6、所得单差之差，表达式为（卫星间求差）32、 三差 ：即于不同历元，同步观测同一组卫星，所得观测量双差之差，表达式为（历元间求差） 33数据剔除率:由于不合格而提出的观测值个数与参加同步扁平差计算的观测值总数之比。33、 基线解算：对于两台及两台以上接收机同步观测值进行独立基线向量（坐标差）的平差计算叫基线解算，有的也叫观测数据预处理。34、 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。35、 天球坐标系：自然天体或人造天体在空间的位置和方向，包括天球空间直角坐标系和天球坐标系。36、 地球坐标系：描述物体在地球上的位置或近地空间的位置，包括地心空间直角坐标系和地心大地坐标系37、

7、 极移：地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表面上的位置随时间变化而变化的现象38、 世界时：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时39、 导航电文：有卫星向用户发射的一组包含有关卫星空间位置、卫星工作状态、卫星钟修正参数、电离层延迟修正参数重要数据的二进制码。40、 测相伪距：以载波相位观测所确定的伪距41、 测码伪距：以码相位观测所确定的伪距二、简答题（共6道题，共42分）1、GPS的组成及各部分的作用 空间星座部分（GPS卫星、GPS卫星星座）提供星历和时间信息，发射伪距和载波信号，提供其他辅助信息。 地面监控部分（主控站1个、监测站6个、注入站4个、通信和辅助系统）中心控

8、制系统，实现时间同步，跟踪卫星进行定轨。主控站：负责管理、协调地面监控系统中各部分的工作。将各种参数传送到注入站，提供时间基准。调整卫星轨道和卫星钟读数，当卫星出现故障时，负责修复或启用备用卫星。监测站：对GPS卫星进行连续伪距观测，采集数据和监测卫星的工作状况。收集气象数据，对伪距观测值进行改正，再传送给主控站。注入站：向GPS卫星输入导航电文和其他命令。 用户设备部分（GPS接收机、天线单元、接收单元）接收GPS卫星发射的无线电信号，获得必要的定位信息及观测量，并经数据处理完成导航、定位工作。2、误差的分类及消除方法A按误差来源分 与GPS卫星有关的误差卫星钟差 消除方法：钟差模型改正，差

9、分 卫星轨道偏差（星历误差）消除方法：忽略轨道误差；采用轨道改进法处理观测数据；采用精密星历；同步观测值求差。 与信号传播有关的误差电离层延迟 减弱方法：利用双频观测；利用电离层模型加以改正；利用同步观测值求差。对流层延迟 减弱方法；定位精度要求不高可忽略；对流层模型加以改正；利用同步观测值求差 多路径效应 减弱方法：选择造型适宜且屏蔽良好的天线；安置接收机天线的环境应避开较强的反射面；用较长观测时间的数据取平均值。 与接收设备有关的误差 观测误差 减弱方法：适当增加观测量 接收机钟差 减弱方法： 作为未知数，在数据处理中与观测站的位置参数一并求解；利用观测值求差；在定位精度要求较高时，采用高

10、精度的外接频标（即时间基准）。 载波相位观测的整周待定值 天线的相位中心位置偏差：利用观测值求差B按误差的性质分为：（1）系统误差：减弱方法：1.引入相应的未知参数，在数据处理中连同其它未知参数一并解算2.建立系统误差模型，对观测量加以修正3.将不同观测站对同卫星的同步观测值求差，以减弱或消除系统误差的影像4.简单的忽略某些系统误差的影响（2）偶然误差及粗差，偶然误差主要包括信号的多路径效应引起的误差和观测误差等。3、卫星钟差改正模型卫星钟在时刻t的钟误差一般可表示为：式中，为参考历元；为时刻该钟的钟差；为时刻该钟的钟速（频偏）；为时刻该钟的加速度的一半（也称钟的老化率或频漂项）；为一项随机项

