GPS测量原理及应用考试复习要点

GPS测量原理及应用

第一章绪论

1、GPS的含义？与其他导航定位系统和经典大地测量相比，GPS有何特点？

答：GPS的含义是“Navigation Satellite Timing and Ranging / Global Positioning System”的英文缩写，其意为“卫星测时测距导航/全球定位系统”，简称GPS系统。

GPS的与其他导航定位系统相比特点：①全球地面连续覆盖②功能多，精度高③实时定位速度快④抗干扰性能好，保密性强

GPS与经典大地测量相比的特点：①选点灵活，无需通视②定位精度高③观测时间短④提供三维坐标⑤操作简便⑥全天候作业

2、GPS卫星的作用是什么？什么叫“定位星座”？什么叫“卫星星历”？

答：GPS卫星的作用：

①接受地面注入站发送的导航电文。

②接受地面主控站命令，适时改正运行偏差或启用备用时钟等。

③连续地向用户发送GPS卫星导航定位系统，并用电文的形式提供卫星的现势位置与其他在轨卫星的概略位置。

④通过星载高精度原子钟，提供精确的时间标准，使各卫星处于同一时间标准——GPS时。定位星座：在用GPS卫星进行导航定位时，为了求得测站的三维位置，必须观测4颗GPS 卫星，称之为定位星座。

卫星星历：是一系列描述卫星运动及其轨道的参数。

3、GPS系统由哪些部分组成？地面监控系统由哪些部分组成？

答：GPS系统由GPS卫星星座（空间部分）、地面监控系统（地面控制部分）和GPS信号接收机（用户设备部分）等三部分组成。

地面监控系统由一个主控站、三个信息注入站和五个卫星监测站组成。

4、什么是GPS信号接收机？其作用是什么？它由哪几部分组成？有哪几种分类方式？GPS信号接收机：是一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星信号的接收设备，称之为GPS信号接收机。

作用：①当GPS卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一定卫星截止高度角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运动。

②对所接收到的GPS信号具有变换、放大和处理的功能，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发射的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间，从而实现导航和定位。

组成部分：主要包括有GPS接收机及其天线，微处理器及其终端设备以及电源等。

分类方式：①按接收机的载波频率分类：单频接收机、双频接收机、双系统接收机

②按接收机的用途分类：导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机

③按接收机通道数分类：多通道接收机、序贯通道接收机、多路复用通道接收机

④按接收机的工作原理分类：码相关型接收机、平方型接收机、混合型接收机

5、接收机天线的作用是什么？对其有何要求？有哪几种类型？

天线的作用：把来自卫星信号的能量转化为相应的电流量，并经过前置放大器送入射频部分进行频率变换，以便接收机对信号进行跟踪、处理和量测。

对天线的要求：①天线与前置放大器一般应密封为一体，以保障在恶劣的气象环境下能正常工作，并减少信号损失

②天线均应呈全圆极化。要求天线的作用范围为整个上半球，在天顶处不产生死角，以保障能同样地接收来自天空任何方向的卫星信号

③天线必须采取适当的防护与屏蔽措施(例如加一块基板)，以尽可能地减弱信号的多路径效应、防止信号的干扰

④天线的相位中心与其几何中心之间的偏差应尽量小，且保持稳定。由于GPS测量的观测量，是以天线的相位中心为准的，而在作业中，天线的安置却是以其几何中心为准，所以在天线的设计中，应尽可能保持两个中心的一致性和相位中心的稳定性。

天线的类型：①单极或偶极天线②四线螺旋形或螺旋形结构天线③微波传输带型天线

④锥形天线⑤扼流圈天线

6、GPS系统的应用前景

答：①用于建立高精度的国家性大地测量控制网，测定全球性的地球动态参数

②用于建立陆地海洋大地测量基准，进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘

③用于监测地球板块运动状态和地壳形变

④用于工程测量，成为建立城市与工程控制网的主要手段

⑤用于测定航空航天摄影瞬间的相机位置

第二章坐标系统和时间系统

1、在GPS定位中，通常采用哪两种坐标系统？

答：空间固定的坐标系统（空固系）与地球体相固联的坐标系统（地固坐标系）。

2、何为天球？天球上有哪些主要的点、线、面？

天球：是指以地球质心M为中心，半径r为任意长度的一个假想的球体。

天轴：地球自转轴的延伸称为天轴。

天极：天轴与天球的交点Pn、Ps称为天极，其中Pn称为北天极，Ps称为南天极。

天球赤道面与天球赤道：通过地球质心并与天轴垂直的平面，称为天球赤道面。该赤道面与天球相交的大圆称为天球赤道。

天球子午面与天球子午圈：包含天轴并通过地球上任一点的平面，称为天球子午面。而天球子午面与天球相交的大圆称为天球子午圈。

时圈：通过天轴的平面与天球相交的半个大圆。

黄道：地球公转的轨道与天球相交的大圆，即当地球绕太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上运动的轨迹。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约为23.5°。

黄极：通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的交点，其中靠近北天极的交点称为北黄极，靠近南天极的交点称为南黄极。

春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与地球赤道的交点。在天文学和卫星大地测量学中，春分点和天球赤道面，是建立参考系的重要基准点和基准面。

3、天球空间直角坐标系和天球球面坐标系是如何定义的？二者间有何关系？

天球空间直角坐标系：原点位于地球质心M；Z轴指向天球北极Pn ，X

Y轴垂直于XMZ平面，与X轴和Z轴构成右手坐标系统。在天球空间直角坐标系中，天体的坐标为(X，Y，Z)。

天球球面坐标系：原点位于地球质心M，赤经α为含天轴和春分点的天球子午面与过天体S 的天球子午面之间的夹角；赤纬δ为原点M至天体S的连线与天球赤道面之间的夹角，向径长度r为原点M至天体S的距离。在天球球面坐标系中，天体的坐标为(α，δ，r)。

4、什么叫岁差和章动？二者对北天极的运动有何影响？

岁差：在日月引力和其它天体引力对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴的方向不再保持不变，从而使春分点在赤道上产生缓慢的西移。

章动：如果把观测时的北天极称为瞬时北天极(或称真北天极)，而与之相应的天球赤道和春分点称为瞬时天球赤道和瞬时春分点(或称真天球赤道和真春分点)，那么在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平北天极产生旋转，大致成椭圆形轨迹，其长半径约为9.2"，周期约为18.6年。

影响：在岁差和章动的共同影响下，瞬时北天极绕北黄极旋转。

5、为什么要定义协议天球坐标系？它是如何定义的？

答：为了建立一个与惯性坐标系相接近的坐标系，人们通常选择某一时刻t0作为标准历元，并将此时刻地球瞬时自转轴(指向北极)和地心至瞬时春分点的方向，经该时刻的岁差和章动改正后，分别作为Z轴和X轴的指向。由此所构成的空固坐标系，称为所取标推历元t0的平天球坐标系或协议天球坐标系，也称协议惯性坐标系。

6、地心空间直角坐标系和地心大地坐标系是如何定义的？二者间有何联系？

地心空间直角坐标系：原点O与地球质心重合，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E，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。

地心大地坐标系：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相合，大地纬度B为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，大地经度L为过地面点的椭球子午面与格林尼治平大地子午面之间的夹角，大地高H为地面点沿椭球法线至椭球面的距离。

