gps原理及其应用习题

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1、GPS原理及其应用习题 GPS原理及其应用习题集 一、计算题 1、公开题（必考题）：如何产生码长Nu=31的m码和金（gold）码（参见）？ 2、公开题（备选考题）：画图并用文字说明开普勒轨道6个参数（根数），并从6个根数出发，给出在卫星惯性坐标系（其中x轴指向平春分点，z轴指向平北极）中卫星三个坐标的计算公式参见）。 3、公开题（备选考题）：给出可接收到五个和五个以上卫星信号时的定位算法，其中包括列出超定非线性方程和（泰勒一阶近似）线性化后的超定线性方程组与矩阵形式以及求解超定线性方程（参见第98-106）。 4、公开题（备选考题）：写出卡尔曼滤波的三对更新方程和卡尔曼增益矩阵的计算公式（参

2、见提供的word文件）。 5、公开题（备选考题）：用拉氏变换方法推导锁相环的系统函数，并简要分析锁相环稳态特性（参见）。 6、公开题（备选考题）：写出码环中相干积累（匹配滤波）的定量描述（参见ppt）。 7、公开题（备选考题）：画出典型的码环框图，并解释使用超前、即时和滞后复制C/A码的作用（参见）。 8、公开题（备选考题）：画出典型的接收机完整跟踪环路，并指出跟踪环路主要发生哪两种失锁（参见）。 9、公开题（备选考题）：简述多径效应和干扰的对GPS系统的影响（参见第87-89和333-444页）。 二、名词解释 子午卫星系统的缺点是什么？ 该系统卫星数目少，运行高度低，从地面站观测到卫星的时

3、间间隔长，因而不能进行三维连续导航。加之获得一次导航所需要的时间较长，所以难以充分满足军事导航的要求，从大地测量的角度来看，由于它的定位速度慢，精度较低，因此，该系统在大地测量学和动力学研究方面受到了极大限制。 GPS的基本组成大的方面有哪些？ 卫星星座，地面控制与监控站，用户设备3个部分 什么是标准定位服务？ 提供C/A码（又称粗码） 民用G定位服务 信号接收机主要组成： 主要由接收机硬件、数据处理软件以及微处理机及其终端设备组成（硬件包括主机、天线、电源。软件部分主要是对数据处理的软件） 子午卫星系统与定位原理有何区别？ 子午卫星系统是根据多普勒效应原理进行接收定位的，而定位则是以后方交汇

4、原理进行测量。 名词解释： 天球：是指以地球质心为中心、以无穷大为半径的一个假象球体。 赤经：含天轴和春分点的天球子午面与过空间点的天球子午面之间的夹角。 赤纬：为原点至空间点与天球赤道面之间的夹角。 黄道：地球绕太阳公转的轨道面与天球相交的平面称为黄道面，相交的大圆称为黄道。 春分点：黄道与天球赤道有两个交点，其中太阳的视位置由南向北通过赤道的交点为春分点。 岁差：地球在太阳、月亮的万有引力和其他天体引力对地球隆起的部分的作用，地球自转轴方向不再保持不变，这使得春分点在黄道上产生缓慢的西移现象，这种现象称为岁差。 章动：由于月球轨道和月地距离不断变化,地球自转轴所产生的一系列短周期变化被统称

5、为章动 极移：由于地球内部质量不均匀的影响，地球自转轴相对于地球体位置随时间 而变化的现象 世界时：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时。 原子时：原子时秒长：位于海平面上的Cs133原子基态有2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1原子时秒。 协调世界时：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中的时间系统。 儒略日：是从公元前4713年儒略历1月1日格林尼治平正午起算的连续天数。 简述协议地球坐标系的定义 地球坐标系是以地球质心为坐标原点，其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，轴垂直于平面构成的右手坐标系。 以协议

6、地极为基准 点的地球坐标系，称为协议地球坐标系。 赤纬与大地纬度有何区别 赤纬为原点至空间点的连线与天球赤道面之间的夹角 大地纬度为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角 赤经与大地经度有何区别 赤经为含天轴和春分点的天球子午面与过空间点的天球子午面之间的夹角 大地经度为过地面点的椭球子午面与格林尼治平子午面之间的夹角。 什么是参心坐标系 先定义一个参考椭球，即选取一个参考椭球面作为基本参考面，选一参考点作为大地测量的起算点，并利用大地原点的天文观测量确定参考椭球在地球内部 的位置和方位。这种原点位于地球质心附近的坐标系，称为地球参心坐标系，简称参心坐标。 什么是GPS定位测量采用的时间系统？它

7、与协调世界时UTC有什么区别？ GPS定位中，采用专门为GPS建立的时间系统，该系统可简写为GPST，由GPS主控站的原子钟控制。 规定GPST与协调世界时的时刻于1980年1月6日0时相一致，其后随时间的积累，两者之间的差别将表现为秒的整数倍。 简述卫星大地测量的发展历史，并指出其各个发展阶段的特点。试说明全球定位系统的组成。 卫星大地测量最初阶段人造地球卫星仅仅作为一种空间观测目标，由地面上的2个测站对卫星瞬间位置进行同步摄影观测，形成三角网，从而确定地面点位置，此方法称为卫星三角测量。其特点是虽能实施大陆与海岛的联测定位，但难以实现远距离联测定位问题，定位精度不高。 更高级的阶段是子午卫

