《GPS定位原理与应用》习题集答案.doc 28页

'《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案第一篇《GPS定位原理与应用》习题集一、名词解释一、名词解释I、卫星星历:是描述卫星运行轨道的信息。2、天线高:指天线的相位中心至观测点标志中心顶面的垂直距离。3,春分点:当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与地球赤道的交点。4、开普勒第一定律:卫星运行的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球的月心相重合。这一定律表明，在中心引力场中，卫星绕地球运行的轨道面，是一个通过划球质心的静止平面。5、同步环:由多台接收机同步观测的结果所构成的闭合环称为同步环。6、多路朽效应:在GPS测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收衫天线，这就将和直接来自卫星的信号(直接波)产生干涉，从而使观测值偏离真值产且所谓的多路径误差。这种山于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。7、周跳:在接收机跟踪GPS卫星进行观测的过程中，常常山于多种原因(例如接收机天线被阻挡、外界噪声信号的千扰等)，可能使载波相位观测值中的9周数不正确但其不足1整周的小数部分仍然是正确的，这种现象成为整周变跳，简称周跳。8、绝对定位:利用GPS卫星和用户接收机间的距离观测值直接确定用户接收机天线在在WGS-84坐标系中相对地球质心的绝对位置。9,恒星时: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。恒星时是地方时。10、卫星的无摄运动:卫星在轨运动受到中心力和摄动力的影响。假设地球为匀质球体，其对卫星的引力称为中心力(质量集中于球体的中心)。中心力决定着卫星运动的4本规律和特征，此时卫星的运动称为无摄运动，山此所决定的卫星轨道可视为理想的轨道，又称卫星的无摄运动轨道。11,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。它可以向用户提供在用户观测时间的卫星星历，避免了预报星历外推的误差。12、相对定位:用两台或多台接收机分别安置在基线的两端，并同步观测相同的GPS卫星，以确定4线端点在协议地球坐标系中的相对位置或4线向量的定位方法。13、星历误差:卫星的在轨位置由广播星历或精密星历提供，山星历计算的卫星位置与其实际位置之差，称为卫星星历误差。14,重复观测边:同一系线边，若观测了多个时段(>-2)，则可得到多个从线边长。这种具有多个独立观测结果的幕线边，称为重复边。15,异步环:在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测琴线向量，则该多边形环路叫异步观测环，简称异步环。16、定位星座:在用GPS卫星进行导航定位时，为了求得测站的三维位置，必须观测4颗GPS卫星，称之为定位星座。17、间隙段:GPS卫星的星座，在个别地区仍可能在其一短时间内(例如数分钟)只.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案能观测到4颗图形结构较差的卫星，而无法达到必要的定位精度。这种时间段称为间隙段。18,GPS信号接收机:是一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星信号的接收设备，称之为GPS信号接收机。19、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，从而使春分点在赤道上产生缓慢的西移，这种现象在天文学中称为岁差。20、天球:是指以地球质心M为中心，半径r为任意长度的一个假想的球体。21、时圈:通过天轴的平面与天球相交的半个大圆。22、天球空间直角坐标系:原点位于地球质心M.Z轴指向天球北极Pn，X轴指向春分点r,Y轴垂直于XMZ平面，与X轴和Z轴构成右手坐标系统。23、地心空间直角坐标系:原点。与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平子午面与地球赤道的交点E.Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。24、地心大地坐标系:地球椭球的中心与地球质心重合，椭球的短轴与地球自转轴相合，大地纬度B为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，大地经度L为过地面点的椭球子午面与格林尼治平大地子午面之间的夹角，大地高H为地面点沿椭球法线至椭球面的距离。25、极移:地球自转轴相对地球体的位置并不是vl定的，地极点在地球表面上的位置是随时间而变化的。这种现象称为地极移动，简称极移。26、站心赤道直角坐标系:以测站为原点建立与球心空间直角坐标系相应坐标轴平行的坐标系叫做站心赤道直角坐标系。27、站心地平直角坐标系:以测站(P1)为原点，P1点的法线为:轴(指向天顶为正)，以子午线方向为x轴(向北为正)，Y轴与X,z轴垂直(向动为正)),28,WGS-84大地坐标系:WGS-84(WorldGeodeticSystem,1984年)是美国国防部研制确定的大地坐标系，其坐标系的几何定义是:原点在地球质心，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轴构成右手系。29,1980国家大地坐标系(C80坐标系):是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点.〕YD1968.0的方向;大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面，X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度。方向，Y轴与Z,x轴成右手坐标系。30、协调世界时(UTC):一种以原于时秒长为AL础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折衷的时间系统，这种时间系统称为协调世界时(UTC)，或简称协调时。协调世界时的秒长严格等于原子时的秒长，采用闰秒(或跳秒)的办法使协调时与世界时的时刻相接近。31,GPS时((GPST):为了精密导航和定位的需要，全球定位系统((GPS)建立了专用的时间系统，称为GPS时。GPS时属原子时系统，其秒长与原子时相同，但与国际原子时具有不同的起点。GPST与TAI在同一瞬间均有一常量偏差，其间关系为TAI一GPST=19(s)32、开普勒第二定律:卫星的地心向径，即地球质心与卫星质心间的距离向量，在相同的时间内所扫过的面积相等。.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案33、预报(广播)星历: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。卫星的预报星历，通常均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项参数。34、广域差分GPS系统:为了在一个广阔的地区提供高精度的GPS差分服务，将多个4准站组网。各从站并不单独地将自己所求得的距离改正数播发给用户，而是将它们送住广域差分GP5网的数据处理中心进行统一处理，以便将卫星星历误差，大气传播延迟误差分离开来。然后再将各种误差估值播发给用户，山用户分别进行改正。这种差分GPS系统称为广域差分GPS系统，简称WADGPS,35、相对论效应:是由于卫星钟和接收机钟所处的状态(运动速度和重力位)不同而引起卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象。36、大气折射:对于GPS而言，卫星的电磁波信号从信号发射天线传播到地面GPS接收机天线，其传播路径并非真空，而是要穿过性质与状态各异、且不稳定的大气层，使其传播的方向、速度和强度发生变化，这种现象称为大气折射。37、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，称为观测时段，简称时段。