7、何谓站心赤道直角坐标系、站心地平直角坐标系和站心地平极坐标系？

站心赤道直角坐标系：P1是测站，O是球心。以P1为原点建立与球心空间直角坐标系相应坐标轴平行的坐标系叫做站心赤道直角坐标系。

站心地平直角坐标系：以P1为原点，P1点的法线为z轴（指向天顶为正），以子午线方向为x轴（向北为正），y轴与x、z轴垂直（向东为正）。

站心地平极坐标系：以测站P1为原点，至卫星s的距离r、卫星的方位角A、卫星的高度角h可以建立站心地平极坐标系。

8、什么叫极移？协议地球坐标系是如何定义的？

极移：地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，地极点在地球表面上的位置是随时间而变化的。这种现象称为地极移动，简称极移。

协议地球坐标系：以协议地极为基准点的地球坐标系，称为协议地球坐标系。

9、WGS-84坐标系是如何定义的？其主要参数是多少？

定义：原点在地球质心，Z轴指向BIH 1984.0定义的协议地球极(CTP)方向，X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z、X轴构成右手系。

10、我国的1980年国家大地坐标系(简称C80)、1954年北京坐标系(简称P54)是如何定义

的？新北京54坐标系与C80 有何联系，与P54有何区别和联系？

1980年国家大地坐标系：C80坐标系是参心坐标系。椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点JYD1968.0的方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面，X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向，Y轴与Z、X轴成右手坐标系。

1954年北京坐标系：属参心大地坐标系。

◆采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数，长半轴a＝6378245(m)，扁率f = 1/298.3

◆大地原点在原苏联的普尔科沃；

◆采用多点定位法进行椭球定位；

◆高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；

◆高程异常以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据，按我国天文水准路线推算而得。

新P54点坐标与旧P54点坐标接近，但其精度和C80坐标精度完全一样。

11、我国的2000国家大地坐标系是如何定义的？

定义：国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个基本参数的定义。

原点：包括海洋和大气的整个地球的质量中心；

Z轴：由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转；

X轴：由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点；Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。

尺度：采用广义相对论意义下的尺度。

12、何谓ITRF坐标框架？

国际地球参考框架ITRF(InternationalTerreetrial Reference Frame的缩写)是一个地心参考框架。它是由空间大地测量观测站的坐标和运动速度来定义的，是国际地球自转服务IERS的地面参考框架。

13、在GPS定位中时间系统有何重要意义？确定时间的基准是什么？

答：①GPS卫星作为一个高空观测目标，其位置是不断变化的。因此在给出卫星运行位置的同时，必须给出相应的瞬间时刻。

②GPS测量是通过接收和处理GPS卫星发射的无线电信号，来确定用户接收机(即观测站)至卫星的距离(或距离差)，进而确定观测站的位置。因此，准确地测定观测站至卫星的距离，必须精密地测定信号的传播时间。

③由于地球的自转现象，在天球坐标系中，地球上点的位置是不断变化的。若要求赤道上一点的位置误差不超过1cm，则时刻的测定误差须小于2×10秒。（地球自转速度约

3km/s）

时间的基准：测量时间，同样必须建立一个测量的基准，即时间的单位(尺度)和原点(起始历元)。其中时间的尺度是关键，而原点可以根据实际应用加以选定。一般来说，任何一个可观察的周期运动现象，只要符合以下要求，都可以用作确定时间的基准。

◆运动应是连续的，周期性的；

◆运动的周期应具有充分的稳定性；

◆运动的周期必须具有复现性，即要求在任何地方和时间，都可以通过观测和实验复现这种周期性运动。

14、何为恒星时、世界时、原子时、协调世界时、GPS 时？

恒星时：以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间。

世界时：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时称为世界时。世界时与平太阳时的尺度基准相同，其差别仅在于起算点不同。

原子时：因为物质内部的原子跃迁所辐射和吸收的电磁波频率，具有很高的稳定性和复现性，所以由此而建立的原子时。

协调世界时：1972年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。

GPS 时：为了精密导航和定位的需要，全球定位系统(GPS)建立了专用的时间系统。该系统可简写为GPST ，由GPS 的主控站原子钟所控制。

15、 GPS 时和原子时、协调世界时有何关系？

GPS 时属原子时系统，其秒长与原子时相同，但与国际原子时具有不同的起点。所以，GPST 与ATI 在同一瞬间均有一常量偏差，其间关系为ATI 一GPST ＝19(s ）。

第三章 卫星运动基础及GPS 卫星星历

1、何为卫星的轨道参数？

答：描述卫星轨道位置和状态的参数，称为轨道参数。

2、作用在卫星轨道上的力分为哪两类，相应的卫星运动轨道如何？

答：①受中心力；此时卫星做无摄运动，轨道是理想的无摄运动轨道。

②受摄动力，也称为非中心力；此时卫星做受摄运动，轨道是受摄运动轨道。

3、研究卫星运行轨道的基本方法分为哪两个步骤？

答：①在上述理想的地球引力场中，只考虑地球质心引力的作用，来研究卫星的无摄运动规律，并描述卫星轨道的基本特征；

②研究各种摄动力对卫星运动的影响，并对卫星的无摄轨道加以修正，从而确定卫星受摄运动轨道的瞬时特征。

4、何为开普勒三定律？其意义是什么？

答：①卫星运行的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球的质心相重合；

②卫星的地心向径，在相同的时间内所扫过的面积相等；

③卫星运动周期的平方与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量。

意义：在卫星位置计算中具有重要意义。

5、试绘图描述无摄卫星轨道，并阐明各参数的含义。

6、写出开普勒方程，并说明其意义。

答：s s s s E e E M sin -= 或 s s s s E e M E sin += 它在卫星轨道计算中具有重要意义。

7、卫星运动的摄动力有哪些？主要的摄动力是哪几项？

答：①地球体的非球形及其质量分布不均匀而引起的作用力，即地球的非中心引Fnc ；

②太阳的引力Fs和月球的引力Fn；

③太阳的直接与间接辐射压力Fr；

④大气的阻力Fa ；

⑤地球潮汐的作用力；

⑥磁力等。

主要的摄动力是①②③④

8、卫星星历分为哪两种？广播星历中主要包括哪些参数？

答：预报星历（广播星历）、后处理星历（精密星历)。

通常均包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正项参数。

9、说明GPS卫星坐标计算的基本过程，并给出计算公式？

答：①计算卫星运行的平均速度n ②计算归化时间tk ③观测时刻卫星平近点角Mk的计算④采用迭代算法计算偏近点角Ek ⑤计算真近点角Vk ⑥计算升交距角Φk ⑦计算摄动改正数δu、δr、δi ⑧计算经摄动改正后的升交距角uk、卫星矢径rk和轨道倾角ik ⑨计算卫星在轨道平面坐标系中的坐标⑩计算观测时刻升交点经度Ωk ⑾计算卫星在地固坐标系中的空间直角坐标⑿计算卫星在协议地球坐标系中的空间直角坐标

10、在广播星历中，t0e与t0c有何区别？

在GPS定位中，轨道平面坐标系的x轴指向升交点，y轴垂直于x轴指向地极北方向，原点位于地球质心。（√）

第四章GPS定位的基本原理

1、GPS定位的实质是什么？基本定位方法有哪些？

实质：空间距离后方交会。

方法：

①绝对定位(或单点定位)：根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。

②相对定位：通过在多个测站上进行同步观测，测定测站之间相对位置的定位。

③静态定位：在定位过程中，接收机天线的位置是固定的，处于静止状态时的定位方法。

④动态定位（RTK）：在定位过程中，接收机天线处于运动状态的定位方法。

2、GPS测量的基本观测量有哪两个，其测距精度是多少？

答：码相位观测量和载波相位观测量。

码相位观测值：即测量GPS卫星发射的测距码信号(C/A码或P码)到达用户接收机天线(观测站)的传播时间，因此这种观测方法也称为时间延迟测量。对C/A码来说，由于其码元宽度约为293m，所以其观测精度约为2.9m；而P码的码元宽度为29.3m，所以其观测精度约为0.3m，比C/A码的观测精度约高10倍。

