GPS衛(wèi)星定位原理與方法—復(fù)習(xí)資料

1、9.預(yù)報星歷：是通過衛(wèi)星發(fā)射的含有軌道信息的導(dǎo)航電文，傳遞給用戶，經(jīng)解碼獲得所需的衛(wèi)星星歷，也稱廣播星歷。包括：1）相對某一參考?xì)v元的開普勒軌道參數(shù)2）必要的軌道攝動項改正參數(shù)3）參考星歷18.寬巷與窄巷定義：寬巷（Wide-lane）解：寬巷組合觀測值窄巷（Narrow-lane）解：窄巷組合觀測值。32 .協(xié)議天球坐標(biāo)系：為建立一個與慣性坐標(biāo)系相接近的坐標(biāo)系，通常選擇某一時刻t0作為標(biāo)準(zhǔn)歷元，并將此刻地球的瞬時自轉(zhuǎn)軸（指向北極）和地心至瞬時春分點的方向，經(jīng)過該瞬時歲差和章動改正后，作為z軸和x軸。33 .協(xié)議地球坐標(biāo)系CTS以協(xié)議地極為基準(zhǔn)點的地球坐標(biāo)系稱為協(xié)議地球坐標(biāo)系34 .天球空間直

2、角坐標(biāo)系：原點位于地的質(zhì)心，z軸指向天球的北極，x軸指向春分點了，y軸與x、z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。35 .天球球面坐標(biāo)系：原點位于地球的質(zhì)心，赤經(jīng)«為含天軸和春分點的天球子午面與經(jīng)過天體s的天球子午面之間的交角，赤緯6為原點至天體的連線與天球赤道面的夾角，向徑r為原點至天體的距離。36 .地心空間直角坐標(biāo)系：原點。與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向格林尼治平子午面與赤道的交點E,Y軸垂直于XOY平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。37 .地心大地坐標(biāo)系：地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，橢球短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合，大地緯度B為過地面點的橢球法線與橢球赤道面的夾角，大地經(jīng)度L為過地面點的橢球子午面與格

3、林尼治平大地子午面之間的夾角，大地高H為地面點沿橢球法線至橢球面的距離。二、簡答題4 .地面監(jiān)控系統(tǒng)組成幾個部分作用？主控站一管理協(xié)調(diào)各部分作用，編制導(dǎo)航電文送往注入站監(jiān)測站一偽距測量各衛(wèi)星，記錄氣象元素傳送給主控站注入站一向GPS衛(wèi)星輸入導(dǎo)航電文和其他命令通信和輔助系統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸和其他輔助服務(wù)7 .在協(xié)議地球坐標(biāo)系中GPS衛(wèi)星位置的計算步驟：（1）計算真近點角fs（2）計算升交距角及軌道攝動改正項（3）計算升交距角、衛(wèi)星的地心距離及軌道傾角（4）計算衛(wèi)星在軌道坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（5）計算升交點的經(jīng)度（6）計算在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的空間直角坐標(biāo)。8 .GPS定位中誤差的分類及消除方法（1）與衛(wèi)星有關(guān)

4、的誤差：1）衛(wèi)星鐘差2）衛(wèi)星星歷誤差3）相對論效應(yīng)星歷誤差消除方法：忽略軌道誤差。采用軌道改進(jìn)法處理觀測數(shù)據(jù)。采用精密星歷。同步觀測值求差。（2）與信號傳播有關(guān)的誤差：1）電離層延遲。減弱方法：利用雙頻觀測。利用電離層模型加以修正。利用同步觀測值求差。2）對流層延遲。減弱方法：充分地掌握觀測站周圍地區(qū)的實時氣象資料。利用水汽輻射計，準(zhǔn)確地測定電磁波傳播路徑上的水汽積累量，以便精確的計算大氣濕分量的改正項。當(dāng)基線較短時（20km）,穩(wěn)定的大氣條件下，利用差分法來減弱大氣折射的影響。完善對流層大氣折射的改正模型。3）多路徑效應(yīng)。減弱方法：安置接收機天線的環(huán)境應(yīng)避開較強發(fā)射面。選擇造型適宜且屏蔽良好

