GPS衛(wèi)星定位原理與方法—復(fù)習(xí)資料

1、9.預(yù)報(bào)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(duì)某一參考?xì)v元的開普勒軌道參數(shù)2）必要的軌道攝動(dòng)項(xiàng)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(cè)值窄巷（Narrow-lane）解：窄巷組合觀測(cè)值。32 .協(xié)議天球坐標(biāo)系：為建立一個(gè)與慣性坐標(biāo)系相接近的坐標(biāo)系，通常選擇某一時(shí)刻t0作為標(biāo)準(zhǔn)歷元，并將此刻地球的瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸（指向北極）和地心至瞬時(shí)春分點(diǎn)的方向，經(jīng)過該瞬時(shí)歲差和章動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)位于地的質(zhì)心，z軸指向天球的北極，x軸指向春分點(diǎn)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(diǎn)位于地球的質(zhì)心，赤經(jīng)«為含天軸和春分點(diǎn)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(diǎn)至天體的連線與天球赤道面的夾角，向徑r為原點(diǎn)至天體的距離。36 .地心空間直角坐標(biāo)系：原點(diǎn)。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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)沿橢球法線至橢球面的距離。二、簡(jiǎn)答題4 .地面監(jiān)控系統(tǒng)組成幾個(gè)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(cè)站一偽距測(cè)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(jì)算步驟：（1）計(jì)算真近點(diǎn)角fs（2）計(jì)算升交距角及軌道攝動(dòng)改正項(xiàng)（3）計(jì)算升交距角、衛(wèi)星的地心距離及軌道傾角（4）計(jì)算衛(wèi)星在軌道坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（5）計(jì)算升交點(diǎn)的經(jīng)度（6）計(jì)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(duì)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(cè)數(shù)據(jù)。采用精密星歷。同步觀測(cè)值求差。（2）與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差：1）電離層延遲。減弱方法：利用雙頻觀測(cè)。利用電離層模型加以修正。利用同步觀測(cè)值求差。2）對(duì)流層延遲。減弱方法：充分地掌握觀測(cè)站周圍地區(qū)的實(shí)時(shí)氣象資料。利用水汽輻射計(jì)，準(zhǔn)確地測(cè)定電磁波傳播路徑上的水汽積累量，以便精確的計(jì)算大氣濕分量的改正項(xiàng)。當(dāng)基線較短時(shí)（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(duì)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(jī)天線的環(huán)境應(yīng)避開較強(qiáng)發(fā)射面。選擇造型適宜且屏蔽良好

5、的天線。適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，削弱周期性影響。改善接收機(jī)的電路設(shè)計(jì)。（3）與接收設(shè)備有關(guān)的誤差1）接收機(jī)位置誤差2）接收機(jī)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(cè)值求差方法，減弱接收機(jī)鐘差影響。定位精度要求較高時(shí)，可采用外接頻標(biāo)。3）接收機(jī)的測(cè)量噪聲。減弱方法：觀測(cè)足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，測(cè)量噪聲的影響可以忽略不計(jì)。9 .GPS定位方法分類1)按參考點(diǎn)的不同位置絕對(duì)定位(單點(diǎn)定位)：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站相對(duì)地球質(zhì)心的位置。相對(duì)定位：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站與地面某一參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置。在絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，又都包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種形式：2)按用戶接收機(jī)作業(yè)時(shí)所處的狀態(tài)劃分：

6、靜態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)位置靜止不動(dòng)，是固定的。動(dòng)態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)天線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。3)按觀測(cè)量性質(zhì)劃分：測(cè)碼偽距：由碼相位觀測(cè)確定偽距測(cè)相偽距：由載波相位觀測(cè)確定偽距10 .測(cè)碼偽距與測(cè)相偽距的定義、觀測(cè)方程、及各符號(hào)含義。上述通過碼相位觀測(cè)或載波相位觀測(cè)所確定的站星距離都不可避免地含有衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘非同步誤差、電離層、對(duì)流層等的影響，含鐘差影響的距離通常稱為偽距。(1)測(cè)碼偽距：由碼相位觀測(cè)所確定的偽距簡(jiǎn)稱測(cè)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(hào)時(shí)的理想GPS寸刻ti(GPS)為接收機(jī)Ti收到該衛(wèi)星信號(hào)時(shí)的理想GPS寸亥Itj為衛(wèi)星sj發(fā)射信號(hào)時(shí)的衛(wèi)星鐘時(shí)刻ti為接收機(jī)Ti收到該衛(wèi)星信號(hào)時(shí)的接收機(jī)鐘時(shí)刻aij為衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)觀測(cè)站的傳播時(shí)間司為衛(wèi)星鐘相對(duì)理想GPS寸的鐘差技i為接收機(jī)鐘相對(duì)理想GPS時(shí)的鐘差。(2)測(cè)相偽距：由載波相位觀測(cè)所確定的偽距簡(jiǎn)稱為測(cè)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(cè)量的不同線性組合的主