38、独立观测环:山独立观测所获得的琴线向量构成的闭合环，简称独立环。39、天线信号通道:当GPS接收机的天线同时接收多颗GPS卫星的信号，必须首先把这些信号分隔开来，以实现对各卫星信号的跟踪、处理和最测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。40、多通道接收机:所谓多通道接收机，即具有多个卫星信号通道，而每个通道只连续跟踪一个卫星信号的接收机。所以，这种接收机也称连续跟踪型接收机。41、序贯通道接收机:这种接收机通常只具有1-2个通道。这时为了跟踪多个卫星信号，它在相应软件的控制下，按时序依次对各个卫星信号进行跟踪和量测。由于对所测卫星依次最测一个循环所需时间较长(>20ms)，所以其对卫星信号的跟踪是不连续的。42、多路复用通道接收机:这种接收机通常只具有1-2个通道。这时为了跟踪多个卫星信号，它在相应软件的控制下，按时序依次对各个卫星信号进行跟踪和量测。山于对所测卫星依次量测一个循环所需时间较短(<20ms)，所以其对卫星信号的跟踪是连续的。43,GPS相对定位的作业模式所谓GPS相对定位的作业模式，亦即利用GPS确定观测站之间相对位置所采用的作业方式。它与GPS接收设备的软件和硬件密切相关。同时，不同的作业模式因作业方法、观测时间和应用范围的不同而有所差异。44、坐标联测点GPS网平面坐标系统转换，通常是采用坐标联测来实现的。所谓坐标联测，即采用GPS定位技术，重测部分地面网中的高等级国家控制点。这种既具有WGS-84坐标系下的坐标，又具有参考坐标系下的坐标的公共点，称为GPS网和地面网的坐标联测点(简称坐标联测点)。坐标联测点是实现坐标转换的前提。45、高程联测点利用GPS直接测定的高程是GPS点在WGS-84坐标系中的大地高，而实际工作中通常需要的是正常高，为实现高程系统的转换，在布设GPS网时，需采用几何水准方法联测部分GPS点，这些被联测的GPS点，称为水准联测点。46、协议坐标系.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案坐标系统是山原点位置、坐标轴的指向和尺度所定义的。在GPS测最中，坐标系的原点一般取地球的质心，而坐标轴的指向具有一定的选择性。为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系，通常称为协议坐标系。47、天球球面坐标系原点位于地球质心M，赤经为含天轴和春分点的天球子午面与过天体S的天球子午面之间的夹角:赤纬为原点M至天体S的连线与天球赤道面之间的夹角，向径长度r为原点M至天体S的距离。在该坐标系中，天体的坐标为(a.8.7)。圈卜2天耸空间b角坐际服种天比珠面坐帐爪48、原子时因为物质内部的原子跃迁所辐射和吸收的电磁波频率，具有很高的稳定性和复现性，因此，人们从20世纪50年代，便建立了以物质内部原子运动的特征为琴础的原子时间系统。原子时秒长的定义为:位于海平面上的艳原子基态两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射振荡9192631770周所持续的时间，为一原子时秒。该原子时秒作为国际制秒(SI)的时间单位。这一定义严格地确定了原子时的尺度，而原子时的原点山下式确定:TA=UT2-0.0039s在卫星大地测量学中，原子时作为高精度的时间从准，普遍地用于精密测定卫星信号的传播时间。49,GDOP:是GeometricDOP的缩写，是描述三维位置和时间误差综合影响的精度因子，称为几何精度因子。50、停测段在某一测站上，若在某一时间段内可测卫星只有4颗，而这4颗卫星的图形分布很差，其几何精度因于GDOP超过了规定的要求，以致无法保证预定的定位精度。那么，这时应停止观测工作。这种中止观测的时间段可称为“停测段”(Outage)。停测段延续时间既取决规定精度因子的数值大小，也取决于观测卫星的最小高度角。精度因子的数值要求越小，观测卫星的最小高度角越大，则停测段持续的时间就会越长。51,测量任务书测量任务书或测量合同是测量施工单位上级主管部门或合同甲方下达的技术要求文件。这种技术文件是指令性的，它规定了测量任务的范围、目的、精度和密度要求，提交成果资料的项目和时间要求，完成任务的经济指标等。52,CORS系统以连续运行站(ContinuousOperatingReferenceStation,CORS)网为核心、通讯网络为骨干、以用户需求为服务口标、以用户接收点为终端的集成系统，通常称其为全球导航卫星连续运行站网系统或简称GNSSCORS系统。二、判断题以下说法是否正确？正确的打“√”，错误的打“╳”。1、在同一测站上，相邻两天出现的卫星分布图形是相同的，只是后一天相对于前一天提前2分钟。（╳）.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案2、GPS卫星的核心设备是双叶太阳能板，以保证卫星的正常工作用电。（╳）3、GPS地面监控系统包括1个主控站、3个注入站和5个监测站，共9个站组成。（╳）4、在GPS系统中，启用备用卫星以代替失效的工作卫星的职能，由监测站执行。（╳）5、在GPS系统中，卫星的星历是通过监测站注入的。（√）6、GPS用户设备的核心设备是原子钟，为GPS测量提供高精度的时间标准。(╳)7、利用单频接收机可以消除或削弱电离层对电磁波信号的延迟的影响。（╳）8、对于平方型接收机，其工作的基本条件是必须掌握测距码的结构；而对于码相关型接收机，可以不必掌握测距码的结构。（√）9、在GPS测量中，描述卫星的运行位置和状态是在空间固定的坐标系统中进行的。（√）10、在GPS测量中，表达地面观测站的位置和处理GPS观测成果是在空间固定的坐标系统中进行的。（╳）11、地球公转的轨道与天球相交的大圆称为黄道。黄道面与赤道面的夹角ε称为黄赤交角，约为23.5°。（√）12、以春分点为参考点，以春分点的周日视运动确定的时间系统称为世界时。（╳）13、瞬时天球坐标系和瞬时地球坐标系的原点相同，X轴指向相同，但Z轴指向不相同。（√）14、测站对卫星的高度角和方位角在WGS-84站心赤道直角坐标系中表示最为方便。（╳）15、新北京54坐标系大地原点与1980年国家大地坐标系(简称C80)的相同，椭球轴向与C80椭球轴指向相同，椭球参数与旧54坐标系的椭球参数相同。（╳）16、恒星时以春分点为参考点，具有地方性；而平太阳时均以平太阳为参考点，但具有世界性。（╳）17、协调世界时是一种秒长严格等于原子时秒长的不连续的时间系统。（）18、GPS时属于原子时系统，其秒长和原点与国际原子时的相同。（╳）19、在世界时UT0中引入了极移改正和地球自转速度的季节性改正，由此得到的世界时，相应表示为UT1和UT2。（√）20、卫星的真近点角是在轨道平面上，卫星与近地点之间的地心角角距。该参数为时间的函数，它确定了卫星在轨道上的瞬时位置。（√）21、升交点是当卫星由北向南运行时，其轨道与地球赤道面的一个交点。（╳）22、在GPS定位中，轨道平面坐标系的x轴指向升交点，y轴垂直于x轴指向地极北方向，原点位于地球质心。（√）.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案23、广播星历和精密星历都属于实时星历，只是后者的精度比前者高。（╳）24、载波相位观测，是测量接收机接收到的、具有多普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。（√）25、全球定位系统采用双程测距原理。（╳）26、一般来说,GDOP值越大，所测卫星在空间的分布范围越合理；反之，所测卫星的分布越差。（╳）27、一般而言，采用伪距法进行绝对定位时，至少要同步观测到4颗GPS卫星。（√）28、差分技术的目的是消除公共误差，提高定位精度。（╳）29、在GPS测量中，卫星的轨道误差以及测站的多路径效应误差都属于系统误差（√）30、与绝对定位相比，相对定位的定位精度得到了明显的提高，这是由于采用了求差这一数学处理方法而取得的。（╳）31、与绝对定位相比，相对定位的定位精度得到了明显的提高，这是由于两测站上的公共误差具有相关性而取得的。（√）32、由于同一卫星的星历误差，对不同测站的同步观测量的影响具有偶然性性质，因此在两个或多个测站上对同一卫星的同步观测值求差，仍不能减弱卫星星历误差的影响。（╳）33、在GPS测量中，采用双频改正技术，可以消除或削弱电离层延迟对定位成果的影响，但不能削弱对流层延迟对定位成果的影响。