载波相位观测值：测量接收机接收到的、具有多普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。对于L1和L2载波，其波长分别为0.19m和0.24m，则相应的观测精度为1.9mm和2.4mm。

3、什么叫初始整周未知数（模糊度）？什么叫周跳（整周跳变、跳周）？什么叫信号失锁？

初始整周未知数（模糊度）：

周跳：在观测过程中，如果卫星信号被阻挡或受到干扰，则接收机对卫星的跟踪便可能中断（失锁），而当卫星被重新锁定后，载波相位的小数部分是连续正确的，而这时整周数却不正确，这种现象称为周跳。

信号失锁：接收机对卫星信号的跟踪被阻挡或受到干扰导致信号中断现象称为信号失锁。

4、写出伪距测量的基本观测方程并解释各参数的含义？

5、写出载波相位测量的基本观测方程并解释参数的含义？

6、什么叫必要参数？什么叫多余参数？

必要参数：解算载波相位测量的基本方程中必要的参数。

多余参数：用来求算更高精度的必要参数的参数。

7、载波相位差分观测值有哪几种？各差分观测值中主要消除或削弱了哪些因素的影响？答：根据求差次数的多寡可分为单差观测值、双差观测值和三差观测值。

单差观测值已消除了卫星钟钟差的影响，当测站距离较近时（<20km），电离层、对流层的影响及卫星星历误差在很大程度上得到了削弱。

双差观测值对于短距离（<20km）的相对定位而言，在测站和卫星的双差观测值中，接收机钟差、卫星钟差、卫地距变率的影响已基本消除，对流层和电离层的影响得到了进一步的削弱，其剩余残差对双差观测值将不会产生显著性的影响。

8、根据载波相位的基本观测方程写出其单差和双差观测方程。

9、求差法和非差法相比有哪些优缺点？

优点：在非差法中接收机的钟差是一个较难处理的问题。因为接收机上通常采用石英钟，其稳定度较差，建立钟的误差模型较为困难。而如果不给任何约束，把每个观测历元的接收机钟差均当作一个未知数的话，又将使未知数的个数大量增加。采用二次差时可消除接收机的钟差，既不涉及钟的误差模型，又可使未知数的个数大为减少，因而在生产实线中被广泛采用。

缺点：①数据利用率较低②在接收机间求差后，会引进基线矢量而不是原来的位置矢量作为基本未知数，这是一个新的更为复杂的概念，特别是使用多台接收机进行网定位时较难处理③求差后会出现观测值间的相关性问题，增加了计算的工作量④在某些情况下难以求差，例如两站的数据输出率不相同时⑤在求差过程中有效数字将迅速减少，计算中凑整误差等影响将增大，从而影响最后结果的精度⑥求差法实质上是未对多余参数作任何约束，即认为各多余参数是相互独立的。在某些情况下使用非差法的误差模型是有效的，如使用高精度的原子钟作外接频标时，在小范围内进行相对定位时，精度要求不太高时⑦采用求差法时多余参数已被消去，因此难以对这些参数作进一步研究。

10、了解伪距绝对定位的基本方法。

答：利用GPS进行定位的基本原理，是以GPS卫星和用户接收机天线之间距离(或距离差)的观测量为基础，并根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。

11、精度因子是如何定义的？在GPS定位中，有哪几种精度因子？

精度因子：表示误差放大的倍数。

精度因子的种类：①平面位置精度因子HDOP ②高程精度因子VDOP ③空间位置精度因

子PDOP ④接收机钟差精度因子TDOP ④几何精度因子GDOP

12、了解采用载波相位双差观测值进行相对定位的基本方法。

13、差分GPS有哪几种类型？位置差分、伪距差分、相位平滑伪距差分的基本思想是什么？答：分为单基准站差分、多基站的局域差分和多基站的广域差分三种类型。

单基准站差分GPS，根据差分GPS基准站发送的信息方式可分为四类，即位置差分、伪距差分、相位平滑伪距差分和相位差分。

相位平滑伪距差分原理基本思路：

①按伪距差分方法，利用基准站的伪距差对流动站的观测伪距进行改正，得到流动站改正后的伪距观测值；

②利用流动站的载波相位观测值对改正后的伪距观测值进行平滑，得到流动站平滑后的伪距观测值；

③按伪距差分方法解算流动站坐标并进行精度评定。

14、传统RTK技术有哪些局限性？

答：①测量范围的局限②通信数据链作用距离的局限③模糊度求解的局限基准站移动频繁

15、CORS系统的测量方式如何？

答：①固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信息，而是将所有的原始数据通过数据通讯线发给控制中心；

②移动用户在工作前，向控制中心发送一个概略坐标；

③控制中心根据用户概略位置，由数据处理中心自动选择最佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整体进行GPS测量误差改正；

④将高精度的差分信号发给移动站；

⑤移动站利用差分信息及本站观测值进行定位。

16、CORS系统有哪些类型？

答：①单基站托管型网络CORS ②单基站网络CORS ③多基站网络CORS

第五章GPS测量的误差来源

1、GPS测量中的误差分为哪几类？

答：主要分为四类：①与卫星有关的误差②与传播路径有关的误差③与接收设备有关的误差④其它误差

2、什么叫星历误差？它有何影响规律？可采用哪些方法削弱？

星历误差：由星历计算的卫星位置与其实际位置之差，称为卫星星历误差。

影响规律：基线的精度与星历精度成正比，星历精度越高则相对定位精度越好。

消弱星历误差的途径：建立独立的跟踪网、采用轨道松弛法、同步观测值求差、忽略轨道误差。

3、卫星钟误差的改正模型是什么？削弱其影响的方法主要是什么？

答：卫星钟的这种偏差，可用如下的二阶多项式进行改正

2

02010)()(c c i t t a t t a a t -+-+=δ

式中，系数a0、a1、a2表示卫星钟在参考历元t0c 时的钟差、钟速（或频率偏差）及钟速的变率（或老化率）。经此改正后，各卫星钟之间的同步误差可保持在20ns 以内，由此引起的等效距离误差不会超过6m 。卫星钟钟差及其经改正后的残余误差，若在接收机间对同一卫星的同步观测值求差，则可得到进一步削弱。

4、相对论效应是如何克服的？

答：克服相对论效应的简单方法是，在厂家在制造卫星钟时预先将频率降低4.449×10-10f ，这样当卫星钟进入轨道受到相对论效应的影响后，其频率正好变为标准频率。

5、什么叫大气折射？两测站同步观测值求差或采用双频组合观测值是否能削弱对流层、电离层延迟的影响？

大气折射：对于GPS 而言，卫星的电磁波信号从信号发射天线传播到地面GPS 接收机天线，其传播路径并非真空，而是要穿过性质与状态各异、且不稳定的大气层，使其传播的方向、速度和强度发生变化，这种现象称为大气折射。

6、什么叫多路径效应？克服多路径效应的措施主要有哪些？

多路径效应：在GPS 测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号（反射波）进入接收机天线，这就将和直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的多路径误差。