8、要優(yōu)、缺點(diǎn)？(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(jì)算中未知數(shù)的數(shù)量；(3)原始的獨(dú)立觀測(cè)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(cè)方程的數(shù)據(jù)明顯減少；(5)在差分時(shí)，如果于某一歷元，對(duì)參考站或參考衛(wèi)星的觀測(cè)量無(wú)法采用，則使觀測(cè)量的差分產(chǎn)生困難，參加觀測(cè)的接收機(jī)越多情況越復(fù)雜。(6)原始觀測(cè)量的非差模型日益受到重視。12 .單差、雙差、三差的優(yōu)點(diǎn)(1)單差：即在接收機(jī)之間求一次差j(t)=j(t)-(t)優(yōu)點(diǎn)：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(jī)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(diǎn)：消除了接收機(jī)鐘差的影響(3)三差：在接收機(jī)、衛(wèi)星和觀測(cè)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(diǎn)：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(shí)刻載波在空間傳輸?shù)恼芷跀?shù)它是一個(gè)無(wú)法通過觀測(cè)獲得的未知數(shù)因而也稱為整周模糊度。(2)方法：按解算時(shí)間長(zhǎng)短劃分：經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位法和快速解算法經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位法：將其作為待定量，在平差計(jì)算中求解，為提高解的可靠性，所需觀測(cè)

10、時(shí)間較長(zhǎng)。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(cè)時(shí)間較短，一般為數(shù)分鐘。按接收機(jī)狀態(tài)區(qū)分；靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法前述的快速算法，雖然觀測(cè)時(shí)間很短，仍屬靜態(tài)法動(dòng)態(tài)法是在接收機(jī)載體的運(yùn)動(dòng)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(jì)算：(1)總基線數(shù)：J總=CN(N-1)/2(2)必要基線數(shù)：必=41(3)獨(dú)立基線數(shù)：J獨(dú)=C(N-1)(4)多余基線數(shù)：J多=C(N-1)-(n-1)其中C為觀測(cè)時(shí)段數(shù)；n為網(wǎng)點(diǎn)數(shù)；m為每點(diǎn)平均設(shè)站次數(shù)；N為接收機(jī)數(shù)。17.試寫出衛(wèi)星鐘差改正模型并說明模型中各符號(hào)含義？taj=a0+a1(t_t

11、0c)+a2(t-t0c)2+Jy(t)dt(a°為t0時(shí)刻該鐘的鐘差，a1為t0時(shí)刻該鐘的鐘速(頻偏)t0為t0時(shí)刻該鐘的加速度的一半。積分項(xiàng)為隨機(jī)項(xiàng))17.GPS控制網(wǎng)布網(wǎng)原則：將各同步環(huán)有機(jī)地連成一個(gè)整體，構(gòu)成一定數(shù)量的同步觀測(cè)環(huán)和異步觀測(cè)環(huán)也可采用線路形式以較好地滿足精度、可靠性、經(jīng)費(fèi)、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(shí)間內(nèi)觀測(cè)值的剔除率不應(yīng)超過10%(2)重復(fù)基線的長(zhǎng)度差：進(jìn)行C、D、E級(jí)極限處理及B級(jí)預(yù)處理后，若某基線向量被多次重復(fù)測(cè)量，則任意兩個(gè)基線長(zhǎng)度之差ds應(yīng)滿足：dsw2J2b(b為相應(yīng)級(jí)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(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)時(shí)，由于各邊是不獨(dú)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(shí)際上仍可能不為零。這種閉合差一般數(shù)值根小，不至于對(duì)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(duì)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(jí)別規(guī)定的精度(按平均邊長(zhǎng)計(jì)算)。(4)異步環(huán)閉合差的檢核無(wú)論采用單基線模式或多基線模式解算基線都應(yīng)在整個(gè)GPS網(wǎng)選取一組完全的獨(dú)立基線構(gòu)成獨(dú)立環(huán)，各獨(dú)立環(huán)的坐標(biāo)分量閉臺(tái)差和全長(zhǎng)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(shí)，應(yīng)分析原因并對(duì)其中部分或全部成果重測(cè)。需