（√）34、在高精度GPS变形监测，最好采用同一种类型的天线。（√）35、GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。GPS网的基准设计，实质上主要是指确定网的位置基准问题。（√）36、GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。GPS网的基准设计，实质上主要是指确定网的方位基准问题。（╳）37、GPS基线向量观测值中，已包含了位置信息、尺度信息和方位信息。（╳）38、GPS网的图形设计，也就是根据对所布设的GPS网的精度要求和其他方面的要求，设计出由同步GPS边构成的多边形网。（╳）39、观测数据的剔除率是指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。（√）40、外业观测成果的检核，可以识别观测值中小的粗差，说明GPS网本身的精度和可靠性。（╳）41、GPS网的非经典自由网平差，是仅具有必要起始数据的平差方法。对于GPS网来说，即仅具有一个起始点，其坐标值在平差中保持不变。（╳）.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案42、GPS网的内可靠性亦称观测的可控性，是指在一定的显著水平和检验功效下，用数理统计方法所能探测出的在基线向量中存在的最小粗差。（√）43、GPS网的外可靠性亦称观测的可控性，是指在一定的显著水平和检验功效下，用数理统计方法所能探测出的在基线向量中存在的最小粗差。（╳）44、大地高是地面点沿法线投影到椭球面的距离。（√）45、正常高是地面点沿法线投影到椭球面的距离。（╳）46、高程异常是大地水准面至椭球面之间的高程差（╳）。47、正常高是地面点沿铅垂线到似大地水准面的距离。（╳）48、测量时间的基准，包括时间的单位(尺度)和原点(起始历元)。其中时间的原点是关键，而尺度可以根据实际应用加以选定。（╳）49、GPS卫星信号中含有多种定位信息，根据不同的要求可以从中获得不同的观测量，目前广泛采用的基本观测量主要有两种，即码相位观测量和多普勒观测量。（√）50、在静态绝对定位中，在某一时段内，各历元观测到的卫星相同，则该时段内所测卫星在空间的几何分布图形是不变的，因而精度因子的数值也是不变的。（╳）51、采用GPS进行定位时，大部分情况下需要采用精密星历，以及时提供解算成果。（√）52、电离层对载波相位观测值和伪距观测值的影响，大小相同，符号相反。（√）53、在短基线（<20km）上使用单频接收机可以获得很好的相对定位结果。（√）54、GPS测量规范(规程)是各测绘单位分别制定的技术法规。（╳）55、当同步闭合环的闭合差较小时，则说明GPS基线向量的计算合格，GPS边的观测精度高，接收的信号未受到干扰。（╳）56、GPS数据预处理的主要目的，是利用原始观测数据进行基线向量的解算，为进一步的GPS网平差做准备。（╳）57、GPS数据预处理主要包括数据的粗加工和观测数据的预处理两项内容。（√）58、一般来说,GDOP值越小，所测卫星在空间的分布范围越合理；反之，所测卫星的分布越差。（√）59、GPS测量工作与经典大地测量工作相类似，按其性质可分为外业和内业两大部分。（√）60、在静态绝对定位中，在某一时段内，虽然各历元观测到的卫星相同，该时段内所测卫星在空间的几何分布图形是变化的，但精度因子的数值是不变的。（√）四、填空题1、GPS系统由GPS卫星星座（空间部分）、地面监控系统（地面控制部分和GPS信号接收机（用户设备部分）等三部分组成。2、GPS地面监控系统由（1个）主控制、（3个）信息注入站和.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案（5个）卫星监测站等三部分组成。3、GPS卫星的核心设备是高精度原子钟。4、GPS用户设备的核心部分由GPS接收机和天线组成。5、GPS信号接收机按载波频率可分为单频接收机、双频接收机和双系统接收机等三种类型。6、GPS信号接收机按用途可分为导航型接收机、测地型接收机和授时型接收机等三种类型。7、GPS信号接收机按通道数可分为多通道接收机、序贯通道接收机和多路复用通道接收机等三种类型。8、GPS信号接收机工作原理可分为码相关型接收机、平方性接收机和混合型接收机等三种类型。9、我国“北斗”卫星导航定位系统是一种双星定位系统，目前由2颗工作卫星和1颗备用卫星组成。10、我国“北斗”卫星导航定位系统具有快速定位、简短通信和精密授时的功能。11、欧盟GALILEO定位系统的空间星座由平均分布在3个轨道面上的30颗卫星组成。12、在卫星定位中，描述天体的运动规律一般在空间固定坐标系下表示，而描述地面测站的位置一般在与地球体相固联的坐标系下表示。13、春分点是当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与地球赤道的交点。14、定义一个空间直角坐标系必须明确坐标系的原点、坐标系的尺度和坐标轴的方向。15、时圈是通过天轴的平面与天球相交的半个大圆。16、地球公转的轨道与天球相交的大圆称为黄道，其所在平面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约为23.5°。17、在天文学和卫星大地测量学中，春分点和天球赤道面，是建立参考系的重要基准点和基准面。18、地球自转轴在空间的方向变化受岁差和章动两种现象的影响。19、建立协议地球坐标系的原因是存在极移现象。20、站心赤道直角坐标系与球心空间直角坐标系坐标系间的唯一差别在于坐标系原点位置不同。21、测站对卫星的高度角和方位角在WGS-84站心地平坐标系中表示最为方便。22、时间测量存在相对时间测量和绝对时间测量两种模式。.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案23、时间测量的基准，包括时间的单位（尺度）和原点（起始历元）。其中时间的单位（尺度）是关键，而原点（起始历元）可以根据实际应用加以选定。24、恒星时在数值上等于春分点相对于本地子午圈的时角。25、作用于卫星上的各种力，按其影响的大小可分为两类，即中心力和摄动力（非中心力）。26、卫星在空间运行的轨迹称为轨道，而描述卫星轨道位置和状态的参数，称为轨道参数。27、开普勒第一定律可表述为卫星运行的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球的质心相重合。28、开普勒方程为。29、卫星星历的提供方式一般有两种，即预报星历（广播星历）和后处理星历（精密星历）。30、在地球协议坐标系统中，确定GPS观测站相对地球质心的位置的定位方法称为绝对定位（或单位定位）。31、确定同步跟踪相同的GPS信号的若干台接收机之间的相对位置关系的定位方法称为相对定位。32、GPS卫星信号中含有多种定位信息，目前广泛采用的基本观测量主要有两种，即码相位观测量和载波相位观测量。33、时间延迟实际为信号的接收时刻与发射时刻之差。34、某一历元接收机的钟差为接收机的钟面时与相应的标准GPS时之差。35、载波相位差分观测值可以按测站、卫星和历元等三要素来产生，根据求差次数的多寡可分为单位观测值、双差观测值和三差观测值。36、GPS绝对定位方法的实质，是空间距离后方交会，此时至少必须同时观测4颗卫星。37、当用户接收设备安置在运动的载体上而处于动态的情况下，确定载体瞬时绝对位置的定位方法，称为动态绝对定位。38、在用户接收设备处于静止状态的情况下，用以确定观测站绝对坐标的方法称为静态绝对定位。39、利用GPS进行绝对定位，其精度主要决定于以下两个因素：其一是所测卫星在空间的几何分布，通常称为卫星的几何图形；其二是观测量的精度。40、在GPS测量中，通常采用的的精度因子（用字符表示）有HDOP、VDOP、PDOP、TDOP和GDOP等五种，精度因子又称为观测卫星星座的图形强度因子。.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案41、载波相位测量的基本方程中包含了两种不同类型的未知参数：一种是我们想要的参数，称为必要参赛；另一种是我们不太感兴趣的参数，称为多余参数。42、差分GPS可分为单基准站差分、多基准站的局域差分和多基准站的广域差分三种类型。43、单基准站差分GPS，根据差分GPS基准站发送的信息方式可分为四类，即位置差分、伪距差分、相对平滑伪距差分和相位差分。