遥感原理与应用考试问答题

三、问答题（40分）
1.简述GPS网的布网原则（12分）
答：为了用户的利益，GPS网图形设计时应遵循以下原则：
（1）GPS网的布设应视其目的，作业时卫星状况，预期达到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照优化设计原则进行。
（2）GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如一个或若干个独立观测环，或者附合路线形式，以增加检核条件，提高网的可靠性。
（3）GPS网内点与点之间虽不要求通视，但应有利于按常规测量方法进行加密控制时应用。
（4）可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。
（5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程。
2．什么是相对论效应？（8分）
答：GPS卫星在高20200km的轨道上运行，卫星钟受狭义相对论效应和广义相对论效应的影响，其频率与地面静止钟相比，将发生频率偏移，这是精密定位中必须顾及的一种误差影响因素。
3. GPS技术设计中应考虑哪些因素？（10分）
答：技术设计主要是根据上级主管部门下达的测量任务书和GPS测量规范来进行的。它的总的原则是，在满足用户要求的情况下，尽可能减少物资、人力和时间的消耗。在工作过程中，要考虑下面一些因素：（1）测站因素；（2）卫星因素；（3）仪器因素；（4）后勤因素。
4.如何减弱多路径误差（10分）
答：多路径误差不仅与反射系数有关，也和反射物离测站的距离及卫星信号方向有关，无法建立准确的误差改正模型，只能恰当地选择站址，避开信号反射物。例如：（1）选设点位时应远离平静的水面，地面有草丛、农作物等植被时能较好吸收微波信号的能量，反射较弱，是较好的站址。（2）测站不宜选在山坡、山谷和盆地中。（3）测站附近不应有高层建筑物，观测时也不要在测站附近停放汽车。
5．在全球定位系统中为何要用测距码来测定伪距？
答：用测距码测距有下列优点：
(1) 易于将十分微弱的卫星信号从噪声的汪洋大海中提取出来；
(2) 可提高测距精度；
(3) 可用码分多址技术来区分、处理不同卫星的信号；
(4) 便于对整个系统进行控制和管理。

6．为什么说快速而准确地确定整周模糊度是载波相位测量中的关键问题？
答：(1) 精确的 Fr( ) 及修复周跳后的整周计数只有与正确的 N 配合使用才有意

义，N 出错将严重损害定位精度和可靠性。
(2) 在一般的 GPS 测量中，定位所需的时间即为确定模糊度所需的时间，快
速确定 N 对提高 GPS 定位速度，提高作

业效率具有重要作用。

7．什么叫多路径误差？在 GPS 测量中可采用哪些方法来消除或消弱多路径误
差？
答：经测站附近的反射物反射后的卫星信号若进入 GPS 接收机就将与直接进入
接收机的信号产生干涉，从而使观测值产生偏差，这就是所谓的多路径误差。解
决方法有
(1) 选择合适的站址，远离信号反射物；
(2) 选择合适的接收机（装抑径板、抑径圈，抑制反射信号等）；
(3) 适当延长观测时间；
8,什么是宽巷观测值？如何利用宽巷观测值？（4 分）
答：
宽巷观测值 ?wide lane 为两个不同频率的载波(L1,L2)相位观测值间的一种线性组合，即wide lane=?L1??L2 。其对应的频率为 fwide lane=fL1 ? fL2=347.82MHz ，对
应的波长为λwide-lane=86.19cm ，对应的整周模糊度为 N
wide lane= N
L1? NL2 。由于宽巷观测值的波长达 86cm，利用它可以很容易准确确定其整周模糊度，进而
准确确定N1和N2。
9、什么是伪距单点定位？说明用户在使用 GPS 接收机进行伪距单点定位时，
为何需要同时观测至少 4 颗 GPS 卫星？
答：
根据 GPS 卫星星历和一台 GPS 接收机的伪距测量观测值来直接独立确定用户
接收机天线在 WGS-84 坐标系中的绝对坐标的方法叫单点定位，也叫绝对定位。
由于进行伪距单点定位时，每颗卫星的伪距测量观测值中都包含有接收机钟差
这一误差，造成距离测量观测值很不准确。需要将接收机钟差作为一个未知数
加入到伪距单点定位的计算中，再加上坐标三个未知数，所以至少需要 4 个伪
距观测值，即需要同时观测至少 4 颗 GPS 卫星。
10.试述WGS—84坐标系的几何定义（8分）
答：坐标系的原点是地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。
11.如何减弱多路径误差（8分）
答：多路径误差不仅与反射系数有关，也和反射物离测站的距离及卫星信号方向有关，无法建立准确的误差改正模型，只能恰当地选择站址，避开信号反射物。例如：（1）选设点位时应远离平静的水面，地面有草丛、农作物等植被时能较好吸收微波信号的能量，反射较弱，是较好的站址。（2）测站不宜选在山坡、山谷和盆地中。（3）测站附近不应有高层建筑物，观测时也不要在测站附近停放汽车。
12.简述GPS网的布网原则（9分）
答：为了用户的利益，GPS网图形设计时应遵循以下原则：
（1）GPS网的布设应视其目的，作业时卫星状况，预期达到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照优化设计原则进行。
（2）GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如一个或若干个独立观测环，或

