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1、长 安 大 学 - 学年第 学期期终考试试题( A)卷答案及评分标准 学生姓名 班级 学号 课程名称 GPS 原理与应用 考试日期 共 4 题一、填空题(每空 1 分,共 23 分;用英文字母缩写填写答案也算正确) 1、一般来说 ,空间大地测量包括(甚长基线干涉测量,或 VLBI) 、 (激 光测月,或 LLR)和( 卫星大地测量)三种技术。 2、 GPS 系统的三大组成部分分别是: (空间部分,或 GPS 卫 星星座) 、 ( 地面监控部分)和(用户接收设备部分,或 GPS 接收机) 。 3、 二体问题 意义下, 人 造地球卫星运动的六个正常轨道参数分别是: ( , 轨道平面 倾角) 、 (
2、, 升 交点赤经) 、 ( ,轨道 椭圆 长半径) 、 ( e,轨道 椭圆 离心率) 、 ( ,近 升角 距)和 ( ,卫星 通过 近地点的时刻) 。 ia4、 GPS 卫星信号包括(测距码) 、 (导航电文或 D 码)和(载波)三种。 5、 GPS 卫星的星历一般分为两种, 它们分别是 (预报星历, 或广播星历) 和 (后处理星历, 或精密星历) 。 6、从误差来 源分析, GPS 测量误差大体上可分为以下三类: (与 GPS 卫 星有关的误差) 、 (与 GPS 卫 星信号传播有关的误差)和(与 GPS 信号接收机有关的误差) 。 7、大地测量中常用的三种高程系统分别是: (正高系统) 、
3、 (正常高系统)和(大地高系统) 。 二、选择题(每题 3 分,共 15 分;多选、少选或错选均不能得分) 1、 ABC; 2、 C; 3、 BC; 4、 ABCD; 5、 ABC。 三、名词解释(每题 2 分,共 12 分;表述出各名词的主要内容即可得分) 1、章动: 是 指真北天极 绕平北天极 所作的顺时 针椭圆运动 。椭圆形轨 迹的长半径 约 9.2, 短半径 约6.9。章动周期为 18.6a,与岁差相比是一种短周期运动。 2、 协 调 世界时 : 由于地球自转速度长期变慢的趋势, 近几十年来, 世界时每年比原子时约慢 1s,两 者之差逐年积累。为了避免发播的原子时与世界时之间产生过大的
4、偏差,所以,从 1972 年起便采 用了一种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。 3、异步图形(环) : 即由不同时段的基线向量首尾相接构成的闭合图形。 14、静态绝对定位: 是指在 GPS 接收机天线处于静止状态下,确定测站的三维地心坐标。 5、 周 跳 ( 整 周跳变) : 由 于仪器线路的瞬间故障、 卫星信号被障碍物暂时阻断、 载波锁相环路的短暂失锁等因素的影响,引起计数器在某一个时间无法连续
5、计数,这就是所谓的整周跳变现象(简称周跳)。 6、基线向 量 : 空间任意两点在协议地球参考系中的三维空间直角坐标差(X,Y,Z) ,因 其带 有方向性,故称之为基线向量。 四、简答题( 第6题1 0分,其余各题每题 8 分,共 50 分;表述清楚主要内容即可得分) 1、试写出 GPS 定位测量中测距码伪距测量的基本原理和观测方程。 (共 8 分) 答案要点: ( 1)测 距码 伪距测量 的 基本原理 是 ( 5 分 ) : 码 相关法伪距测量是通过调整自相关函数 R(t) 的值,测定测距码信号由卫星到达地面测站的传播时间实现的。 定义自相关函数: dttUttUTtRT)(*)(1)(0=
6、测距码传播时间; t )( tU 接收机复制的测距码信号; 卫星发射的测距码信号; )( ttU 复制延迟; T 测距码信号周期; 当卫星发射的测距码信号经过 秒传播时间后到达接收机时, 接收机立即产生出一个结构完全相同的复制码序列,并在时延器的控制下不断调整t ,直到 R( t) =1 为止 。这时即有: = ,信号传播时间 一旦 测定,只 要 乘以光速 c,即可获 得 卫星至测 站 的距离, 但 是由于其 中 包含卫星 钟 和 接 收机钟的不同步误差,因此称为伪距。 tt( 2) 测距码伪距测量的观测方程(3 分) : tropionjijijitcSS += *2、 试写 出静 态相对定
7、 位 中载波相 位 的双差 (先 测站之间 求 差 , 后卫星 之间求差) 观测值方 程 , 并说明该方程可以消除或削弱的误差类型。 (共 8 分) 答案要点: 答出(1)得 4 分;答出(2)得 4 分 。 ()12 12 12 12 12 12 12 12 0 12 012 12 12 12 12 0121*12 p qpq q p q p q ppq q p pq pqpqft t t Dt Dt fVtVt Nt NtcftttDtNtc= + = ( ) 以测站、卫星之间求双差为例,静态相 对定位中载波相位的双差观测值方程为:() () () () () () () ( ) ( )即
8、 : () () () () ( )( ) 于观测历元 ,测站( 、 )、卫星( 、 )间的双1212 012 01212122qpVt tNt qNt p差观测值;( )于观测历元 ,接收机 、 间的钟差之差;( )测站 、 在 卫星处求单差时的整周未知数之差;( )测站 、 在 卫星处求单差时的整周未知数之差;( ) 此方程可消除或削弱的误差类型:接收机钟差和卫星钟差已完全消除;大大削弱 了电离层和对流层折射误差;大大削弱了卫星星历误差, 在短距离内几乎可以完全消除。2 33、在载波相位观测量之间求差有何优缺点?(共 8 分) 答案要点: (1)优点(4 分) : (a)可以消除或削弱卫星