44、按误差性质划分，GPS测量中包含的误差分为系统性误差和偶然误差两类；按误差来源划分，可分为与卫星有关程度、与传播路径有关的误差、与接收设备有关的误差和其它误差四类。45、与接收机有关的误差，包括观测误差、接收机钟误差、天线相位中心位置误差、接收机位置误差、天线高量取误差等。46、与卫星有关的误差，主要包括卫星星历误差、卫星钟误差、相对论效应等。47、与传播路径有关的误差，主要包括对流层延迟误差、电离层延迟误差、多路径效应等。48、GPS测量工作按其实施的工作程序，可分为技术设计、选点与建立标志、外业观测和成果检核与处理等四个大阶段。49、GPS测量工作总的原则是，在满足用户要求的情况下，尽可能的减少经费、时间和人力的消耗。50、GPS网技术设计的主要内容包括精度指标的确定、网的图行设计和网的基准设计。51、GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。GPS网的基准设计，实质上主要是指确定网的位置基准问题。52、GPS网的基准设计包括平面位置基准设计和高程基准设计，相应的测量工作称为坐标联测和高程联测。53、两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测称为同步观测。54、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，简称同步观测环(同步环)。55、由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称独立观测环（）独立环。56、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。57、根据GPS测量的不同用途，GPS网的图形有点连式、边连式、网连式和边点混连式等四种连接方式。58、GPS观测工作的内容主要包括观测计划的拟定、仪器的选择与检验和观测工作的实施等。59、GPS接收机全面检验的内容，包括一般性检视、通电检验和试测检验。60、GPS测量的观测工作主要包括天线安置、观测作业、观测记录和观测数据的质量判定等。61、目前较为普遍采用的GPS作业模式有静态相对定位、快速静态相对定位、准动态相对定位和动态相对定位。.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案62、在GPS静态相对定位中，外业观测数据的评价一般分为四级，即良好、合格、存疑和不合格。63、外业观测成果的质量检核项目，主要包括同步边观测数据检核、重复边检核、同步环闭合差检核和异步环闭合差检核等。64、GPS网的经典自由网平差，是仅具有必要起始数据的平差方法。对于GPS网来说，即仅具有1个起始点，其坐标值在平差中保持不变。65、GPS控制网平差后的质量，一般是从精确度、可靠性和置信度等三个方面来衡量。66、GPS网的精确度是以平差后的各项中误差来表征的，其指标有验后单位中误差、点位中误差、基线向量中误差及其相对中误差等。67、GPS网的可靠性与多余观测有关，在无多余观测的情况下，无法发现粗差，可靠性可视为零。衡量GPS网的可靠性有三个指标：多余观测量、内可靠性和外可靠性。68、GPS网的内可靠性亦称观测的可控性，是指在一定的显著水平和检验功效下，用数理统计方法所能探测出的基线向量中存在的最小粗差。69、GPS网的外可靠性，是指可识别的最小粗差，对平差的未知参数及其(这些参数的)函数的影响。70、GPS网的坐标系统转换和高程系统转换，是通过坐标联测和水准联测来实现的。71、GPS网实施坐标系统转换后的质量取决于两个主要因素，其一，是GPS网经过空间无约束平差后的坐标精度；第二，是坐标转换基准点的坐标精度。其中，主要取决于坐标转换基准点的精度。72、GPS网进行坐标系统转换时，转换参数的显著性检验，一般只对尺度比参数和旋转角参数进行检验。73、坐标系统转换模型的精度可以从转换模型的内部符合精度及外部检查精度两方面来考虑。74、利用GPS直接测定的高程是GPS点在WGS-84坐标系中的大地高。75、大地高系统是以椭球面（或参考椭球面）为基准面的高程系统，正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。76、原子时是通过原子钟来守时和授时的。因此，原子钟振荡器频率的准确度和稳定度便决定了原子时的精度。77、在岁差和章动的影响下，瞬时天球坐标系的坐标轴指向是在不断地旋转。78、天体的星历通常都是在协议天球坐标系中表示的；GPS卫星的广播星历通常在WGS-84大地坐标系中表示。79、观测瞬间地球自转轴所处的位置，称为瞬时地球自转轴，而相应的极点称为瞬时极。80、以协议地球为基准点的地球坐标系，称为协议地球坐标系；而与瞬时极相应的地球坐标系，称之为瞬时地球坐标系。81、利用载波相位观测进行精密定位，必须首先解决整周未知数（初始整周数，整周模糊度）和周跳（整周变跳）两个问题。82、GPS测量过程中，如果接收机天线被阻挡、外界噪声信号的干扰等，还可能产生周跳（整周变跳）现象。83、为便于理解GPS测量的误差，通常均把各种误差的影响投影到观测站至卫星的距离上，以相应的距离误差表示，并称为等效距离偏差。.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案84、GPS网技术设计的主要依据是GPS测量规范和测量任务书。85、对GPS观测数据进行处理的基本过程大体分为：预处理，平差计算，坐标系统的转换或与已有地面网的联合平差。五、简答题五、简答题1、什么叫BPS信号接收机?其作用是什么?答:是一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星信号的接收设备，称之为GPS信号接收机。GPS信号接收机的作用有:1)当GPS卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一定卫星截止高度角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运动。2)对所接收到的GPS信号具有变换、放大和处理的功能，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发射的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间，从而实现导航和定位。2、在GPS测f中，对点位有何要求?答:山于GPS测量观测站之间不需要相互通视，而且网的图形结构也比较灵活，所以选点工作远较经典控制测量的选点工作简便。但山于点位的选择对于保证观测工作的顺利进行和测量结果的可靠性具有重要意义，所以，在选点工作开始之前，应充分收集和了解有关测区的地理情况以及原有测量标志点的分布及保持情况，以便确定适宜的观测站位置。选点工作通常应遵守的原则是:1)(1分)观测站(即接收天线安置点)应远离大功率的无线电发射台和高压输电线，以避免其周围磁场对GPS卫星信号的千扰。接收机天线与其距离一般不得小于200m;2)(1分)观测站附近不应有大面积的水域或对电磁波反射(或吸收)强烈的物体，以减弱多路径效应的影响;3)(1分)观测站应设在易于安置接收设备的地方，且视场开阔。在视场内周围障碍物的高度角，根据情况一般不应大于100-150，以减弱多路径效应的影响;4)(1分)观测站应选在交通方便的地方，并且便于用其它测量手段联测和扩展。5)(1分)对于琴线较长的GPS网，还应考虑观测站附近具有良好的通讯设施(电话与电报、邮电)和电力供应，以供观测站之间的联络和设备用电。6)(1分)点位选定后(包括方位点)，均应按规定绘制点之记，其主要内容包括点位及点位略图，点位的交通情况以及选点情况等。3、在利用暇波相位进行相对定位时，何谓准动态相对定位0式?该棋式有哪些特点，适用于哪种条件?GPS相对定位的作业模式，亦即利用GPS确定观测站之间相对位置所采用的作业方.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案式。GPS测量系统，在其硬件和软件的支持下，作业模式一般有静态相对定位、快速静态相对定位、准动态相对定位和动态相对定位等。1)作业方法.在测区选择一系准站，并在其上安置一台接收机连续跟踪所有可见卫星;.置另一台流动的接收机于起始点(下图中1号点)观测1-2分钟:.在保持对所测卫星连续跟踪的情况下，流动的接收机依次迁到2,3,…，13号流动点各观测数秒钟。2)作业模式要求.