11、。4、多项式平面拟合法的解算过程及注意事项 解算过程： 任一点i的平面坐标为：； 该点的高程异常表示为：； 二次多项式曲面拟合为：其中， （j=0 ,1，5）为拟合面的系数； 根据至少6个已知点（已知大地高与相应的正常高）解出（j=0 ,1，5）； 再根据二次多项式解算未知点的高程异常差值，最后求出任一点的正常高。 要求：已知高程异常点密度适当、尽量多；分布比较均匀；选取高精度GPS点提高点位精度。 注意事项： 适用范围：一般仅适用于高程异常变化较为平缓的地区； 选择合适的高程异常已知点； 高程异常已知点的数量在3个以上； 分区拟合法：若拟合区域较大，可采用分区拟合的方法，即将整个GPS网划分

12、为若干区域，利用位于各个区域中的已知点分别拟合出该区域中的各点的高程异常值，从而确定出它们的正常高。5、GPS数据存储格式 RINEX格式（与接收机无关的交换格式） 定义：是一种在GPS测量应用中普遍采用的标准数据格式，该格式采用文本文件形式存储数据，数据记录格式与接收机的制造厂商和具体型号无关。 存储方式：ASC码。 内容：观测值、星历（导航信息）、气象数据。 特点：通用性强，已成为事实上的标准，利用多种接收机来进行联合作业，大多数的软件均可处理。 命名规则：RINEX格式的数据文件采用8+3的命名方式，完整的文件名由用于表示文件归属的8字符长度的主文件名和用于表示文件类型的3位字符长度的扩

13、展名两部分组成，其具体形式如下：ssssdddf.yyt 其中，ssss表示4字符长度的测站代号；ddd表示文件中第一个记录所对应的年积日；f表示一天内的文件序号，有时也称为时段号，取值从09，AZ，当为0时，表示文件包含了当天所有的数据；yy表示年份；t表示文件类型，为下列字母中的一个：O观测值文件，NGPS导航电文文件，M气象数据文件。 SP3格式（精密星历数据格式）（了解） 定义：SP3精密星历数据格式的全称是标准产品第3号，它是一种在卫星大地测量中广泛采用的数据格式。 存储方式：ASC码。 内容：精密星历。 特点：提供精密星历。 命名规则：SP3格式的数据文件采用8+3的命名方式，其具

14、体形式如下：tttwwwwd.sp3其中，ttt为精密星历类型；wwww表示GPS周；d表示星期，16表示星期一到星期六。6、GPS外业成果检核的主要内容 同步边观测数据的检核:对其检核的内容包括： 观测数据的剔除率（由于不合格而剔除的观测值个数，与参加同步边平差计算的观测值总数之比）； 观测值的残差分析； 计算同步边平差值的中误差和相对中误差。 重复观测边的检核:对于重复边的检核内容包括：计算不同时段观测结果的互差，该差值应小于相应类级规定精度的倍；同一条边若有3个时段以上的观测结果，则应计算各时段结果的平均值。其中任一时段的结果与其平均值之差，应不超过相应类级的规定精度。 环线闭合差的检核

15、（每个时段同步观测数据的检核）当观测的基线边构成某种闭合图形时，图形的闭合差在理论上应为0。但是，由于各种观测量误差以及数据处理模型误差等因素的综合影响，致使该闭合差一般均不为0。假设，环中各独立观测边的坐标分量差之和为：其中，为第i条基线边的坐标分量差；n为环中的基线边数，则环线闭合差的定义为。通过环线闭合差的检核可以有效地评定精度 同步闭合环的检核当环中各边为多台接收机同步观测时，由于各边是不独立的，所以其理论闭合差为0。但由于模型误差和软件的内在缺陷，使同步环的闭合差仍不可能为0。根据GB/T 183142009，应对所有三边同步环进行检核，闭合差宜满足如下要求： 式中，、为同步环坐标分