措施：解决多路径效应的最好方法在于采取预防措施，如选择合适的站址、采用性能良好的天线、改善接收机的设计等。

7、与接收设备有关的误差有哪些？

答：包括观测误差、接收机钟误差、天线相位中心位置误差、接收机位置误差、天线高量取误差等。

第六章 GPS 测量的实施

1、GPS 测量工作包括哪几个阶段？其总的原则是什么？其技术设计的主要内容是什么？ 答：大体可分为这样几个阶段：技术设计；选点与建立标志；外业观测；成果检核与处理。 总的原则：在满足用户要求的情足下，尽可能地减少经费、时间和人力的消耗。 主要内容：包括精度指标的确定，网的图形设计和网的基准设计。

2、什么叫GPS 网的基准设计？GPS 网的基准包括哪些？

GPS 网的基准设计：在GPS 网的技术设计时，必须明确GPS 成果所采用的坐标系统和起算数据，即明确GPS 网所采用的基准。我们将这项工作称之为GPS 网的基准设计。 GPS 网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。

3、GPS 网图形设计的一般原则是什么？GPS 网图形的基本类型有哪些？

答：①GPS 网一般应通过独立观测边构成闭合图形；

②GPS 网点应尽量与原有地面控制网点相重合；

③GPS 网点应考虑与水准点相重合，而非重合点一般应根据要求以水准测量方法(或相当精

度的方法)进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点，以便为大地水准面的研究提供资料；

④为了便于观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和容易到达的地方；

⑤为了便于用经典方法联测或扩展，可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离，一般应大于300m。

GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接四种基本方式。

图形的基本形式主要有三角形网、环形网和星形网。

4、GPS测量选点工作应遵循的原则是什么？选点工作结束后应提交的技术资料主要包括哪些？

原则：①观测站(即接收天线安置点)应远离大功率的无线电发射台和高压输电线，以避免其周围磁场对GPS卫星信号的干扰。接收机天线与其距离一般不得小于200m；

②观测站附近不应有大面积的水域或对电磁波反射(或吸收)强烈的物体，以减弱多路径效应的影响；

③观测站应设在易于安置接收设备的地方，且视场开阔。在视场内周围障碍物的高度角，根据情况一般不应大于10°～15°，以减弱多路径效应的影响；

④观测站应选在交通方便的地方，并且便于用其它测量手段联测和扩展；

⑤对于基线较长的GPS网，还应考虑观测站附近具有良好的通讯设施(电话与电报、邮电)和电力供应，以供观测站之间的联络和设备用电；

⑥点位选定后(包括方位点)，均应按规定绘制点之记，其主要内容包括点位及点位略图，点位的交通情况以及选点情况等。

提交的技术资料：①点之记及点的环视图②GPS网选点图③选点工作技术总结

5、什么叫GPS相对定位的作业模式？

答：利用GPS确定观测站之间相对位置所采用的作业方式。

6、数据预处理的主要目的？包括哪些内容？

预处理的目的：是对原始观测数据进行编辑、加工与整理，分流出各种专用的信息文件，为进一步的平差计算做准备。

预处理的内容：①观测数据的平滑、滤波②统一数据文件格式③卫星轨道的际准化

④探测周跳、修复载波相位观测值⑤对观测值进行各项必些的改正

7、GPS网平差计算的主要内容是什么？

答：①同步观测的基线边平差②GPS网平差③坐标系统的转换或与地面网的联合平差

8、GPS测量任务完成后，上交资料的内容一般应包括哪些？

答：测量任务书与技术设计；GPS网展点图；观测站的点之记，环视图；卫星可见性图，预报表及观测计划；外业观测记录，测量手薄及其它记录(如归心元素)；接收设备及气象仪器等的检验资料；外业观测数据则质量评价和外业检核资料；数据处理资料和成果表；技术总结与成果验收报告。

9、什么是相对效应？

答：相对效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态不同而引起的卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象。

《GPS测量原理及应用》武大第三版-复习资料

第一章绪论 1. GPS系统包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座，地面控制部分——地面监控系统，用户设备部分——GPS信号接收机。 2 .GPS卫星星座部分：由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。24颗在轨卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55°，各个轨道平面之间相距60°。在地球表面上任何地点任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达9颗卫星。 3. GPS卫星的作用：第一，用L波段的两个无线载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号。第二，在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段发送到卫星的导航电文和其他有关信息，并通过GPS信号电路，适时地发送给广大用户。第三，接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。 4. 地面监控系统：1个主控站（美国科罗拉多）3个注入站（阿森松岛,迪哥加西亚岛，卡瓦加兰）5个监控站（1+3+夏威夷） 5. GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。 6. GPS系统的特点：定位精度高，观测时间短，测站间无需通视，可提供三维坐标，操作简便，全天候作业，功能多，应用广。 7. GPS系统的应用前景:①用于建立高精度的国家性大地测量控制网，测定全球性的地球动态参数②用于建立陆地海洋大地测量基准，进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘③用于监测地球板块运动状态和地壳形变④用于工程测量，成为建立城市与工程控制网的主要手段⑤用于测定航空航天摄影瞬间的相机位置. 8. 我国的GPS定位技术的应用和发展情况：在大地测量方面，利用GPS技术开展国际联测，建立全球性大地控制网，提供高精度的地心坐标，测定和精化大地水准面；在工程测量方面，应用GPS静态相对定位技术，布设精密工程控制网，用于城市和矿区油田地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑变形监测、隧道贯通测量等精密工程；在航空摄影测量方面，我国测绘工作者也应用GPS技术进行航测外业控制测量、航摄

实验报告GPS静态测量

实验四GPS静态测量 一、实验目的 实验的目的是使学生了解采用GPS定位技术建立工程控制网的过程，使所学理论知识与实践相结合，巩固和加深对新知识的理解，增强学生的动手能力，培养学生解决问题、分析问题的能力。通过学习，应达到如下要求： 1、熟练掌握GPS接收机的使用方法，外业观测的记录要求。选点、埋石的要求。 2、合理分配时段、掌握星历预报对时段的要求。PDOP值的大小对观测精度的影响，图形结构的设计及外业工作。外业观测时手机或对讲机的合理应用。 3、掌握GPS控制测量数据处理处理的流程，能独立完成基线解算及网平差 二、实验地点： 城市学院校区内，实验学时：4小时 三、实验前的准备工作 1、实验内容介绍：对实验的任务和意义作好充分了解。 2、使用的仪器及物品：GPS接收机（含电池）、基座、脚架若干台，作业调度表，外业观测手簿，小钢尺，铅笔，安装有传输软件和数据处理软件的计算机，数据传输线若干根，便携式存储器。 3、搜集资料 ①广泛收集测区及其附近已有的控制测量成果和地形图资料 a．控制测量资料包括成果表、点之记、展点图、路线图、计算说明和技术总结等。收集资料时要查明施测年代、作业单位、依据规范、坐标系统和高程基准、施测等级和成果的精度评定。 b．收集的地形图资料包括测区范围内及周边地区各种比例尺地形图和专业用图，主要查明地图的比例尺、施测年代、作业单位、依据规范、坐标系统、高程系统和成图质量等。 c．如果收集到的控制资料的坐标系统、高程系统不一致，则应收集、整理这些不同系统间的换算关系。 （注：本实验采用地科系2013年5月建立的校园控制网资料） ②收集有关GPS测量定位的技术要求 通过参考测量规范，收集有关的测量技术要求。GPS测量规范包括： a．《全球定位系统GPS测量规范》GB/T 18314-2009 b.《工程测量规范》 GB 50026-2007

