GPS已解锁-答案

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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