在观测时段上必须有5颗以上卫星可供观测;.在观测过程中流动接收机对所测卫星信号不能失锁;.一旦发生失锁现象，应在失锁后的流动点上，将观测时间延长1^-2分钟。.流动点与从准点相距应不超过15km.3)定位精度基线的中误差可达1^-2cmo4)特点作业只需两台接收设备，效率甚高。即使偶然发生失锁，只要在失锁的流动点延长观测1-2分钟，仍可继续按该模式作业。5)应用范围.开阔地区的加密测量;.工程定位及碎部测最;.剖面测量及路线测量等。4,OPS卫一的作用是什么?1)向广大的用户连续不断地发射卫星导航定位信号(简称GPS信号)，并用导航电文报告自己的现势位置已以及其他在轨卫星的概略位置;2)在飞越注入站上空时，接受山地面注入站发送到卫星的导航电文和其他有关信息，并通过GPS信号形成电路，适时的发送给广大的用户。3)接受地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令。如适时的改正运行的偏差。或者启用备用时钟等。4)通过星载高精度原子钟，提供精确的时间标准，使各卫星处于同一时间标准-GPS时。.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案5、在利用载波相位进行相对定位时，何谓快速静态相对定位模式?该模式有.些特点，适用于哪种条件?GPS相对定位的作业模式，亦即利用GPS确定观测站之间相对位置所采用的作业方式。GPS测量系统，在其硬件和软件的支持下，作业模式一般有静态相对定位、快速静态相对定位、准动态相对定位和动态相对定位等。I)作业方法在测区的中部选择一个琴准站，并安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星;另一台接收机依次到各点流动设站，并且在每个流动站上观测1-2分钟。该作业模式要求，在观测时段中必须有5颗卫星可供观测:同时流动站与基淮站相距不超过15km.2)定位精度流动站相对琴准站的幕线中误差可达5mm十lppmXD。3)特点接收机在流动站之间移动时，不必保持对所测卫星的连续跟踪，因而可关闭电源以降低能耗。该模式作业速度快、精度高。缺点是直接观测边不构成闭合图形，可靠性较差。4)适用范目控制测景及其加密;工程测量、边界测量;地籍测量及碎部测量等。6、什么叫坐标联测和高程联测?为什么要进行坐标联测和离程联测?与经典大地测量相比，GPS定位技术具有定位精度高、经济效益显著、操作简便及布网灵活性大等优点。但GPS定位获得的是在WGS-84坐标系卜的观测量—琴线向量，经空间无约束平差后，可获得WGS-84空间直角坐标系下的坐标(XYZ)G，只有将其转换为地方参考坐标系(即地面网所在的参考坐标系)下的高斯平面直角坐标和以似大地水准面为从准的正常高，才能便于实际应用。GPS网坐标系统转换，通常是采用坐标联测来实现的。所谓坐标联测，即采用GPS定位技术，重测部分地面网中的高等级国家控制点。这种既具有WGS-84坐标系下的坐标，又具有参考坐标系(以下假设参考坐标系为新BJ-54坐标系)下的坐标的公共点，.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案称为GPS网和地面网的坐标联测点。坐标联测点是实现坐标转换的前提。利用GPS技术得到的高程是GPS点在WGS-84坐标系中的大地高，而实际工作中通常需要以似大地水准面为从准的正常高，这就需要进行高程系统的转换。GPS网高程系统转换，通常是高程联测(或水准联测)来实现的。所谓高程联测，是在布设GPS网时，采用几何水准方法联测部分GPS点，这些被联测的GPS点，称为水准联测点。水准联测点是实现高程系统转换的前提。7、在GPS测量中，天线的安置工作应满足.些要求?天线的妥善安置是实现精密定位的重要条件之一。其安置工作一般应满足以下要求:1)静态相对定位时，天线应尽可能利用三脚架，并安置在标志中心的上方直接对中观测。在特殊情况下，方可进行偏心观测，但归心元素应以解析法精密测定。2)当天线需安置在三角点规标的基板上时，应先将舰标顶部拆除，以防止对信号的干扰。这时可将标石中心投影到基板上作为安置天线的依据。3)天线底板上的圆水准器气泡必须居中。4)天线的定向标志线应指向正北，并顾及当地磁偏角影响，以减弱相位中心偏差的影响。定向的误差以定位的精度不同而异，一般应不超过30^-505)雷雨天气安置天线时，应注意将其底盘接地，以防止雷击。6)天线安置后，应在各观测时段的前后各量测天线高一次。两次量测结果之差不应超过3mm，并取其均值采用。8、在利用载波相位进行相对定位时，何谓静态相对定位模式?该模式有哪些特点，适用于.种条件?GPS相对定位的作业模式，亦即利用GPS确定观测站之间相对位置所采用的作业方式。GPS测量系统，在其硬件和软件的支持下，作业模式一般有静态相对定位、快速静态相对定位、准动态相对定位和动态相对定位等。1)作业方法采用两套(或两套以上)接收设备，分别安置在一条(或数条)基线的端点，同步观测4颗卫星1小时左右，或同步观测5颗卫星20分钟左右。当基线超过100km时，观测时间应适当延长。2)定位精度基线的相对定位精度可达5mm十1ppmXD,D为基线长度(km)3)特点这种作业模式所观测过的基线边，应构成某种闭合图形(如右图)，.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案以便于观测成果的检核，提高成果的可靠性和GPS网平差后的精度。基线长度由20km至几百公里。4)适用范围1)建立全球性或国家级大地控制网;2)建立地壳运动或工程变形监测网:3)建立长距离检校基线;4)进行岛屿与大陆联测;5)钻井精密定位。9、在利用载波相位进行相对定位时，何谓动态相对定位棋式?该棋式有哪些特点，适用千哪种条件?GPS相对定位的作业模式，亦即利用GPS确定观测站之间相对位置所采用的作业方式。GPS测量系统，在其硬件和软件的支持下，作业模式一般有静态相对定位、快速静态相对定位、准动态相对定位和动态相对定位等。1)作业方法①建立一个基准点，并在其上安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星;②另一台接收机安置在运动的载体上，在出发点按快速静态相对定位法，静止观测I-2分钟;③运动的接收机从出发点开始，在运动过程中按预定的时间间隔自动观测。2)作业模式要求①同步观测5颗卫星，其中至少有4颗卫星应保持连续跟踪;②运动点与基准点的距离应不超过15kmo3)定位精度运动点相对基准点之点位精度可达1^-2cm。4)特点速度快，精度高，可实现载体的连续定位。5)应用范围①精密测定载体的运动轨迹;.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案②道路中心测量;③航道测量;④开阔地区的剖面测量等。10、在GPS定位中，一般用一组开普勒轨道根致来确定卫星轨道平面在天球坐标系中的位置和方向。试绘图表示这组开普勒轨道根数，井说明各参数的意义。答:卫星的无摄运动，一般可通过一组适宜的参数来描述，但是，这组参数的选择并不是唯一的:其中一组应用广泛的参数，称为开普勒轨道参数，或称轨道根数。as—轨道椭圆的长半轴;es—轨道椭圆的偏心率;以上两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。()-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，其轨道与地球赤道面的一个交点。i一一轨道面的倾角，即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。n和i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。、，—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。这一参数表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。下一卫星的真近点角，即在轨道平面上，卫星与近地点之间的地心角角距。该参数为时间的函数，它确定了卫星在轨道上的瞬时位置。(1分)以上6个参数as、es、Q、i、it、和V所构成的坐标系统，通常称为轨道坐标系统，它广泛地用于描述卫星的运动。11、与经典侧f技术相比，GPS技术有何优点?答:1)选点灵活，无需通视。GPS测量不要求观测站之间通视，因而不再需要建造规标。