GPS测量基本原理

1> 概述 测量学中有测距交会确定点位的方法。与其相似，无线电导航定位系统、卫星激光测距定位系统，其定位原理也是利用测距交会的原理定位。 就无线电导航定位来说，设想在地面上有三个无线电发射台，其坐标为已知，用户接收机在某一时刻采用无线电测距的方法分别测得了接收机至三个发射台的距离d1，d2，d3。只需以三个发射台为球心，以d1，d2，d3为半径作出三个定位球面，即可交会出用户接收机的空间位置。如果只有两个无线电发射台的话，则可根据用户接收机的概略位置交会出接收机的平面位置。这种无线电导航定位系统是迄今为止仍在使用的飞机船舶的的中导航定位方法。 近代卫星大地测量中的卫星激光测距定位也是应用了测距交会定位的原理和方法。虽然用于测距的卫星（表面安装有激光反射镜）是在不停的运动中，但总可以利用固定于地面上三个已知点上的卫星激光测距仪同时测定某一时刻至卫星的距离d1，d2，d3，应用测距交会的原理便可确定该时刻卫星的空间位置。如此，可以确定三可以上卫星的空间位置。如果第四个地面点上（坐标未知）也有一台卫星测距仪同时参与了测定改点到三颗卫星的空间距离，则利用所测定的三个空间距离可交会出该地面点的空间位置。 将无线电信号发射台从地面搬到卫星上，组成一颗卫星导航定位系统，应用无线电测距交会的原理，便可利用三个以上地面已知点（控制站）交会处卫星的位置，反之利用三颗以上的卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点（用户接收机）的位置。这便是GPS卫星定位的基本原理。 GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用户用GPS接收机在某一时刻同时接收三个以上的GPS卫星信号，测量出测站点（接收机天线中心）P至三颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间位置坐标，据此利用距离交会法解算出测站P的位置坐标，如下图所示，设在时刻t i在在测站P用GPS接收机同时测出P点至三颗GPS卫星的距离ρ1，ρ2，ρ3，通过GPS电文解释出该时刻三颗GPS卫星的三维坐标分别为（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ），ｊ＝１，２，３。用距离交会的方法求解出Ｐ点的三维坐标（Ｘ，Ｙ，Ｚ）的观测方程为

GPS测量原理及应用题库

G P S测量原理及应用题 库 Revised final draft November 26, 2020

GPS 一、单选题 1、GPS卫星星座配置有（ D ）颗在轨卫星。 A. 21 B. 12 C. 18 D. 24 2、UTC是指（ C ）。 A. 协议天球坐标系 B. 协议地球坐标系 C. 协调世界时 D. 国际原子时 3、AS政策是指（ D ）。 A. 紧密定位服务 B. 标准定位服务 C. 选择可用性 D. 反电子欺骗 4、GPS定位中，信号传播过程中引起的误差主要包括大气折射的影响和（ A ）影响。 A. 多路径效应 B. 对流层折射 C. 电离层折射 D. 卫星中差 5、一般地，单差观测值是在（ A ）的两个观测值之间求差。 A. 同卫星、同历元、异接收机 B. 同卫星、异历元、异接收机 C. 同卫星、同历元、同接收机 D. 同卫星、异历元、异接收机 6、双差观测方程可以消除（ D ）。 A. 整周未知数 B. 多路径效应 C. 轨道误差 D. 接收机钟差 7、C/A码的周期是（ A ）。 A. 1ms B. 7天 C. 38星期 D. 1ns

9、在GPS测量中，观测值都是以接收机的（ B ）位置为准的，所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。 A、几何中心 B、相位中心 C、点位中心 D、高斯投影平面中心 10、岁差和章动旋转变换是用于哪两个坐标系之间的转换（ A ）。 A、瞬时极天球坐标系与平天球坐标系 B、瞬时极天球坐标系与平地球坐标系 C、瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系 D、平天球坐标系与平地球坐标系 11、GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知数据，采用（A ）的方法，确定待定点的空间位置。 A、空间距离后方交会 B、空间距离前方交会 C、空间角度交会 D、空间直角坐标交会 12、根据GPS定位原理，至少需要接收到（B ）颗卫星的信号才能定位。 A、5 B、4 C、3 D、2 13、在以下定位方式中，精度较高的是（C ）。 A、绝对定位 B、相对定位 C、载波相位实时差分 D、伪距实时差分 14、GPS技术给测绘界带来了一场革命，下列说法不正确的是（A） A、利用GPS技术，测量精度可以达到毫米级的程度 B、与传统的手工测量手段相比，GPS技术有着测量精度高的优点 C、GPS技术操作简便，仪器体积小，便于携带

GPS单点定位实验报告

GPS原理与应用实验题目：GPS单点定位 专业：测绘工程 班级：12-01 学号：2012212600 姓名：王威 指导教师：陶庭叶 时间：2014.11

目录 一、实验目的 (3) 二、实验原理 (3) 三、实验内容 (3) 四、实验效果图 (9) 五、实验总结 (9)

一．实验目的 1.深入了解单点定位的计算过程； 2.加强单点定位基本公式和误差方程式，法线方程式的记忆； 3.通过上机调试程序加强动手能力的培养。 二．实验原理 一个接收机接受三个火三个以上卫星信号，得出卫星坐标和伪距，利用间接平差计算接收机的坐标。 三．实验内容 1.程序流程图 2、实验数据

3、实验程序代码 Private Sub Command1_Click() CommonDialog1.Filter = "TXT files|*.txt|" CommonDialog1.FilterIndex = 1 CommonDialog1.ShowOpen Open https://www.wendangku.net/doc/c08228578.html,monDialog1.FileName For Input As #1 Do While Not EOF(1) Line Input #1, Text textbuff = textbuff + Text + vbCrLf Loop Close #1 kk = MSFlexGrid1.Rows - 1 Dim a ReDim a(kk - 1) a = Split(textbuff, vbCrLf) For j = 1 To kk For i = 1 To 5 MSFlexGrid1.TextMatrix(j, i) = a(j - 1 + 5 * (i - 1)) Next i Next j For k = 1 To kk MSFlexGrid1.TextMatrix(k, 0) = "第" & k & "个点" Next k MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 1) = "X" MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 2) = "Y" MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 3) = "Z" MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 4) = "伪距" MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 5) = "钟差" End Sub

GPS测量原理与应用题库完整

一、单选题（在本题的每一小题的备选答案中，只有一个答案是正确的，请把你认为正确答案的题号，填入题干的括号内。多选不给分。每题2分，共20 分）。 1、GPS卫星星座配置有（ D ）颗在轨卫星。 A. 21 B. 12 C. 18 D. 24 2、UTC是指（C ）。 A. 协议天球坐标系 B. 协议地球坐标系 C. 协调世界时 D. 国际原子时 3、AS政策是指（ D ）。 A. 紧密定位服务 B. 标准定位服务 C. 选择可用性 D. 反电子欺骗 4、GPS定位中，信号传播过程中引起的误差主要包括大气折射的影响和（ A ）影响。 A. 多路径效应 B. 对流层折射 C. 电离层折射 D. 卫星中差 5、一般地，单差观测值是在（A ）的两个观测值之间求差。 A. 同卫星、同历元、异接收机 B. 同卫星、异历元、异接收机 C. 同卫星、同历元、同接收机 D. 同卫星、异历元、异接收机 6、双差观测方程可以消除（ D ）。 A. 整周未知数 B. 多路径效应 C. 轨道误差 D. 接收机钟差 7、C/A码的周期是（ A ）。