者附合路线形式，以增加检核条件，提高网的可靠性。
（3）GPS网内点与点之间虽不要求通视，但应有利于按常规测量方法进行加密控制时应用。
（4）可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。
（5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程。
13.试分别写出测距码伪距观测方程和载波相位伪距观测方程（标明各个符号的含义），并比较它们的异同。（10分）
伪距观测方程
drion：电离层延迟改正；
drtrop：对流层延迟改正。
载波相位伪距观测方程
：载波相位观测值（cycle）；：载波波长（m）
：站星距（m）；c ：真空中的光速（m/s）
：接收机钟差（s）； ：卫星钟差（s）
：对流层折射（m）； ：电离层折射（m）
：卫星星历误差（m）； ：整周模糊度 （cycle）；t ：观测历元时刻。
14. GPS技术设计中应考虑哪些因素？（10分）
答：技术设计主要是根据上级主管部门下达的测量任务书和GPS测量规范来进行的。它的总的原则是，在满足用户要求的情况下，尽可能减少物资、人力和时间的消耗。在工作过程中，要考虑下面一些因素：（1）测站因素；（2）卫星因素；（3）仪器因素；（4）后勤因素。
15.简述GPS网的布网原则（12分）
答：为了用户的利益，GPS网图形设计时应遵循以下原则：
（1）GPS网的布设应视其目的，作业时卫星状况，预期达到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照优化设计原则进行。
（2）GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如一个或若干个独立观测环，或者附合路线形式，以增加检核条件，提高网的可靠性。
（3）GPS网内点与点之间虽不要求通视，但应有利于按常规测量方法进行加密控制时应用。
（4）可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。
（5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程。
16．什么是相对论效应？（8分）
答：GPS卫星在高20200km的轨道上运行，卫星钟受狭义相对论效应和广义相对论效应的影响，其频率与地面静止钟相比，将发生频率偏移，这是精密定位中必须顾及的一种误差影响因素。1.简述GPS网的布网原则（12分）
答：为了用户的利益，GPS网图形设计时应遵循以下原则：
（1）GPS网的布设应视其目的，作业时卫星状况，预期达到的精度，成果的可靠性以及工作

效率，按照优化设计原则进行。
（2）GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如一个或若干个独立观测环，或者附合路线形式，以增加检核条件，提高网的可靠性。
（3）GPS网内点与点之间虽不要求通视，但应有利于按常规测量方法进行加密控制时应用。
（4）可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。
（5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程。
17．简述卫星大地测量的作用。（10分）
答：卫星大地测量的作用分为如下几方面：
（1）精确测定地面点地心（质心）坐标系内的坐标，从而能够将全球大地网连成整体，建成全球统一的大地测量坐标系统。
（2）精确测量地球的大小和形状、地球外部引力场、地极运动、大陆板块间的相对运动以及大地水准面的形状，为大地测量和其他科学技术服务。
（3）广泛地应用于空中和海上导航，地质矿产勘探及军事等方面。
18．简述GPS卫星的主要作用。（10分）
答：GPS卫星的主要作用有三方面：
（1）接收地面注入站发送的导航电文和其它信号；
（2）接收地面主控站的命令，修正其在轨运行偏差及启用备件等；
（3）连续地向广大用户发送GPS导航定位信号，并用电文的形式提供卫星自身的现势位置与其它在轨卫星的概略位置，以便用户接收使用。
19．如何重建载波？其方法和作用如何？（12分）
答：在GPS信号中由于已用相位调整的方法在载波上调制了测距码和导航电文，因而接收到的载波的相位已不在连续，所以在进行载波相位测量之前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取载波。重建载波一般可采用两种方法：一是码相关法，另一种是平方法。采用前者，用户可同时提取测距信号和卫星电文，但用户必须知道测距码的结构；采用后者，用户无须掌握测距码的结构，但只能获得载波信号而无法获得测距码和卫星电文。
20．GPS误差来源（12分）
答：1）与卫星有关的误差：卫星轨道误差，卫星钟差，相对论效应
2与传播途径有关的误差：电离层延迟，对流层延迟，多路径效应
3与接收设备有关的误差，接收机天线相位中心的偏差和变化，接收机钟差，接收机内部噪声
21．GPS的应用（16分）
参考答案：1）军事、国防 2）陆路交通（车辆导航、监控）、航运、航空3搜索、救援 4）气象观测 5）遥感 6）测量 7）卫星定轨 8资源勘探 9）通讯 10）广播、电视 11）电力 12）时间传递
四