这一优点即可减少测量工作的经费(30%^-60%)和时间，同时也使点位的选择变得甚为灵活。但要求净空。2)定位精度高。现已完成的大量实验表明，目前在小于50km的基线上其相对定位.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案精度可达1^-2*10-6，而在100km^-500km的基线上可达10-6-10-70随着观测技术与数据处理方法的改善，可望在大于1000km的距离上，相对定位精度达到或优于10一810-。3)观测时间短。目前，利用经典的静态定位方法，完成一条基线的相对定位所需要的观测时间，根据要求的精度不同，一般约为1^-3小时。为了进一步缩短观测时间，提高作业速度，近年来发展的短基线(例如不超过20KM)快速相对定位法，其观测时间仅需数分钟。4)提供三维坐标。GPS测量，在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高。GPS测量的这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径，同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用，提供了重要的高程数据。5)操作简便。GPS测量的自动化程度很高，在观测中测量员的主要任务只是安装并开关仪器、量取仪器高、监视仪器的工作状态和采集环境的气象数据，而其它观测工作，如卫星的捕获、跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。另外，GPS用户接收机一般重量较轻、体积较小，因此携带和搬运都很方便。6)全天候作业。GPS观测工作，可以在任何地点，任何时间连续地进行，一般也不受天气状况的影响。12,当两站间的距离相距不远(<=20km)时，在接收机和卫星间求二次差有何优点?有何缺点?对于短距离(<20km)的相对定位而言，在接收机和卫星间求二次差的优点有:1)双差观测值中，卫星钟差的影响已基本消除;2)双差观测值中，卫星卫星星历误差的影响己基本消除;3)双差观测值中，接收机钟差的影响已基本消除;4)双差观测值中，对流层和电离层的影响得到了进一步的削弱。但对于差分观测值也有一些缺点，主要表现在:1)救据利用率较低，许多好的观测值会因为与之配对的数据出了问题而无法被利用。求差的次数越多，丢失的观测值也越多，数据利用率就越低。2)在接收机间求差后，会引进基线矢量而不是原来的位置矢量作为基本未知数，这是一个新的更为复杂的概念，特别是使用多台接收机进行网定位时较难处理。3)求差后会出现观测值间的相关性问题，增加了计算的工作量。4)在某些情况下难以求差，例如两站的数据输出率不相同时。5)在求差过程中有效教字将迅速减少，计算中凑整误差等影响将增大，从而影响最后结果的精度。6)求差法实质上是未对多余参数作任何约束，即认为各多余参数是相互独立的。.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案在某些情况下使用求差法的误差模型是有效的，如使用高精度的原子钟作外接频标时，在小范围内进行相对定位时，精度要求不太高时等等。7)采用求差法时多余参数已被消去，因此难以对这些参致作进一步研究(当然也可以来用回代法求出，但需另增加工作量)。如果采用非差法并建立多余参数间的误差模型，这些多余参数(例如钟的改正模型)就可以作为副产品同时求出。这些资料对于进一步的研究是十分有价值的。13,WGS-84大地坐标系是如何定义的?WGS-84椭球的长半轴和扁率为多少?WGS-84(WorldGeodeticSystem,1984年)是美国国防部研制确定的大地坐标系，其坐标系的几何定义是:原点在地球质心，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轴构成右手系。对应于WGS-84大地坐标系有一个WGS-84椭球，其常数采用IUGG第17届大会大地测量常数的推荐值。这里给出WGS-84椭球的两个最常用的几何常数:(其中扁率分母要精确到小数点后6位)长半轴a=6378137士2m扁率f=1/298.25722356314、坐标联测的目的是什么?实现这一目的的数据处理基本思想是什么?对联测点有何要求?答:1)坐标联测的目的①GPS定位获得的是在WGS-84坐标系下的观测量—基线向量，经空间无约束平差后，可获得WGS-84空间直角坐标系下的坐标(IYZ)G,②只有将其转换为地方参考坐标系(即地面网所在的参考坐标系)下的高斯平面直角坐标(和以似大地水准面为基准的正常高)，才能便于实际应用。③为实现这种转换，在布设GPS网时，需要选择一些地方参考坐标系(即地面网所在的参考坐标系)下坐标已知的控制点，并同时在这些点上进行GPS测量，这种点称为坐标联测点，在联测点上进行GPS测量的过程称为坐标联测。2)实现这一目的的数据处理基本思想坐标联测的目的是为了实现坐标系统转换。进行坐标转换的基本思想是:①根据坐标联测点的两套坐标，建立两坐标系间的坐标转换模型;②然后采用最小二乘法求解转换参数，并对转换参数的显著性进行检验;.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案③根据转换参数及相应的坐标转换模型，将所有GPS点在WGS-84坐标系下的坐标，转换成地方参考坐标系下的坐标;④对转换后GPS网的质量进行评价。3)对联测点的要求为保证转换后GPS网的质量，对坐标联测点提出了如下主要要求:①联测点要有足够的数量:不能少于3个，有条件时尽量多一些;②联测点的分布要均匀:联测点的分布要能覆盖整个测区，外围和中部要有连测点;③联测点的质量好:尽量利用测区中高等级点作为联测点联测点标石稳定;便于采用GPS技术进行观测。15、高程联测的目的是什么?实现这一目的的数据处理基本思想是什么?对联测点有何要求?答:1)高程联测的目的①GPS定位获得的高程是GPS点在WGS-84坐标系中的大地高。大地高(H)是地面点沿法线投影到椭球面的距离，所以大地高系统是以椭球面为基准面的高程系统。而实际工程应用中，通常需要的是正常高。正常高是从正常椭球面出发，沿法线方向到正常位等于地面重力位的点的距离。②只有将GPS点的大地高转换为以似大地水准面为基准的正常高，才能便于实际应用。③为实现这种转换，在布设GPS网时，需采用几何水准方法联测部分GPS点，这些被联测的GPS点，称为水准联测点。测定联测点水准高程的过程称为水准联测。2)实现这一目的的数据处理基本思想水准联测的目的是为了实现高程系统转换。进行高程系统转换的基本思想是:①根据联测点的坐标和两套高程之差(即高程异常)，建立测区高程异常拟合模型;②然后采用最小二乘法求解转换参数，并对转换参数的显著性进行检验;③根据高程异常拟合模型和GPS点的坐标，求得所有GPS点的高程异常:根据高程异常和大地高，得GPS点的正常高④对GPS水准高程精度进行评价。3)对联测点的要求为保证转换后GPS水准高程的精度，对联测点提出了如下主要要求:①联测点要有足够的数量:不能少于6个，有条件时尽量多一些;②联测点的分布要均匀:联测点的分布要能覆盖整个测区，外围和中部要有连测点;③联测点的质量好:联测点标石稳定;联测精度合乎相应等级水准的要求，便于采用GPS技术进行观测。16,GPS网空间无约束平差的目的是什么?GPS网空间无约束平差，即只固定网中某一点坐标的平差方法。无约束平差的目的.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案是多方面的。其一是建立GPS网的位置基准。确定一个三维网在空间直角坐标系中的位置，需要三个坐标的定位基准，一个尺度基准和三个方向基准，即三个绝对定位和四个相对定位共七个基准。GPS观测值是两点间的基线向量，即三维坐标差，是一种长度、高差和方位观测量，因而包含了尺度信息和方向信息。这样，网的尺度基准和方向基准可由网的相关最小二乘估计唯一确定，而与网的平差方法无关。但网的位置基准与平差中所取网点的近似坐标系统和采用的平差方法有关。对于城市或矿区等区域性GPS网而言，一般取网中的一点(多在网的中部)的单点绝对定位结果作为位置基准。第二，是发现基线闭合环路闭合差发现不了的小的基线向量粗差，在确定没有粗差后，通过验后方差因子的X’检验发现基线向量随机模型的误差。