A. 1ms B. 7天 C. 38星期 D. 1ns 9、在GPS测量中，观测值都是以接收机的（ B ）位置为准的，所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。 A、几何中心 B、相位中心 C、点位中心 D、高斯投影平面中心 10、岁差和章动旋转变换是用于哪两个坐标系之间的转换（A ）。 A、瞬时极天球坐标系与平天球坐标系 B、瞬时极天球坐标系与平地球坐标系 C、瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系 D、平天球坐标系与平地球坐标系 1．GPS广播星历中不包含…………………………………………………………（） GPS卫星的六个轨道根数GPS观测的差分改正 GPS卫星钟的改正GPS卫星的健康状态 2．以下哪个因素不会削弱GPS定位的精度………………………………………（） 晴天为了不让太阳直射接收机，将测站点置于树荫下进行观测 测站设在大型水库旁边 在SA期间进行GPS导航定位 夜晚进行GPS观测 3．GPS卫星之所以要发射两个频率的信号，主要目的是………………………

《GPS测量原理及应用》题库

ＧPS 一、单选题 1、GＰS卫星星座配置有（ D )颗在轨卫星。 Ａ． 2１?Ｂ. 12 C． 18 D． 24 2、ＵＴC是指（ C ）。 A. 协议天球坐标系B．协议地球坐标系 C．协调世界时?Ｄ. 国际原子时 3、AＳ政策是指（ D )。 Ａ. 紧密定位服务?B．标准定位服务 C．选择可用性???Ｄ. 反电子欺骗 ４、GＰＳ定位中，信号传播过程中引起的误差主要包括大气折射的影响和( Ａ）影响。 A. 多路径效应 B. 对流层折射 C. 电离层折射?D．卫星中差 5、一般地,单差观测值是在（Ａ )的两个观测值之间求差。 A. 同卫星、同历元、异接收机?Ｂ．同卫星、异历元、异接收机 C. 同卫星、同历元、同接收机?? D. 同卫星、异历元、异接收机 ６、双差观测方程可以消除( D )。 A. 整周未知数? B. 多路径效应 C. 轨道误差?? D. 接收机钟差 7、C／Ａ码的周期是( A )。 A．1mｓ? B. ７天?Ｃ. ３8星期?Ｄ. 1ns 9、在GPS测量中,观测值都是以接收机的( Ｂ）位置为准的,所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。 A、几何中心 B、相位中心 C、点位中心Ｄ、高斯投影平面中心 １0、岁差和章动旋转变换是用于哪两个坐标系之间的转换( A ）。 A、瞬时极天球坐标系与平天球坐标系 B、瞬时极天球坐标系与平地球坐标系 Ｃ、瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系 D、平天球坐标系与平地球坐标系 11、GＰS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知数据，采用（A ）的方法,确定待定点的空间位置。 A、空间距离后方交会?Ｂ、空间距离前方交会 C、空间角度交会? D、空间直角坐标交会 1２、根据GＰS定位原理,至少需要接收到(B )颗卫星的信号才能定位。

GPS实验报告

实验一 GPS静态定位数据采集 一、实验目的和要求 1. 练习GPS天线的整平、对中、安装； 2. 练习GPS接收机静态系统配置与连接； 3. 了解GPS接收机静态系统参数设置； 4. 掌握GPS接收机测站信息采集与设置； 5. 熟悉GPS接收机静态数据采集观测信息评价方法 6.通过课程实验，加深对卫星导航定位基本理论的理解，提高综合创新能力。熟练 掌握GPS仪器设备的使用方法，并且能独立完成GPS数据后处理工作，得到可靠的点位坐 标 二.实验仪器 1.华测X90接收机一台 2.脚架一个 3.电池一个 4.基座一个 5.2米钢尺一把 三．实验内容 1.认识华测X90 GPS接收机的各个部件。 2.掌握GPS接收机各个部件之间的连接方法。 3. 熟悉GPS接收机前面板各个按键的功能。 4. 熟悉GPS接收机后面板各个接口的作用。 5.学会使用GPS接收机查看天空GPS卫星的分布状况、PDOP值以及测站经纬度。 6.学会使用GPS接收机采集数据，并给采集的数据编辑文件名；学会GPS接收机天线 高的输入方法。 四.实验步骤 1、GPS接收机安置 a). 作业员到测站后应先安置好接收机使其处于静置状态，然后再安置天线； b).天线用脚架直接安置在测量标志中心的垂线方向上，对中误差应≤3mm。 天线应整平，天线基座上的圆气泡应居中； c).天线定向标志应指向正北，定向误差不宜超过±5°。对于定向标志不明 显的接收机天线，可预先设置标记。每次应按此标记安置仪器。 d)每时段开机前，作业员应先量取天线高,结束后再量一次天线高，取平均值作为该观测时段的天线高 2.华测GPS X90的使用 a)按下电源键开始观测 b）常按切换键直至切换到静态观测 c）各接受机同时开始观测，观测45分钟左右，关机结束观测任务，整理仪 器

GPS测量原理及应用

《GPS测量原理及应用》学习指导 一、控制网执行的技术标准 1、全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314—2001），中华人民共和国国家标准； 2、《国家三、四等水准测量规范》（GB12898-1991）,中华人民共和国国家标准； 3、技术设计书。 二、使用仪器 测量采用的GPS接收机型号及其标称精度。 三、布网方案 1、布网要求 GPS网相邻点间基线中误差按下式计算： 式中(mm)为固定误差；(ppm)为比例误差系数；(km)为相邻点间的距离。GPS-E级网的主要技术要求应符合表1规定。相邻点最小距离应为平均距离的1/2～1/3；最大距离应为平均距离的2～3倍。 (mm) (1×10-6)

注：当边长小于200m时，边长中误差应小于20mm。 2、布网原则与网形设计 （1）GPS网应根据测区实际需要和交通状况进行设计。GPS网的点与点间不要求每点 （4）为求定GPS点在54北京坐标系中的坐标，应与当地54北京坐标系中的原有控制点联测，联测总点数不得少于3个。 （5）为了求得GPS网点正常高，应进行水准测量的高程联测，高程联测采用等级水准测量方法进行，联测的GPS-E级控制点且应均匀分布于网中。

四、选点与标石埋设 1、选点 在了解任务、目的、要求和测区自然地理条件的基础上，进行现场踏勘，最后进行选点。选点应符合下列要求： （1）点位的选择应符合技术设计要求，并有利于其它测量手段进行扩展与联测； （2）点位的基础应坚实稳定，易于长期保存，并应有利于安全作业； （3）点位应便于安置接收设备和操作，视野应开阔，视场内周围障碍物的高度角一般应小于15°； （4）点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等），其距离不得小于200m，并应远离高压输电线其距离不得小于50m，以避免周围磁场对卫星信号的干扰； （5）点位附近不应有对电磁波反射（或吸收）强烈的物体，以减少多路径效应的影响； （6）交通应便于作业，以提高作业效率； （7）应充分利用符合上述要求原有的控制点及其标石，但利用旧点时应检查旧点的稳定性、完好性，符合要求方可利用； （8）选好点后应按合理的方法给GPS点编号。 此外，有时还需考虑测区内的通讯设施、电力供应等情况，以便于各点之间的联络和设备用电或充电。 综上所述，结合测区的实际情况， GPS控制点宜布设在较高的永久性建筑物、山顶及其它符合要求的地方，或已成型的较宽的城市主干道、路口或其它较开阔而又稳固的建（构）筑物上。