、问答题（60分）
1．整周跳变（周跳）定义，原因以及特点。（10分）
1） 整周跳变
卫星信号失锁，使接收机的整周计数不正确，但不到一整周的相位观测值仍是正确的。这种现象称为周跳。
2） 周跳产生的原因
a.建筑物或树木等障碍物的遮挡
b.电离层电子活动剧烈
c.多路径效应的影响
d.卫星信噪比(SNR)太低
e.接收机的高动态
f.接收机内置软件的设计不周全
3） 周跳的特点
1．周跳只引起载波相位观测量的整周数发生跳跃，小数部分则是正确的。
2．周跳具有继承性，即从发生周跳的历元开始，以后所有历元的相位观测值都受到这个周跳的影响。
3．周跳发生非常频繁。
2．载波相位测量方程以及个参数代表的意思（12分）
：载波相位观测值（cycle）；：载波波长（m）
：站星距（m）；c ：真空中的光速（m/s）
：接收机钟差（s）； ：卫星钟差（s）
：对流层折射（m）； ：电离层折射（m）
：卫星星历误差（m）； ：整周模糊度 （cycle）；t ：观测历元时刻。
3. 简述确定整周未知数 的四种方法。(8分)
答：确定整周未知数的方法很多，这里择要介绍其中四种：（1）经典静态相对定位法；（2）“动态”测量法；（3）交换天线法；（4）快速确定整周未知数法。
4．如何减弱GPS接收机钟差。（10分）
答：①把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数，在数据处理中与观测站的位置参数一并求解。②认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的，像卫星钟那样，将接收机钟差表示为时间多项式，并在观测量的平差计算中求解多项式的系数。此法可大大减少未知数，其成功与否关键在与钟误差模型的有效程度。③通过在卫星间求一次差来消除接收机的钟差。
5．GPS基线向量网的设计原则（20分）
答：1）选点原则a.为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求测站上空应尽可能的开阔，在10°~15°高度角以上不能有成片的障碍物。
b.为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在测站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。c.为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层建筑、成片水域等。d.为便于观测作业和今后的应用，测站应选在交通便利，上点方便的地方。e.测站应选择在易于保存的地方。
2) 提高可靠性的原则:增加观测期数（增加独立基线数）。保证一定的重复设站次数。保证每点与三条以上的独立基线相连最小异步环边数不大于6。
3）提高精度的原则:网中距离较近的点一定要进行同步观测，以获得它们间的直接观测基线

。建立框架网。最小异步环边数不大于6 。适当引入高精度测距边。若要进行高程拟合，水准点密度要高，分布要均匀，且要将拟合区域包围起来。适当延长观测时间，增加观测时段。选取适当数量的已知点，已知点分布均匀。
6．简述卫星大地测量的作用。（10分）
答：卫星大地测量的作用分为如下几方面：
（1）精确测定地面点地心（质心）坐标系内的坐标，从而能够将全球大地网连成整体，建成全球统一的大地测量坐标系统。
（2）精确测量地球的大小和形状、地球外部引力场、地极运动、大陆板块间的相对运动以及大地水准面的形状，为大地测量和其他科学技术服务。
（3）广泛地应用于空中和海上导航，地质矿产勘探及军事等方面。
7．简述GPS卫星的主要作用。（10分）
答：GPS卫星的主要作用有三方面：
（1）接收地面注入站发送的导航电文和其它信号；
（2）接收地面主控站的命令，修正其在轨运行偏差及启用备件等；
（3）连续地向广大用户发送GPS导航定位信号，并用电文的形式提供卫星自身的现势位置与其它在轨卫星的概略位置，以便用户接收使用。
8．如何重建载波？其方法和作用如何？（12分）
答：在GPS信号中由于已用相位调整的方法在载波上调制了测距码和导航电文，因而接收到的载波的相位已不在连续，所以在进行载波相位测量之前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取载波。重建载波一般可采用两种方法：一是码相关法，另一种是平方法。采用前者，用户可同时提取测距信号和卫星电文，但用户必须知道测距码的结构；采用后者，用户无须掌握测距码的结构，但只能获得载波信号而无法获得测距码和卫星电文。
9．GPS误差来源（12分）
答：1）与卫星有关的误差：卫星轨道误差，卫星钟差，相对论效应
2与传播途径有关的误差：电离层延迟，对流层延迟，多路径效应
3与接收设备有关的误差，接收机天线相位中心的偏差和变化，接收机钟差，接收机内部噪声
10．GPS在GIS中的应用（16分）
参考答案：1）军事、国防 2）陆路交通（车辆导航、监控）、航运、航空3搜索、救援 4）气象观测 5）遥感 6）测量 7）卫星定轨 8资源勘探 9）通讯 10）广播、电视 11）电力 12）时间传递