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GPS复习题

第3章GPS测量的误差来源及其影响

1、简述GPS测量主要误差的分类

2、简述GPS测量各类误差的影响特性

3、不同的高度角的对流层折射对结果的影响

4.什么叫电离层电离层对GPS测量有什么影响为什么用双频接收机可以消除电离层的影响5.双差模型的优缺点

6.站际差主要消除那些误差

7.星际差主要消除那些误差

8.历元差主要消除那些误差

第4章 GPS卫星定位基本原理

1、概念:伪距整周模糊度整周计数周跳静态绝对定位静态相对定位

2、简述GPS卫星定位的基本原理

3、简述伪距法定位的原理及方法

4、简述载波相位测量定位的原理及方法

5、简述周跳探测的原理及方法

6、简述整周模糊度的确定方法

7、简述各种观测值的各种线性组合及其特性

8.如何判断整周未知数的最后取值是否可靠怎样才可能获得精确的整周未知数的最后取值9.不同频率组合的特点和组合的意义

10.GDOP、ratio、rms是什么含义

天球坐标系是利用基本星历表的数据把基本坐标系固定在天球上,星历表中列出一定数量的恒星在某历元的天体赤道坐标值,以及由于岁差和自转共同影响而产生的坐标变化。常用的天球坐标系:天球赤道坐标系、天球地平坐标系和天文坐标系。

在天球坐标系中,天体的空间位置可用天球空间直角坐标系或天球球面坐标系两种方式

来描述。

1. 天球空间直角坐标系的定义

地球质心O为坐标原点,Z轴指向天球北极,X轴指向春分点,Y轴垂直于XOZ平面,

与X轴和Z轴构成右手坐标系。则在此坐标系下,空间点的位置由坐标(X,Y,Z)来描述。

2.天球球面坐标系的定义

地球质心O为坐标原点,春分点轴与天轴所在平面为天球经度(赤经)测量基准——基准子午面,赤道为天球纬度测量基准而建立球面坐标。空间点的位置在天球坐标系下的表述为(r,α,δ)。

2.1.2地球坐标系

地球坐标系有两种几何表达方式,即地球直角坐标系和地球大地坐标系。

1.地球直角坐标系的定义

地球直角坐标系的定义是:原点O与地球质心重合,Z轴指向地球北极,X轴指向地球赤道面与格林尼治子午圈的交点,Y轴在赤道平面里与XOZ构成右手坐标系。

2.地球大地坐标系的定义

地球大地坐标系的定义是: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重合。空间点位置在该坐标系中表述为(L,B,H)。

WGS-84的定义:

WGS-84是修正NSWC9Z-2参考系的原点和尺度变化,并旋转其参考子午面与BIH定义的零度子午面一致而得到的一个新参考系,WGS-84坐标系的原点在地球质心,Z轴指向定义的协定地球极(CTP)方向,X轴指向的零度子午面和CTP赤道的交点,Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。它是一个地固坐标系。

新1954年北京大地坐标系

新1954年北京大地坐标系是将1980年国家大地坐标系下的全国天文大地网整体平差成果,以克拉索夫斯基椭球体面为参考面,通过坐标转换整体换算至1954年北京坐标系下而形成的大地坐标系统

7.格林尼治标准时(GMT)

格林尼治标准时间(Greenwich Mean Time,GMT)是指位于伦敦郊区的皇家格林尼治天文台的标准时间,因为本初子午线被定义在通过那里的经线。理论上来说,格林尼治标准时间的正午是指当太阳横穿格林尼治子午线时的时间。由于地球在它的椭圆轨道里的运动速度不均匀,这个时刻可能和实际的太阳时相差16分钟。地球每天的自转是有些不规则的,而且正在缓慢减速。所以,格林尼治时间已经不再被作为标准时间使用。现在的标准时间——协调世界时(UTC)——由原子钟提供。自1924年2月5日开始,格林尼治天文台每隔

一小时会向全世界发放调时信息。而UTC是基于标准的GMT提供的准确时间

2.1.4卫星测量中常用坐标系

1.瞬时极天球坐标系与地球坐标系

瞬时极天球坐标系:原点位于地球质心,z轴指向瞬时地球自转方向(真天极),x轴指向瞬时春分点(真春分点),y轴按构成右手坐标系取向。

瞬时极地球

坐标系:原点位于

地球质心,z轴指

向瞬时地球自转

轴方向,x轴指向

瞬时赤道面和包

含瞬时地球自转

轴与平均天文台

赤道参考点的子

午面之交点,y轴

构成右手坐标系

取向。

瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的关系如图2-4所示。

2.固定极天球坐标系——平天球坐标系

由于瞬时极天球坐标系的坐标轴指向不断变化,对研究卫星的运动很不方便,需要建立一个三轴指向不变的天球坐标系——平天球坐标系。即选择某一历元时刻,以此瞬间的地球自转轴和春分点方向分别扣除此瞬间的章动值作为z轴和x轴指向,y轴按构成右手坐标系取向,坐标系原点与真天球坐标系相同。瞬时极天球坐标系与历元平天球坐标系之间的坐标变换通过下面两次变换来实现。

(1)岁差旋转变换

ZM(t0)表示历元年平天球坐标系z轴指向,ZM(t)表示所论历元时刻t真天球坐标系z 轴指向。由于岁差导致地球自转轴的运动使二坐标系z轴产生夹角θA;同理,因岁差导致春分点的运动使二坐标系的x轴XM(t0)与XM(t)产生夹角ζA,Z A。通过旋转变换得到这样两个坐标系间的变换式为:

GPS复习题

()()

()()()(211)

z A y A z A

M t M t

x x

y R Z R R y

z z

θξ

????