第三，根据平差结果，客观地评价GPS网本身的内部符合精度及网的可靠性，如单位权中误差、点位中误差、基线边中误差及其相对中误差;同时为利用GPS大地高与水准联测点的正常高联合确定GPS网点的正常高提供平差处理后的大地高程数据。第四，是以后分析GPS网坐标转换过程中，地面网基准点或约束条件中有无不相容的误差的基础。17、接收机天线的作用是什么?对其有何要求?答:接收机天线的作用是:把来自卫星信号的能量转化为相应的电流量，并经过前置放大器送入射频部分进行频率变换，以便接收机对信号进行跟踪、处理和量测。对天线的要求有:1)天线与前置放大器一般应密封为一体，以保障在恶劣的气象环境下能正常工作，并减少信号损失;2)天线均应呈全圆极化。要求天线的作用范围为整个上半球，在天顶处不产生死角，以保障能同样地接收来自天空任何方向的卫星信号:3)天线必须采取适当的防护与屏蔽措施(例如加一块基板)，以尽可能地减弱信号的多路径效应、防止信号的干扰;4)天线的相位中心与其几何中心之间的偏差应尽量小，且保持稳定。由于GPS测量的观测量，是以天线的相位中心为准的，而在作业中，天线的安置却是以其几何中心为准，所以在天线的设计中，应尽可能保持两个中心的一致性和相位中心的稳定性。18,GPS地面监控系统由嘟些部分组成?各部分的主要功能是什么?答:GPS地面监控系统主要由分布在全球的5个地面站组成，其中包括一个主控站、三个信息注入站和五个卫星监测站。主控站设在美国本土科罗拉多.斯平士(ColoradoSprings)的联合空间执行中心。3个注入站分别设在印度洋的狄哥，伽西亚(DiegoGarcia)、南大西洋的阿松森岛(Ascension)和南太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein)。五个.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案监测站除主控站和注入站外，还在夏威夷设立了一个监测站。主按站除协调和管理所有地面监控系统的工作外，其主要任务是:1)根据本站和其它监测站的所有观测资料推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等，并把这些数据传送到注入站。2)提供全球定位系统的时间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟均应与主控站的原子钟同步或测出其间时钟差，并把这些钟差信息编入导航电文送到注入站:3)调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行。4)启用备用卫星以代替失效的工作卫星。监测站是在主控站直接控制下的数据自动采集中心，站内设有双频GPS接收机、高精度原子钟、计算机各一台和若干台环境数据传感器。接收机对GPS卫星进行连续观测，以采集数据和监测卫星的工作状况;原子钟提供时间标准;环境传感器收集当地的气象数据。所有观测资料由计算机进行初步处理(如计算对流层、电离层、天线相位中心、相对论效应改正数等)，并存储和传送到主控站，用以确定卫星的轨道。注入站的主要设备包括一台直径为3.6m的天线，一台C波段发射机和一台计算机。其主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。整个GPS的地面监控部分，除主控站外均无人值守。各站间用现代化的通讯系统联系起来，在原子钟、计算机的驱动和精确控制下，各项工作实现了高度的自动化和标准化。19,GPS侧量工作包括哪几个阶段?其总的原则是什么?其技术设计的主要内容是什么?答:按照GPS测量实施的工作程序，则大体可分为这样几个阶段:技术设计:选点与建立标志;外业观测;成果检核与处理。GPS测量是一项技术复杂、要求严格、耗费较大的工作，对这项工作总的原则是，在满足用户要求的情足下，尽可能地减少经费、时间、和人力的消耗。因此，对其各阶段的工作都要精心设计和实施。为了保障观测成果的可靠性和满足用户的要求，GPS测量作业应遵守统一的规范和细则。GPS网的技术设计是GPS测量工作实施的第一步，是一项基础性工作。这项工作应根据网的用途和用户的要求来进行，其主要内容包括精度指标的确定，网的图形设计和网的基准设计。20、什么叫GPS网的荟准设计?GPS网的谷准包括哪些?.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案答:GPS测量获得的是GPS基线向量，它属于WGS-84坐标系的三维坐标差，而实际我们需要的是国家坐标系或地方独立坐标系的坐标。所以在GPS网的技术设计时，必须明确GPS成果所采用的坐标系统和起算数据，即明确GPS网所采用的基准。我们将这项工作称之为GPS网的基准设计。GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。方位基准一般以给定的起算方位角值确定，也可以由GPS基线向量的方位作为方位基准。尺度基准一般由地面的电磁波测距确定，也可由两个以上的起算点间的距离确定，同时也可由GPS基线向量的距离确定。GPS网的位置基准，一般都是由给定的起算点坐标确定。因此，GPS网的基准设计，实质上主要是指确定网的位置基准问题。21,GPS网图形设计的一般原则是什么?答:GPS网的图形设计，也就是根据对所布设的GPS网的精度要求和其他方面的要求，设计出由独立GPS边构成的多边形网(或称为环形网)。GPS网的图形设计主要取决于用户的要求、经费、时间、人力以及所投入接收机的类型、数量和后勤保障条件等。GPS网图形设计的一般原则是:1)GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。2)GPS网点应尽量与原有地面控制网点相重合。重合点一般不应少于3个(不足时应联测)且在网中应分布均匀，以便可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。3)GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点一般应根据要求以水准测量方法(或相当精度的方法)进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点，以便为大地水准面的研究提供资料。4)为了便于观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和容易到达的地方。5)为了便于用经典方法联测或扩展，可在网点时近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离，一般应大于300m22、在GPS外业观测工作中，操作人员应注意哪些事项?答:在GPS外业观测工作中，操作人员应注意以下问题:1)当确认外接电源电缆及天线等各项联结完全无误后，方可接通电源，启动接收机。2)开机后接收机的有关指示和仪表数据显示正常时，方能进行自测试和输入有关测站和时段控制信息。3)接收机在开始记录数据后，用户应注意查着有关接收卫星数量、卫星号、相位.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质记录等情况。4)在观测过程中，接收机不得关闭并重新启动;不准改变卫星高度角的限值，不准改变天线高。5)每一观测时段中，气象资料一般应在时段始末及中间各观测记录一次，当时段较长时(如超过60分)应适当增加观测次数。6)观测站的全部预定作业项目，经检查均已按规定完成，且记录与资料均完整无误后方可迁站。23、在GPS外业观测工作中，对于观测记录有何要求?答:在GPS外业观测工作中，对观测记录提出了以下要求:1)观测前和观测过程中应按要求及时填写各项内容，书写要认真细致，字迹清晰、工整、美观。2)各项观测记录一律使用铅笔，不得开刀和涂改，不得转抄和追记，如有读、记错误，可整齐划掉，将正确数据写在上面并注明原因。其中天线高，气象读数等原始记录不得连环涂改。3)手簿整饰，存储介质注记和各种计算一律使用蓝黑墨水书写。4)外业观测中接收机内存储介质上的数据文件应及时拷贝成一式两份，并在外存储介质外面适当处制贴标签，注明网区名、点名、点号、观测单元号、时段号、文件名、采集日期、测量手薄编号等。两份存储介质应分别保存在专人保管的防水、防静电的资料箱内。5)接收机内存数据文件卸到外存介质上时，不得进行任何剔除、删改和编辑。6)测量手簿应事先连续编印页码并装订成册，不得缺陨。7)其他记录，亦应分别装订成册。24、在GPS测It中，对于三角形网、环形网和星形网各有何优缺点?