GPS_GLONASS单点定位的数据处理

GPS G LO NASS单点定位的数据处理 高星伟 葛茂荣 (中国测绘科学研究院　100039)　(清华大学土木工程系　100084) 【摘　要】　本文讨论了GPS、GLONA SS及GPS GLONA SS伪距单点定位的数学模型和数据处理方法,分析了定位结果的精度。 GPS和GLONA SS分别是美国和前苏联(现由 俄罗斯负责)研制的全球卫星导航系统,两个系统的 构成、定位原理很相似。目前GPS系统已进入正常 工作阶段,而GLONA SS系统的可用性则有待于进 一步完善。但是GPS的SA和A S措施,使民用用户 的实时定位精度降低到100m,同时GPS系统的21 个卫星覆盖并不能保证在全球范围内实现用户定位 的自主完备性监测RA I M。因此,基于GPS和 GLONA SS两个卫星定位系统的全球导航卫星系统 GN SS是现代定位技术的一个发展方向。与单独的 GPS或GLONA SS系统相比,双卫星定位系统的可 用性、自主完备性和精度都有明显地提高。不管将 GLONA SS作为一个单独的卫星定位系统,还是与 GPS联合构成双卫星定位系统,研究GLONA SS定 位方法,开发GLONA SS或GPS GLONA SS数据 处理软件都是必要的。本文主要讨论GLONA SS及 GPS GLONA SS伪距单点定位问题。通过实际观测 数据的处理,分析和比较了GPS和GLONA SS及 GPS GLONA SS定位的精度。 一、数学模型 尽管GLONA SS与GPS的系统构成、定位原 理相类似,但在具体实现和数据处理上存在一定的 区别。就联合定位的数据处理而言,应考虑两个系统 的坐标系统和时间系统差异,卫星星历表示的差异 和两个系统伪距观测值的精度差异。 GPS系统中使用的是W GS284坐标系统, GLONA SS系统使用的是PZ290坐标系统,进行联 合数据处理时,必须进行坐标转换。坐标转换公式 为[1] x y z W GS284= 1.0-1.9×10-60. 1.9×10-61.00.0 0.00. 01.0 ? x y z PZ290 + 0.0 2.5 0.0 (1) GPS系统采用的是GPS时间(GPST), GLONA SS系统采用的是GLONA SS时间 (GLONA SST)。GPST与U TC相差为整数跳秒, GLONA SST与U TC相差3h。联合数据处理时,除 了要做上述时间系统转换外,还要考虑两个时间系 统可能存在的同步误差。 GPS星历给出的是卫星轨道的Kep ler根数及 其变化参数,GLONA SS星历给出的是卫星在PZ2 90坐标系中给定时刻的位置和速度及日月引力摄 动加速度。GLONA SS卫星坐标要根据卫星运动方 程用数值积分方法得出[2]。 由于在单点定位中一般把SA的影响作为观测 噪声,所以GPS观测模型的精度远远低于 GLONA SS的观测模型,必须考虑两个观测值随机 模型的差异。 根据以上讨论,GPS和GLONA SS单点定位的 观测方程为 v g i=[(x-X g i)2+(y-Y g i)2+(z-Z g i)2]1 2+ c?T g r-O g i,p g i(2) 式中,上标g表示GPS或GLONA SS,下标i为观 测值序号;(x,y,z)为测站的W GS284坐标;(X g, Y g,Z g)为卫星在W GS284坐标系中的坐标, GLONA SS卫星的坐标要用公式(1)转换到W GS2 84坐标系中;?3gp s r为接收机钟差,?3g lonass r为接收机 钟差加GPST与GLONA SST的同步误差;O g i为加 上卫星钟差、大气折射、相对论效应和地球自转改正 的伪距观测值;v g i为观测值噪声;p g i为观测值的权。 将观测方程(2)线性化,得出用于参数估计的线 性观测方程。观测方程中包括测站坐标和接收机钟 差及两个时间系统同步误差五个未知参数,用最小 二乘或滤波方法进行参数估计。 二、数据处理及结果分析 在清华大学主楼的已知点上用A ST ECH公司 的GG24型单频接收机记录了1.5h的观测数据, 采样率设为1s。GG24接收机有24个通道,可同时 8 测　绘　通　报 1999年　第4期

GPS测量原理与应用期末考试复习

GPS测量原理及应用期末考试复习 第一章绪论 1.简述GPS系统的特点有哪些？ ①定位精度高②观测时间短③测站间无需通视④可提供地心坐标 ⑤操作简便⑥全天候作业⑦功能多、应用广 2.GPS定位系统由哪几部分组成的？各部分的作用是什么？ 整个GPS系统，它包括三部分： （1）空间部分—GPS卫星及其星座（2）地面控制部分—地面监控系统（3）用户设备部分—GPS信号接收机。 作用：（1）①连续不断向地面发送GPS导航和定位信号； ②接收地面站的指令，修正轨道偏差并启动备用设备； ③接收地面站发来的导航电文和其他信号； （2）地面监测系统由一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。 主控站：①收集数据：收集本站及各监测站获得的各种数据； ②处理数据：处理收集的数据，按一定格式编制成导航电文； ③监测协调：控制和协调监测站、注入站和卫星的工作； ④控制卫星：修正卫星的运行轨道，发送启动备用设备指令。 注入站：将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。 监测站：接收卫星信号，为主控站提供卫星的观测数据。 （3）捕获卫星信号，（计算出测站的三维位置，或三维速度和时间）达到导航和定位的目的。 第二章坐标系统和时间系统 1.GPS 定位对坐标系有何要求？ （1）需把卫星与地面点的位置统一在一个坐标系内； （2）需采用空间直角坐标系，以便于天球与地球坐标系进行转换； （3）天球与地球坐标系的建立上应具有简便的变换关系。 2.定义一个空间直角坐标系条件有哪些? （1）坐标原点的位置（2）三个坐标轴的指向（3）长度单位 3.WGS-84空间直角坐标系的几何定义？ 原点：地球的质心； 三轴指向：Z轴——国际时间局（BIH ）1984.0定义的协议地球极（CTP，Conventional Terrestrial Pole）方向； X轴——相应零子午面和赤道的交点（经度零点）； Y轴——构成右手坐标系。 4、简述定义时间系统和时间尺度的条件分别是什么？ 定义时间系统的条件：尺度(时间单位)；原点(历元) 定义时间尺度的条件：周期运动；该周期是连续稳定的；该周期可被观测和实验复现。 第三章卫星运动基础及GPS卫星星历 1、开普勒轨道6参数分别是什么？各参数的作用？ ①轨道椭圆长半径a②轨道椭圆第一偏心率e；a ,e 确定轨道椭圆形状和大小。 ③升交点赤经：升交点与春分点所对应的地心夹角称升交点赤经Ω④i轨道面倾角：卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。Ω,i确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。

卫星导航定位实验报告

China University of Mining and Technology 《卫星导航定位算法与程序设计》 实验报告 学号： 07122825 姓名：王亚亚 班级：测绘12—1 指导老师：王潜心/张秋昭/刘志平 中国矿业大学环境与测绘学院 2015-07-01