13、要重測(cè)的邊，應(yīng)盡量安排在一起進(jìn)行同步觀測(cè)2 .多項(xiàng)式平面擬合法解算過程及注意事項(xiàng)(1)任一點(diǎn)i的平面坐標(biāo)，的高程異常表示為'i(2)二次多項(xiàng)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(chǔ)居至少6個(gè)已知點(diǎn)(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(xiàng)式解算未知點(diǎn)的高程異常差值，最后求出任一點(diǎn)而正常高。要求：(1)已知高程異常點(diǎn)密度適當(dāng)、盡量多；(2)分布比較均勻。(3)選取高精度GPS點(diǎn)提高點(diǎn)位精度。注意事項(xiàng)：(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(diǎn)(3)高程異常已知點(diǎn)的數(shù)量(三個(gè)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(gè)GPS網(wǎng)劃分為若干區(qū)域，利用位于各個(gè)區(qū)域中的已知點(diǎn)分別擬合出該區(qū)域中的各點(diǎn)的高程異常值，從而確定出它們的正常高。3 .重力場(chǎng)模型與GPM準(zhǔn)相結(jié)合基本思路是：在GPSK準(zhǔn)點(diǎn)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(chǎng)模型求得的高程異常進(jìn)行比較，求出該地面點(diǎn)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(diǎn)的平面坐標(biāo)和旅求其他點(diǎn)的忒,；由此計(jì)算GPS網(wǎng)中未測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)的正常高程實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(cè)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(xiàng)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(diǎn)，它們應(yīng)均勻分布，選取高精度GPS點(diǎn)。重力場(chǎng)模型與GPSK準(zhǔn)相結(jié)合物理大地測(cè)量方法，適合于山區(qū)地帶(水準(zhǔn)點(diǎn)較少)目的：改善精度(重力場(chǎng)方法的不足)；改善空間分辨率(水準(zhǔn)測(cè)量方法的不足)4 .靜態(tài)相對(duì)定位分類及特點(diǎn)？本觀測(cè)量續(xù)觀測(cè)，取得充分的多余觀測(cè)數(shù)據(jù)。整周未知數(shù)經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位：利用載波相位觀測(cè)值為基特點(diǎn)：基線端點(diǎn)的接收機(jī)是固定不動(dòng)，通過連準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位：利用起始基線向量確

16、定初始特點(diǎn)：必須保持對(duì)觀測(cè)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤快速靜態(tài)相對(duì)定位：快速確定整周模糊度特點(diǎn)：無(wú)須保持對(duì)觀測(cè)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，只需在每一測(cè)站上觀測(cè)數(shù)分鐘。5 .動(dòng)態(tài)相對(duì)定位動(dòng)態(tài)相對(duì)定位，是將一臺(tái)接收機(jī)安設(shè)基準(zhǔn)站上固定不動(dòng)，另一臺(tái)接收機(jī)安設(shè)在運(yùn)動(dòng)的載體上，兩臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)相同的衛(wèi)星，以確定運(yùn)動(dòng)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)站的實(shí)時(shí)位置。動(dòng)態(tài)相對(duì)定位中，有實(shí)時(shí)處理(RTR和測(cè)后處理兩種方式，實(shí)時(shí)處理必須在流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間傳輸數(shù)據(jù)。測(cè)碼和測(cè)相兩種方式，測(cè)碼精度可達(dá)米級(jí)，測(cè)相精度可達(dá)1-2厘米。(在靜態(tài)定位中，通常為測(cè)相方式。)6 .差分GPS三種差分方式及其特點(diǎn)？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(shí)間不同分為：實(shí)時(shí)差分和事后差分。根據(jù)觀測(cè)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：?jiǎn)位鶞?zhǔn)站差分GPS局域差分GPS廣域差分GPS局域增強(qiáng)型的差分GPS廣域增強(qiáng)型的差分GPS單基準(zhǔn)站差分GPS:僅僅根據(jù)一個(gè)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(diǎn)：結(jié)構(gòu)和算法簡(jiǎn)單，技術(shù)難度