5、的天線。適當(dāng)延長觀測時間，削弱周期性影響。改善接收機的電路設(shè)計。（3）與接收設(shè)備有關(guān)的誤差1）接收機位置誤差2）接收機鐘差。減弱方法：作為未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中求解。利用觀測值求差方法，減弱接收機鐘差影響。定位精度要求較高時，可采用外接頻標(biāo)。3）接收機的測量噪聲。減弱方法：觀測足夠長的時間后，測量噪聲的影響可以忽略不計。9 .GPS定位方法分類1)按參考點的不同位置絕對定位(單點定位)：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測站相對地球質(zhì)心的位置。相對定位：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測站與地面某一參考點之間的相對位置。在絕對定位和相對定位中，又都包含靜態(tài)和動態(tài)兩種形式：2)按用戶接收機作業(yè)時所處的狀態(tài)劃分：

6、靜態(tài)定位：在定位過程中，接收機位置靜止不動，是固定的。動態(tài)定位：在定位過程中，接收機天線處于運動狀態(tài)。3)按觀測量性質(zhì)劃分：測碼偽距：由碼相位觀測確定偽距測相偽距：由載波相位觀測確定偽距10 .測碼偽距與測相偽距的定義、觀測方程、及各符號含義。上述通過碼相位觀測或載波相位觀測所確定的站星距離都不可避免地含有衛(wèi)星鐘與接收機鐘非同步誤差、電離層、對流層等的影響，含鐘差影響的距離通常稱為偽距。(1)測碼偽距：由碼相位觀測所確定的偽距簡稱測碼偽距。jjjjjj八卡：i=；：tic=c：.i-c、t=c、t.jjti其中：tj=tj(GPS)+&j,ti=ti(GPS)+罰Atij=ti-tj=

7、(ti(GpS)tj(GPS)+(我i-&j)tj(GPS)為衛(wèi)星sj發(fā)射信號時的理想GPS寸刻ti(GPS)為接收機Ti收到該衛(wèi)星信號時的理想GPS寸亥Itj為衛(wèi)星sj發(fā)射信號時的衛(wèi)星鐘時刻ti為接收機Ti收到該衛(wèi)星信號時的接收機鐘時刻aij為衛(wèi)星信號到達(dá)觀測站的傳播時間司為衛(wèi)星鐘相對理想GPS寸的鐘差技i為接收機鐘相對理想GPS時的鐘差。(2)測相偽距：由載波相位觀測所確定的偽距簡稱為測相偽距。公式：法/(t)=Rj(t)+c&i(t)6tj(t)Ajlp(t)+h丁九Nij(t°)k編為站星之間的幾何距離，為整周未知數(shù)11 .載波相位原始觀測量的不同線性組合的主

8、要優(yōu)、缺點？(1)可消除或減弱一些系統(tǒng)性誤差影響，如衛(wèi)星軌道誤差、鐘差和大氣折射誤差等；(2)可減少平差計算中未知數(shù)的數(shù)量；(3)原始的獨立觀測量，通過求差將引起差分量之間的相關(guān)性，平差中不可忽視；(4)差分后將使觀測方程的數(shù)據(jù)明顯減少；(5)在差分時，如果于某一歷元，對參考站或參考衛(wèi)星的觀測量無法采用，則使觀測量的差分產(chǎn)生困難，參加觀測的接收機越多情況越復(fù)雜。(6)原始觀測量的非差模型日益受到重視。12 .單差、雙差、三差的優(yōu)點(1)單差：即在接收機之間求一次差j(t)=j(t)-(t)優(yōu)點：消除了衛(wèi)星鐘差，有效地減弱了衛(wèi)星軌道誤差和大氣延遲誤差。(2)雙差：即在接收機和衛(wèi)星間求二次差gA*

9、k(t)="k(t)A6(t)=網(wǎng)仕)一?飛)一甲24)+叫(t)優(yōu)點：消除了接收機鐘差的影響(3)三差：在接收機、衛(wèi)星和觀測歷元間求三次差W少(t)=V獷k(t2)-V“j(t1)=4t2)%t2)中2(t2)+"(t2)一寸1)一：；&)一11)&)優(yōu)點：三差模型進(jìn)一步消除了整周未知數(shù)的影響13 .整周模糊度及其確定方法？(1)定義：時刻載波在空間傳輸?shù)恼芷跀?shù)它是一個無法通過觀測獲得的未知數(shù)因而也稱為整周模糊度。(2)方法：按解算時間長短劃分：經(jīng)典靜態(tài)相對定位法和快速解算法經(jīng)典靜態(tài)相對定位法：將其作為待定量，在平差計算中求解，為提高解的可靠性，所需觀測