16、量的闭合差；为对基线测量中误差的要求（相应级别规定的精度）。 异步环闭合差的检核（了解）无论采用单基线模式或多基线模式解算基线都应在整个GPS网，选取一组完全的独立基线构成的闭合环。坐标分量闭合差应满足： 全长闭合差。7、单差、双差、三差模型的公式及各自的优缺点假设安置在基线端点的接收机（i=1,2），对GPS卫星和于历元和进行了同步观测，则可得以下独立的载波相位观测量：，。 单差（SD）即不同观测站，同步观测相同卫星所得观测量之差。其表达式为：优点：消除卫星钟差的影响，同时可以明显地减弱卫星轨道误差和大气延迟误差的影响。缺点：减少了观测方程的数量。 双差（DD）即在不同的观测站，同步观测同一

17、组卫星所得的单差之差。其表达式为：优点：能进一步消除接收机钟差的影响。缺点：组成的双差观测方程数进一步减少。 三差（TD）即于不同历元，同步观测同一组卫星所得观测量的双差之差。其表达式为：优点：进一步消除了整周未知数的影响。缺点：观测方程的数量进一步减少。8、绝对定位中不同的DOP值（PDOP、GDOP、RDOP）的含义在导航学中，一般均采用有关精度因子DOP的概念，其定义如下：实际上，DOP即是权系数阵主对角线元素的函数。 HDOP（Horizontal DOP）平面位置精度因子。相应的平面位置精度。 VDOP（Vertical DOP）高程精度因子。相应的高程精度。 PDOP（Positi

18、on DOP）空间位置精度因子。相应的三维定位精度。 TDOP（Time DOP）接收机钟差精度因子。钟差精度。 GDOP（Geometric DOP）几何精度因子。描述三维位置和时间误差综合影响的精度因子，相应的中误差 RDOP（Relative DOP）所谓RDOP值指的是在基线解算时待定参数的协因数阵的迹（tr(Q)）的平方根，即 RDOP值的大小与基线位置和卫星在空间中的几何分布及运行轨迹（即观测条件）有关。9、影响基线解算的因素（了解）基线解的输出结果因素 基线解算时所设定的起点坐标不准确； 少数卫星的观测时间太短，导致这些卫星的整周未知数无法确定； 周跳探测、修复不正确，存在未探测

19、出或正确修复的周跳； 在观测时间段内，多路径效应比较严重，观测值的改正数普遍较大； 对流层或电离层折射影响过大。结果（1）数据记录情况（起止时刻，历元间隔，观测卫星，历元数）（2）测站信息：位置（经度，纬度，高度）所采用接收机的序列号，所采用天线的序列号，测站编号，天线高（3）每一测站在测量期间的卫星跟踪状况（4）气象数据（气压，温度，湿度）（5）基线解算控制参数设置（星历类型，截止高度角，解的类型，对流层折射的处理方法，电离层折射的处理方法，周跳处理方法）（6）基线向量估值及其统计信息,（基线分量，基线长度，基线分量的方差-协方差阵/协因数阵，观测值残差RMS，整周模糊度解方差的比值，单位权

20、方差因子）（7）观测值残差序列11GPS控制网n个点，平均测m次，作业x次，时间段c,N台接收机总基线数J,多余基线数J多，独立基线数J独，必要基线数J必C=n*m/N J=c*N*(N-1)/2 J独=c*(N-1) J必=n-1 J多=（N-1）-（n-1）3、叙述一种GPS数据处理软件的解算步骤（South或TGO） 利用样本数据进行TGO解算的步骤 文件新建项目设置项目保存路径解算； 导入导入数据选择数据文件确定； 视图点标记选择点名等； 处理基线处理查看基线报告加权（交替的）基线处理； 处理网平差查看报告加权（交替的）网平差； 平差改变平差基准（NAD-83）； 处理点加点约束平差。