适用于何种情况?(配合圈形解释)答:GPS网图形的基本形式主要有三角形网、环形网和星形网，各有优缺点及适用条件。1)三角形网GPS网中的三角形由同步的独立观测边组成。这种图形的几何结构强，具有良好的自检能力，能够有效的发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性。同时经平差后网中相邻点间基线向量的精度分布均匀。这种网形的主要缺点是观测工作量较大，尤其当接收机的数量较少时，将使观测工作的总.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案时间大为延长。通常只有当网的可靠性和精度要求较高时，才单独采用这种图形。2)环形网由若干含有多条独立观测边的闭合环所组成的网，称为环形网。这种网形与经典大地测量中的导线网相似，其图形的结构强度比三角网为差。网的自检能力和可靠性与闭合环中所含基线边的数量有关，因此，一般根据网的不同精度要求，规定闭合环中包含的基线边不超过一定的数量。例如，对于一、二、三等网，基线边数分别不超过4,5,6条。环形网的优点是观测工作量较小，且具有较好的自检性和可靠性。其缺点主要是非直接观测的基线边(或间接边)精度较直接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀。三角形网和环形网是大地测量和精密工程测量中普通采用的两种基本图形。通常，根据情况往往采用上述两种图形的混合网形。3)星形网星形网的几何图形简单，但其直接观测边之间不构成任何闭合图形，所以其检验与发现粗差的能力差。这种网形的主要优点，是观测中只需要两台GPS接收机，作业简单。因此在快速静态定位和准动态定位等快速作业模式中，均采用这种网形。它广泛地应用于工程测量、边界测量、地籍测量和碎部测量等。25,GPS测量任务完成后，上交资料的内容一般应包括.些?答:GPS测量任务完成后，各项技术资料均应仔细加以整理，用户使用。上交资料的内容一般应包括:1)测量任务书与技术设计;2)GPS网展点图;3)观测站的点之记，环视图:4)卫星可见性图，预报表及观测计划;5)外业观测记录，测量手薄及其它记录(如归心元素):6)接收设备及气象仪器等的检验资料;.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案7)外业观测数据则质量评价和外业检核资料;8)数据处理资料和成果表;9)技术总结与成果验收报告。并经验收后上交，以提供给28,GPS网的图形布设通常有嘟几种基本连接方式?各有何优缺点?适用于什么情况?答:根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接四种基本方式。点连式是指相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接。以这种方式布点所构成的图形几何强度很弱，没有或极少有非同步图形闭合条件，一般不单独使用。边连式是指同步图形之间由一条公共基线连接。这种布网方案，网的几何强度较高有较多的复测边和非同步图形闭合条件。在相同的仪器台数条件下，观测时段数将比点连式大大增加。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。显然，这种密集的布图方法，它的几何强度和可靠性指标是相当高的，但花费的经费和时间较多，一般仅适于较高精度的控制测量。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，既能保证网的几何强度，提高网的可靠指标，又能减少外业工作量，降低成本，是一种较为理想的布网方法。29、与OORS系统相比，传统的RTK测量技术有.些局限性?答:1)测量范围的局限由于差分技术的前提是作差分的两站的卫星信号传播路径相同或类似，这样，两站的共同误差大部分可以消除，要达到1-2厘米级实时(单历元求解)定位的要求，用户站和参考站的距离需小于10KM，当距离大于50KM以上，误差的相关性大大减少，以致差分之后残差很大，求解精度降低，一般只能达到分米级基线精度。2)通信数据链作用距离的局限传统RTK系统的数据传输多采用UHF和VHF电台播发RTCM差分信号，由于电台信号的衍射性能差，而且都是站间准直线传播，这要求站间的天线必须“准直线通视”，所在复杂环境下RTK作业很不方便，经常出现能收到卫星信号，但收不到电台信号的现象。.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案3)模糊度求解的局限当流动站与参考站距离较近(如参考站10KM范围内)，上述系统误差强相关假设成立，常规RTK利用几个甚至一个历元观测资料就可以获得厘米级定位精度。但是，随着流动站与参考站间距离增大(如50KM范围内)，系统误差相关性减弱，双差观测值中的系统误差残差迅速增大，导致难以正确确定整周模糊度，定位精度讯速下降，约为分米级。在这种情况下，使用常规RTK技术将无法得到更高精度的定位结果。4)基准站移动频繁测量过程中，需要不断设置和更换基准站。在建立基准站时，由于操作和外界环境的原因含有潜在的粗差。对于精度要求较高的测量，这种粗差对最终结果的精度影响也不可忽视。经常需要搬动基准站，将导至生产效率和设备安全性不高，同时，为基准站持续供电一直是一个外业测量难以很好解决的问题。六、计算题1、某一城市D级GPS控制网，由33个GPS点组成，准备采用5台接收机进行观测，每点观测2个时段，试完成下述内容：1）该GPS网总的观测时段数；2）一个时段的同步基线数和独立基线数；3）该GPS网总基线数、必要基线数、独立基线数、多余基线数。4）该GPS网的平均多余观测分量是多少？表1GPS网观测计划与成果表时段号起点至点ΔX(m)ΔY(m)ΔZ(m)1D003D0171749.0363983.0307-310.1287*D016D017-974.6340-1945.88162027.9065*D003D0162723.66942928.9144-2338.03682D016D040-2006.5299-1737.21811024.3812D003D0162723.66682928.9230-2338.0450*D003D040717.13871191.6980-1313.67243D003D040717.14231191.6980-1313.6695D003D0171749.0340983.0359-310.1284*D040D0171031.8912-208.66381003.54162、GPS网中有一条重复基线向量，其观测值分别为8570.274m,8570.280m,8570.282m，8570.284m和8570.278m。若接收机的标称精度为5mm±1ppm，通过计算说明该基线向量的观测值是否合格？3、图1为某一小型GPS控制网，采用三台标称精度为5mm+5×Dppm的接收机观测三个时段，观测计划和基线解算结果见表1。试通过计算完成下述工作（要有必要的计算公式）：1）该GPS网总基线数、必要基线数、独立基线数、多余基线数。.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编 《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案图1GPS网略图D040D003D017D0162）重复边D016-D003是否合格；3）第二时段的同步环是否合格；4）由表1中以“*”表示的四条边组成的闭合环是同步环还是异步环？4、GPS某一网中有四边异步环，按顺序各边基线向量坐标分别为（-974.6340,-1945.8816,2027.9065）,（2723.6694,2928.9144,-2338.0368）,（-717.1387,-1191.6980,1313.6724）和（-1031.8912,208.6638,-1003.5456）。若接收机的标称精度为5mm±1ppm，通过计算（给出必要公式）说明该异步环是否合格？（坐标单位：m）5、图2是一设计的小型GPS控制网。当采用R1～R4四台GPS接收机进行观测：图2GPS网略图1）试做出接收机的调度方案。2）一个时段的总基线数和独立基线数为多少？3）该GPS网总基线数、必要基线数、独立基线数、多余基线数、D03～D04边的重复基线数各是多少？4）该GPS网的平均多余观测分量是多少？.２８.安徽理工大学测绘工程教研室余学祥吕伟才编'