10、時間較長。快速解算法包括：交換天線法、P碼雙頻技術(shù)、濾波法、搜索法和模糊函數(shù)法等，所需觀測時間較短，一般為數(shù)分鐘。按接收機狀態(tài)區(qū)分；靜態(tài)法和動態(tài)法前述的快速算法，雖然觀測時間很短，仍屬靜態(tài)法動態(tài)法是在接收機載體的運動過程中確定整周未知數(shù)的方法。15.在GPS網(wǎng)中，確定出具體GP綱圖形結(jié)構(gòu)的主要特征計算：(1)總基線數(shù)：J總=CN(N-1)/2(2)必要基線數(shù)：必=41(3)獨立基線數(shù)：J獨=C(N-1)(4)多余基線數(shù)：J多=C(N-1)-(n-1)其中C為觀測時段數(shù)；n為網(wǎng)點數(shù)；m為每點平均設(shè)站次數(shù)；N為接收機數(shù)。17.試寫出衛(wèi)星鐘差改正模型并說明模型中各符號含義？taj=a0+a1(t_t

11、0c)+a2(t-t0c)2+Jy(t)dt(a°為t0時刻該鐘的鐘差，a1為t0時刻該鐘的鐘速(頻偏)t0為t0時刻該鐘的加速度的一半。積分項為隨機項)17.GPS控制網(wǎng)布網(wǎng)原則：將各同步環(huán)有機地連成一個整體，構(gòu)成一定數(shù)量的同步觀測環(huán)和異步觀測環(huán)也可采用線路形式以較好地滿足精度、可靠性、經(jīng)費、后勤等限制條件三、論述題1.GPS外業(yè)數(shù)據(jù)檢核(1)數(shù)據(jù)剔除率：一段時間內(nèi)觀測值的剔除率不應(yīng)超過10%(2)重復(fù)基線的長度差：進(jìn)行C、D、E級極限處理及B級預(yù)處理后，若某基線向量被多次重復(fù)測量，則任意兩個基線長度之差ds應(yīng)滿足：dsw2J2b(b為相應(yīng)級別所規(guī)定的精度)(3)同步閉合環(huán)的檢核當(dāng)

12、環(huán)中各邊為多臺接收機同步觀測時，由于各邊是不獨立的；所以其閉合差應(yīng)恒為零但是由于模型誤差和處理軟伴的內(nèi)在缺陷，使得這種同步環(huán)的閑合差實際上仍可能不為零。這種閉合差一般數(shù)值根小，不至于對定位結(jié)果產(chǎn)生明顯影響，所以也可把它作為成果質(zhì)量的一種檢核標(biāo)準(zhǔn)。對于三邊同步環(huán)，其坐標(biāo)分量閉合差應(yīng)小于下列數(shù)值3=/足+卬：十幾Wj仃為相應(yīng)級別規(guī)定的精度(按平均邊長計算)。(4)異步環(huán)閉合差的檢核無論采用單基線模式或多基線模式解算基線都應(yīng)在整個GPS網(wǎng)選取一組完全的獨立基線構(gòu)成獨立環(huán)，各獨立環(huán)的坐標(biāo)分量閉臺差和全長閉合差應(yīng)符合下式當(dāng)發(fā)現(xiàn)邊閉合數(shù)據(jù)或環(huán)閉合數(shù)據(jù)超出上述規(guī)定時，應(yīng)分析原因并對其中部分或全部成果重測。需

13、要重測的邊，應(yīng)盡量安排在一起進(jìn)行同步觀測2 .多項式平面擬合法解算過程及注意事項(1)任一點i的平面坐標(biāo)，的高程異常表示為'i(2)二次多項式曲面擬合為(xi,yi)f(x-yQ=Hj-Hi其中,(j=0,1,2,5)為擬合面的縈數(shù)22a。axa2ya3xa,xya5y(3)儲居至少6個已知點(已知大地高與相應(yīng)的正常高)解出a(j=0,1,5)(4)再鼠據(jù)二次多項式解算未知點的高程異常差值，最后求出任一點而正常高。要求：(1)已知高程異常點密度適當(dāng)、盡量多；(2)分布比較均勻。(3)選取高精度GPS點提高點位精度。注意事項：(1)適用范圍：一般僅適用于高程異常變化較為平緩的地區(qū)(2)選