21、 利用TGO建立地方坐标系的步骤 开始所有程序Trimble Office功能Coordinate System Manager； 编辑增加椭球（输入椭球的名字）Xian 80，长半轴（6378140），扁率（298257）保存； 编辑增加基准转换七参数、名称、椭球保存； 编辑增加坐标系组名称，Xian 80保存； 编辑增加坐标系横轴墨卡托投影，希望把坐标系加到Xian 80确定投影参数大地水准面模型（增加中心投影参数）中心精度，纵轴常数0，横轴加常数500000m，尺度比1保存； 新建项目项目属性改变。 利用样本数据进行South解算的步骤（了解） 文件建立项目1.项目名称（山东科技大学）；

22、2.施工单位（山东科技大学）；3.负责人（王明伟）；4.坐标系统（WGS-1984坐标系统）；5.控制等级（E级）；6.基线剔除方式（自动）。数据输入增加观测数据文件选择路径（C:UsersAdministratorDesktopGNSS测量与数据处理测绘10-2班）文件列表（AB011071.STHAB081072.STH）文件类型（*.STH）。 观测数据文件数据编辑选择禁止（卫星12卫星25）。 基线解算全部解算。 解算不合格基线平差处理自动处理。 工具Sth to Rinex文件类型（*.STH）输入路径（C:UsersAdministratorDesktopGNSS测量与数据处理测绘

23、10-2班）输出路径（C:UsersAdministratorDesktopGNSS测量与数据处理测绘10-2班）转换。 文件保存。10、开普勒轨道六参数（了解）as为轨道的长半径，es为轨道椭圆的偏心率，这两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。W为升交点赤经：即地球赤道面上升交点与春分点之间的地心夹角。i为轨道面倾角：即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。这两个参数唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。ws为近地点角距：即在轨道平面上，升交点与近地点之间的地心夹角，表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。fs为卫星的真近点角：即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。该参数为时间的函数，

24、确定卫星在轨道上的瞬时位置。由上述6个参数所构成的坐标系统称为轨道坐标系，广泛用于描述卫星运动。yxz轨道春分点点升交点近地点卫星地心赤道iWwsfs三、问答题（共3道题，共26分）1、GPS的基本观测量、观测方程及其线性化形式（了解）；相位观测及码观测的特点及区别 观测量 根据码相位观测得出的伪距 根据载波相位观测得出的伪距 由积分多普勒计数得出的伪距差 由干涉法测量得出的时间延迟 测码伪距观测方程信号从卫星传播到观测站的时间：设由卫星到观测站之间的伪距为，相应的几何距离为，在忽略大气折射的条件下， ，。钟差改正后，忽略观测历元的下标得到的测码伪距观测方程为：其中，为接收机钟相应观测历元t的

25、钟差；为电离层折射的影响；为对流层折射的影响。 测相伪距观测方程 观测方程线性化 表示卫星在协议地球坐标系中的瞬时空间直角坐标向量；表示观测站在协议地球坐标系中的瞬时空间直角坐标向量。由观测站到卫星的瞬时距离： 其中，,取至一次微小项的情况下，改写为线性化的形式：由此，测码伪距方程的一般形式为： 在GPS测量的数据处理中，如果把由导航电文所获得的卫星坐标视为固定值，即，则上式尚可简化为：该式便是测码伪距观测方程的线性化形式，在GPS导航和定位中有着广泛的应用。 测相伪距观测方程的线性化形式为：式中的项，可用于估算卫星位置误差对测相伪距的影响，在采用轨道改进法进行精密定位时，也可作为待估参数一并求解。2、大地高、正高、正常高之间的转换及各自的基准面和基准线 大地高 地面上一点沿法线至椭球面的距离。椭球面及其法线是大地高系统的基准面和基准线。 正高 地面上一点沿铅垂线至大地水准面的距离。正高系统是以大地水准面和铅垂线定义的高程系统。 正常高 地面上一点沿铅垂线至似大地水准面的距离。正常高是以似大地水准面和铅垂线定义的高程系统。可以用多项式曲面拟合法、等值线法。重力场模型法、GPS水准与重力场结合法 三者之间的关系；。其中，N为大地水准面差距，即大地水准面至参考椭球面的距离；为高程异常，即似大地水准面至参考椭球面的距离。