9、星历误差、卫星钟误差、接收机钟误差、对流层折射误差、电离层折射误差和整周未知数的影响,极大地提高定位精度; (b)可以消去多余未知参数,使求解简单易行。 (2)缺点(4 分) : (a)求差使观测方程数大大减少,使许多有效的观测数据不能得以利用,导致观测数据利用率低; (b)求差后得到的虚拟观测值之间产生相关性,随着求差次数的增加,其相关性也随着显著地的增强,从而导致解的精度和可靠性降低。 4、试简述载波相位差分 GPS 定位的基本思想。(共 8 分) 答案要点: 载波相位差分 GPS 定位与伪距差分 GPS 原理相类似,其基本思想是:在基准站上安置一台 GPS 接收机,对卫星进行连续观测,并
10、通过无线电传输设备实时地将观测数据及站坐标信息传送给用户站(4分) ;用户站一方面通过接收机接收 GPS 卫星信号,同时还通过无线电接收设备接收基准站传送的观测数据,然后根据相对定位原理,实时地进行数据处理,并实时地以厘米级的精度给出用户站的三维坐标(4 分) 。 5、试简述 GPS 网选点的一般原则。 (共 8 分) 答案要点: 在布设GPS控制网的选点工作中,一般应注意: (1)点位应紧扣测量目的布设。(2分) (2)应考虑便于其他测量手段联测和扩展,通常最好能与相邻一至二个点通视。 (1分) (3)点应选在交通方便、便于到达的地方,便于安置接收设备。视野开阔,视场内周围障碍物的高度角一般
11、应小于15。 (1分) (4)点位应远离大功率无线电发射源和高压输电线,以避免周围磁场对GPS信号的干扰。 (1分) (5)点位附近不应有对电磁波反射强烈的物体,以减弱多路径效应的影响。 (1分) (6)点位应选在地面基础坚固的地方,以便于保存。 (1分) (7)点位选定后,均应按规定绘制点之记。 (1分) 6、如何用布尔沙(Bursa)模型实现 WGS-84 坐标与 C80 国家坐标系坐标的转换?(共 10 分) 答案要点:(若用文字将两坐标系的转换过程叙述清楚,则写出一个布尔沙模型方程或变形后的布尔沙模型方程即可得分) GPS 定位成果属于 WGS-84 坐标系,而实用的测量成果是属于某一
12、国家坐标系或地方坐标系的,因此必须解决定位成果的坐标转换问题。 (2 分) (1)应用布尔沙(Bursa)模型,WGS-8 4 坐标系中的控制点经平移、旋转、缩放后可化算为 C80国家坐标系坐标,其数学模型如下: 848480010000100001+=WGSZYXWGSCZYXdmZYXXYZXZYYZXZYX(3 分) (2)同理, 应用上述模型,C80 国家 坐标系中的控制点经平移、旋转、缩放后也可化算为 WGS-84坐标系的坐标: 808084010000100001CZYXCWGSZYXdmZYXXYZXZYYZXZYX+=(3 分) 当已知七个 坐标转换参 数时,可由 上述布尔沙
13、(Bursa)模 型直接进行 不同坐标系 统间的三维 坐标转换。 反之, 若不知转换参数, 但已知若干点 (至少 3 个 点 ) 在两个坐标系中的坐标, 可利用公共点的坐标确定坐标系统间的转换参数。 (2 分) 4 1长 安 大 学 - 学年第 学期期终考试试题(B )卷答案及评分标准 学生姓名 班级 学号 课程名称 GPS 原理与应用 考试日期 共 4 题一、填空题(每空 1 分,共 22 分;用英文字母缩写填写答案也算正确) 1、 一般来说,卫星大地测量包括(卫星三角测量,或卫星摄影测量)、(全球卫星导航定位系统, 或 GNSS) 、(卫星激光测距,或 SLR) 、(卫星测高,或 SA)、
14、 (卫星跟踪卫星,或 SST)和(卫星梯度测量,或 SG)六种技术。 2、卫星定位测量技术发展的三个阶段分别是: (卫星三角测量)、(卫星多普勒定位测量)和(GPS 卫星定位测量)。 3、GPS 的地面监控系统按其功能可以分为: (主控站)、(注入站)和(监测站)三种。 4、GPS 信号接收机按其用途可以分为(导航)型、 (测量)型和(授时)型三种。 5、实时动态 GPS 测量系统(RTK GPS)构成主要包括三部分: (GPS 信号接收设备) 、(数据传输系统)和(软件系统)。 6、GPS 网的布设按网的构成形式分为: (星形)式、(点连)式、(边连)式和(网连)式四种形式。 二、选择题(每
15、题 3 分,共 15 分;多选、少选或错选均不能得分) 1、AB ; 2 、D ; 3 、ABC ; 4 、ABCD ; 5 、ABCDE 。 三、名词解释(每题 2 分,共 12 分;表述出各名词的主要内容即可得分) 1、岁差:就是指平北天极以北黄极为中心,以黄赤交角为半径的一种顺时针圆周运动。 2、卫星星历:是一系列描述卫星运动及其轨道的参数。 3、静态相对定位:用两台或两台以上接收机分别安置在各基线的两端点,其位置静止不动,同步观测相同的 4 颗或 4 颗以上 GPS 卫星,确定各基线两端点的相对位置,这种定位模式称为静态相对定位。 4、同步图形(环) : 同步观测时各 GPS 点间的基线向量首尾相接组成的闭合图形称为同步图形。 5、GPS 动态测量: 是利用 GPS 卫星定位系统实时地测得连续运动着的物体的运动状态参数。 6、局域差分 GPS: 在一个较大的区域布设多个基准站,以构成基准站网,其中常包含一个或数个监控站,位于该区域中的用户根据多个基准站