14、擇合適的高程異常已知點(3)高程異常已知點的數(shù)量(三個以上)(4)分區(qū)擬合法：若擬合區(qū)域較大，可采用分區(qū)擬合的方法，即將整個GPS網(wǎng)劃分為若干區(qū)域，利用位于各個區(qū)域中的已知點分別擬合出該區(qū)域中的各點的高程異常值，從而確定出它們的正常高。3 .重力場模型與GPM準(zhǔn)相結(jié)合基本思路是：在GPSK準(zhǔn)點上，將由GP耿地高程和水準(zhǔn)正常求得的高程異常與由重力場模型求得的高程異常進(jìn)行比較，求出該地面點的兩種高程異常的差值.,m然后再采用曲面擬合方法，由公井點的平面坐標(biāo)和旅求其他點的忒,；由此計算GPS網(wǎng)中未測水準(zhǔn)點的正常高程實驗表明：這H更力的模型用GPSK準(zhǔn)相結(jié)合的方法是提高高程精度的一條有效途徑，適合于山

15、區(qū)地帶(水準(zhǔn)點較少)目的：改善腦度(重力方法的不足)；改善空間分辨率(水準(zhǔn)測量方法的不足)GPSKU高：大地高一正常高，需要高程異常數(shù)據(jù).多項式平面擬合法純幾何的方法，適用于高程異常變化較為平緩的地區(qū)采用數(shù)量盡量多的已知點，它們應(yīng)均勻分布，選取高精度GPS點。重力場模型與GPSK準(zhǔn)相結(jié)合物理大地測量方法，適合于山區(qū)地帶(水準(zhǔn)點較少)目的：改善精度(重力場方法的不足)；改善空間分辨率(水準(zhǔn)測量方法的不足)4 .靜態(tài)相對定位分類及特點？本觀測量續(xù)觀測，取得充分的多余觀測數(shù)據(jù)。整周未知數(shù)經(jīng)典靜態(tài)相對定位：利用載波相位觀測值為基特點：基線端點的接收機是固定不動，通過連準(zhǔn)動態(tài)相對定位：利用起始基線向量確

16、定初始特點：必須保持對觀測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤快速靜態(tài)相對定位：快速確定整周模糊度特點：無須保持對觀測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，只需在每一測站上觀測數(shù)分鐘。5 .動態(tài)相對定位動態(tài)相對定位，是將一臺接收機安設(shè)基準(zhǔn)站上固定不動，另一臺接收機安設(shè)在運動的載體上，兩臺接收機同步觀測相同的衛(wèi)星，以確定運動點相對基準(zhǔn)站的實時位置。動態(tài)相對定位中，有實時處理(RTR和測后處理兩種方式，實時處理必須在流動站與基準(zhǔn)站之間傳輸數(shù)據(jù)。測碼和測相兩種方式，測碼精度可達(dá)米級，測相精度可達(dá)1-2厘米。(在靜態(tài)定位中，通常為測相方式。)6 .差分GPS三種差分方式及其特點？根據(jù)基準(zhǔn)站所提供的改正數(shù)的類型不同，差分GPS可以分為：位置差分、距離差分兩種形式。根據(jù)用戶驚醒數(shù)據(jù)處理的時間不同分為：實時差分和事后差分。根據(jù)觀測值的類型不同分為：偽距差分、相位差分和相位平滑偽距差分。按其工作原理及數(shù)學(xué)模型大體分為三類：單基準(zhǔn)站差分GPS局域差分GPS廣域差分GPS局域增強型的差分GPS廣域增強型的差分GPS單基準(zhǔn)站差分GPS:僅僅根據(jù)一個基準(zhǔn)站所提供的差分改正信息進(jìn)行改正的差分GPS術(shù)特點：結(jié)構(gòu)和算法簡單，技術(shù)難度