8、星系统的问世，它的问世是对导航定位技术的发展具有划时代的意义，其原理是多普勒效应原理。但仍还有很大的局限性，该系统在大地测量学和地球动力学研究方面受到了极大的限制。随后的就是现在的GPS系统。GPS系统包括卫星星座，地面控制与监控站，用户设备3个部分。 世是测绘技术发展史上的一场革命？ 1、测站间无需通视。2、定位精度高。3、观测时间短。4、提供三维坐标。5、仪器轻便、自动化程度高。6、全天候作业。因此，GPS定位技术的发展是对经典测量技术的一次重大突破。 简述、与三种卫星导航定位系统工作卫 星的主要参数。 GPS卫星颗数21 3，轨道倾角55，平均高度20183KM，运行周期11h58min

9、， GLON 21 3 65 19100 11h15min NAVS 12 6 63.45 20178 11h58min 简述（历元）平天球坐标系、（观测）平天球坐标系以及瞬时极（真）天球坐标系之间差别。 （历元）平天球坐标系是以某时刻作为标准历元，或交协议天球坐标系。（观测）平天球坐标系是观测时刻的天球坐标系，（观测）平天球坐标系转换成（历元）平天球坐标系需要岁 差旋转。而瞬时极（真）天球坐标系与（观测）平天球坐标系之间的区别是前者是后者章动旋转转换而来。 怎样进行岁差旋转与章动旋转？它们有什么作用？ 由于卫星和地面点分别属于不同的坐标系，要实现GPS卫星定位的目的，必须将卫星的天球坐标系统

10、转化为地球坐标系。而如何旋转则是通过两个旋转矩阵， 一个是章动旋转矩阵，一个是岁差旋转矩阵。 只有通过岁差、章动旋转才能将协议天球坐标系转换成瞬时天球 坐标系，这样才能转换成地球坐标系。 为什么要进行极移旋转？怎么进行极移旋转？ 想要将天球坐标系转换成地球坐标系必须进行章 动旋转、岁差旋转、极移旋转。这样才能确定地 球表面的位置。 首先进行X轴上的旋转，使X轴与协议地球坐标的X轴旋转，再进行Z轴上的旋转使Z轴重合，再进行X轴旋转，使三个坐标轴重合。 试写出大地坐标到地心空间直角坐标系的转换过程。 大地坐标与空间直角坐标系它们的原点位置与坐标轴的指向一般都不相同。存在一个旋转矩阵，R=R3（z）

11、R2(y)R1(x),这些旋转矩阵分别是Z轴，Y轴，X轴上的旋转矩阵。 而旋转循序则按它们的下标顺序旋转。 简述恒星时、真太阳时与平太阳时的定义。 恒星时是以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所定义的时间。 以真太阳为参考建立起来的时间系统称为真太阳时。 一个平太阳以真太阳周年运动的平均速度在天球赤道上作周年运动，以平太阳为参考点，由平太阳的周日视运动所定义的时间系统为平太阳时系统。 在GPS定位测量，具有重要意义的时间系统主要有哪三种？ 恒星时、原子时和力学时。 试描述GPS卫星正常轨道运动的开普勒三大定律。 第一定律：卫星运动的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球的质心重合。 第二定

12、律：卫星的地心向径，即地球质心与卫星质心见的距离向量，在相同的时间内所扫过的面积相等。 第三定律：卫星运行周期的平方，与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量，而该常量等于地球引力的常数GM的倒数。 a：椭圆轨道的长半径 e：椭圆轨道的偏心率 i：椭圆轨道平面的倾角（轨道平面与地球赤道面的夹角） ：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家教。 ：椭圆轨道近地点角距,即在轨道平面，升交点与近地点之间的地心夹角。 f ：卫星的真近点角(与时间T有关)，卫星与近地点之间的地心角距。 简述地球人造卫星轨道运动所受到的各种摄动力。 1、地球体的非球形及质量分布不均匀而引起的作用力，即地球的非中

13、心引力。 2、太阳的引力和月球引力。 3、太阳的直接与间接辐射压力。 4、地球潮汐的作用力。 5、磁力等 地球引力场摄动力对卫星的轨道运动有什么影响？ 1、引起轨道平面在空间的旋转，这一影响，使升交点沿地球赤道产生缓慢的推动，进而使升交点的赤经，产生周期性的变化。 2、引起近地点在轨道面内旋转。引起卫星轨道近地点角距的缓慢变化。 3、引起平近点角的变化。 日、月引力对卫星的轨道运动有什么影响？ 由于日月引力加速度引起的卫星轨道摄动，主要是长周期的。对GPS卫星产生的摄动加速度约为0.000005，将可能使GPS卫星在3h的弧段上产生50150m的位置偏差。 简述太阳光压产生的摄动力加速度，并说

14、明它对卫星轨道运动有何影响？ 太阳辐射压对球星GPS卫星所产生的摄动加速度，既与卫星、太阳和地球之间的相对位置有关，也与卫星表面的反射特性、卫星的截面积和质量比有关。 太阳光压对GPS卫星产生的摄动加速度约为10的7次方的量级，将使卫星轨道在3h的弧段上产生510m的偏差。 综述考虑摄动力影响的GPS卫星轨道参数。 地球引力场摄动力影响的有升交点的赤经，近地点的角距，平近点角的变化。由于日月引力加速度引起的卫星轨道摄动，主要是长周期的。对GPS卫星产生的摄动加速度约为0.000005，将可能使GPS卫星在3h的弧段上产生50150m的位置偏差。太阳光压对GPS卫星产生的摄动加速度约为10的7次方的量级，将使卫星轨道在3h的弧段上产生510m的偏差。 其他的摄动力的影响不明显，或者是以上摄动力的间接影响。 试写出计算GPS卫星瞬时位置的步骤 1、计算卫星运行的平均角速度 2、计算t时刻卫星的平近点角 3、计算偏近点角 4、计算真近点角 5、计算升交距角 6、计算卫星向径 7、计算摄动改正项 8、计算卫星在轨道平面坐标系中的位置 9、计算在地球坐标系中卫星的位置 GPS信号名