????

=---????

????

????

式中:ζA,θA,Z A为岁差参数。

(2)章动旋转变换

类似地有章动旋转变换式:

()()

()()()(212)

x z x

c t M t

x x

y R R R y

z z

εεψε

????

????

=--?-?-????

????

????

式中:ε为所论历元的平黄赤交角,⊿ψ,⊿ε分别为黄经章动和交角章动参数。

3. 固定极地球坐标系——平地球坐标系

(1)极移:地球瞬时自转轴在地球上随时间而变,称为地极移动,简称极移。

(2)瞬时极:与观测瞬间相对应的自转轴所处的位置,称为该瞬时的地球极轴,相应

的极点称为瞬时极。依瞬时地球自转轴定向的坐标系称为瞬时极地球坐标系。

(3)国际协定原点CIO:采用国际上5个纬度服务站的资料,以至年地球自转轴瞬时

位置的平均位置作为地球的固定极称为国际协定原点CIO。平地球坐标系的z轴指向CIO。

图2-5为瞬时极与平极关系

(4)平地球坐标系:取平地极为坐标原点,z轴指向CIO,x轴指向协定赤道面与格林

尼治子午线的交点,y轴在协定赤道面里,与xoz构成右手系统而成的坐标系统称为平地球

坐标系。

平地球坐标系与瞬时地球坐标系的转换公式:

()()(213)

y p x p

em et

x x

y R x R y y

z z

????

????

''''

=--

????

????

????

下标em表示平地球坐标系,et表示t 时的瞬时地球坐标系,为t时刻以角度

p

p

y

x''

'',

表示的极移值。

2.4.1 恒星时ST

定义:以春分点为参考点,由它的周日视运动所确定的时间称为恒星时。

计量时间单位:恒星日、恒星小时、恒星分、恒星秒;

一个恒星日=24个恒星小时=1440个恒星分=86400个恒星秒分类:真恒星时和平恒星时。

2.4.2 平太阳时MT

定义:以平太阳作为参考点,由它的周日视运动所确定的时间称为平太阳时。

计量时间单位:平太阳日、平太阳小时、平太阳分、平太阳秒;

一个平太阳日=24个平太阳小时=1440平太阳分=86400个平太阳秒

平太阳时与日常生活中使用的时间系统是一致的,通常钟表所指示的时刻正是平太阳时。

2.4.3 世界时UT

定义:以平子午夜为零时起算的格林尼治平太阳时定义为世界时UT。

2.4.4 原子时IAT

原子时是以物质内部原子运动的特征为基础建立的时间系统。

原子时的尺度标准:国际制秒(SI)。

原子时的原点由下式确定:AT=(s)

2.4.5 协调世界时UTC

为了兼顾对世界时时刻和原子时秒长两者的需要建立了一种折衷的时间系统,称为协调世界时UTC。根据国际规定,协调世界时UTC的秒长与原子时秒长一致,在时刻上则要求尽可量与世界时接近。

协调时与国际原子时之间的关系,如下式所示:

IAT=UTC+1s×n (n 为调整参数)

2.4.6 GPS时间系统GPST

GPST属于原子时系统,它的秒长即为原子时秒长,GPST的原点与国

际原子时IAT相差19s。有关系式:

IAT-GPST=19(s)

GPS时间系统与各种时间系统的关系见图2-6所示:

GPS复习题

仅考虑地球质心引力作用的卫星运动称为无摄运动, 最佳答案无摄运动可由一组经过选择的具有鲜明几何意义的轨道参数来描述,

如果地球是一个密度均匀的正球体,又没有大气阻力和其他天体的摄动,人造地球卫星的运动就是简单的椭圆运动。然而,实际上它的运动受到许多摄动因素的影响,这是现代天体力学的一个重要的研究课题。

摄动因素影响人造卫星运动的主要摄动因素有:①地球非球形摄动(即地球形状摄动);

②大气阻力摄动;③太阳光压摄动;④日、月引力摄动等。

广播星历是定位卫星发播的无线电信号上载有预报一定时间内卫星根数的电文信息.精密星历是由若干卫星跟踪站的观测数据,经事后处理算得的供卫星精密定位等使用的卫星轨道信息

为了研究工作和实际应用的方便,通常把作用于卫星上的各种力按其影响的大小分为两类:一类是假设地球为均质球体的引力(质量集中于球体的中心),称为中心力,决定着卫星运动的基本规律和特征,由此决定的卫星轨道,可视为理想轨道,是分析卫星实际轨道的基础。另一类是摄动力或非中心力,包括地球非球形对称的作用力、日月引力、大气阻力、光辐射压力以及地球潮汐力等。摄动力使卫星的运动产生一些小的附加变化而偏离理想轨道,同时偏离量的大小也随时间而改变。

在摄动力的作用下的卫星运动称为受摄运动,相应的卫星轨道称为受摄轨道

卫星轨道参数

GPS复习题

长半径a

偏心率e

这两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。

升交点赤经Ω:即地球赤道面上升交点与春分点之间的地心夹角。

轨道倾角I:即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。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ω:即在轨道平面上,升交点与近地点之间的地心夹角,表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。

卫星过近地点的时刻t0:确定卫星在轨道上的瞬时位置。(该参数可用f代替。f为卫星的真近点角)

f为卫星的真近点角:即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。该参数为时间的函数,确定卫星在轨道上的瞬时位置。