实验一编程实现读取下载的星历 一、实验要求： 读取RINEX N 文件，将所有星历放到一个列表（数组）中。并输出和自己学号相关的卫星编号的星历文件信息。读取RINEX O文件，并输出指定时刻的观测信息。 二、实验步骤： 1、下载2014年的广播星历文件和观测值文件，下载地址如下： ftp://https://www.wendangku.net/doc/c08228578.html,/gps/data/daily/2014/ 2、要求每一位同学按照与自己学号后三位一致的年积日的数据文件和星历文件，站点的选择必须选择与姓氏首字母相同的站点的数据，以王小康同学为例，学号：07123077，需下载077那天的数据。有些同学的学号365<后三位 <730，则取学号后三位-365，以姜平同学为例：学号10124455，下载455- 365=90 天的数据，有些同学的学号730<后三位<=999，则取学号后三位-730，以万伟同学为例：学号：07122854，则下载854-730 = 124天的数据。可以选择wnhu0124.14n wnhu0124.14o 根据上述要求我下载了2014年第95天的数据，选择其中的wsrt0950.14n和wsrt0950.14o星历文件。指定时刻（学号后五位对应在年积日对应的秒最相近时刻）的观测值信息如张良09123881，后五位23881，取23881-3600*6= 2281秒，6点38分01秒，最近的历元应该是6点38分00秒的数据。根据计算与我最接近的观测时刻为2014年4月5日6点20分30.00秒。 3、编程思路： 利用rinex函数读取星历文件中第14颗卫星的星历数据并输出显示。对数据执行762次循环找到对应的2014年4月5日6点20分30.00秒，并输出观测值。 4、程序运行结果：

GPS测量原理

目录 第一章绪论 (1) 1.GPS全球定位系统的建立： (2) 2.GPS全球定位系统组成： (2) 3.GPS系统的特点： (2) 4.*GPS、GALILEO、GLONASS（P10表1-4） (3) 第一章坐标系统和时间系统 (3) 2.1坐标系统： (3) 2.2时间系统： (4) 第三章卫星运动及星历 (4) 3.1无摄运动 (4) 3.2受摄运动 (5) 3.3GPS卫星星历 (5) 第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号 (6) 4.1卫星导航电文 (6) 第五章GPS卫星定位基本原理 (6) 5.1GPS卫星定位的基本原理 (6) 5.2定位方法 (6) 5.3整周未知数No的确定 (9) 5.4整周跳变的修复 (9) 第七章GPS测量误差 (10) 7.1 GPS测量误差源 (10) 7.2与信号传播有关的误差 (10) 第八章GPS测量设计与实施 (11) 8.1 GPS测量的技术设计 (11) 8.2 GPS测量外业准备 (13) 8.3GPS测量外业实施 (13) 8.4数据处理及测量结果的检核 (14) 第九章GPS测量数据处理 (16) 9.1数据处理 (17) 第一章绪论

1.GPS全球定位系统的建立： GPS：Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System,卫星测时测距导航/全球定位系统，是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能型、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。（原理：空间距离后方交汇） 2.GPS全球定位系统组成： 2.1GPS卫星星座 *基本参数： ○1基本的卫星数为21+3（21颗工作卫星+3颗备用卫星） ○2卫星轨道面的个数为6 ○3卫星高度为20200Km ○4轨道倾角为55° ○5运行周期为11h58min ○6载波频率为1575.42MHZ和1227.60MHZ GPS卫星作用： 1.向广大用户发送导航定位信息。 2、接收注入站发送到卫星的导航电文和其他相关信息，并通 过GPS信号电路，适时的发送给广大用户。 3、接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时 的改正运行偏差和启用备用时钟等。 2.2地面监控系统： 地面监控系统：包括1个主控站，3个注入站和5个监测站 作用： 1、监测和控制卫星上的设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿 着预定轨道运行。 2、保持各卫星处于同一时间。 2.3GPS信号接收机（用户设备） 3.GPS系统的特点： 1、定位精度高 2、观测时间短 3、测站间无需通视 4、可提供三维坐标 5、操作简单

GPS测量原理与应用实习报告

淮海工学院实习报告书 题目： GPS测量原理与应用实习 学院：测绘工程学院 专业：测绘工程 班级：D测绘131 姓名：戴峻 学号： 2013132911 2015年12 月30 日

实习报告评阅书 学生姓名：戴峻学号： 2013132911 班级：D测绘131 实践教学环节名称： GPS测量原理与应用实习 教学时间：2015年12 月 1 日-2015年12月15 日 指导教师评语： 实习报告成绩： 指导教师(签字)： 2016年1月5 日

目录 1、实习目的 (4) 2、实习成员 (4) 3、实习地点 (5) 4、实习原理 (5) 5、实习内容 (6) 5.1G P S静态测量 (6) 5.1.1仪器设备 (6) 5.1.2布网方案 (6) 5.1.3选点原则 (8) 5.1.4外业观测 (9) 5.1.5内业处理 (10) 5.1.6注意事项 (23) 5.2g o a n d s t o p测量 (24) 5.2.1仪器设备 (24) 5.2.2作业过程 (24) 5.2.3内业处理 (25) 5.2.4注意事项 (27) 5.3G P S R T K动态测量 (28) 5.3.1仪器设备 (28) 5.3.2R T K技术原理 (28) 5.3.3外业采集 (29) 5.3.4内业处理 (31) 5.3.5注意事项 (35) 6、实习体会 (36) 附表一：G P S观测手簿记录表 (42) 附表二：点之记 (43)

1、实习目的 G P S课程实习的意义是对《G P S原理及应用》课程有深入的了解，对G P S外业数据采集以及内业数据处理有一定的了解。掌握G P S静态数据采集、静态数据处理、G P S-R T K外业测量。通过实习进一步深入了解G P S原理以及在测绘中的应用,巩固课堂所学的知识.熟练掌握G P S仪器的使用方法,学会G P S进行控制测量的基本方法并掌握G P S数据处理软件的使用方法，把理论知识与实践相结合近一步巩固所学知识。了解G P S原理以及在测绘中的应用，能够用有关理论指导作业实践，做到理论与实践相统一，提高分析问题、解决问题的能力，从而对控制测量学的基本内容得到一次实际应用，使所学知识进一步巩固、深化。 2、实习成员 我们专业一共有14个人，所以分为三个小组。 组织人：李微晓 第一小组成员：刘欣、戴峻、周聪、于健锋、吴开明组长：刘欣 第二小组成员：丁德军、钱小培、于伟鹏、刘先锋

GPS实验报告

实验一：GPS静态测量实验 实验目得：1、掌握天宝GＰS接收机得操作。 2、掌握GPS静态相对定位数据采集方法。 3、掌握卫星预报软件得使用方法。 4、掌握数据传输与后台处理软件得使用方法。 实习任务:对已有控制点进行多时段静态测量 实验步骤: ●放置脚架，对中整平，安置好仪器. ●量取天线高 ●打开接收机电源，接收机跟踪大于4颗以上卫星时,卫星指示灯慢闪；打 开数据记录灯；此时开始记录数据。（注:一定要保证数据记录灯亮，否 则没有记录数据） ●认真填写外业记录表 ●结束测量时，先关闭数据记录灯，再关闭接收机电源。 2、静态数据内业处理 (1）接收机得数据传输 关于外业观测数据得传输，比较特别得就是，Tｒimｂlｅ 5700接收机得数据传输需要安装Ｄａtａ Transfer数据传输软件才能实现传输. (2）将trimble接收机得数据文件转成RINEX格式 安装好Cｏｎｖｅrt tｏRINEＸ软件后,运行，选择好要转换得triｍｂle数据文件，如图:

点击“编辑”,对相关参数进行设置，选择观测方法为“护圏得中心",并根据外业观测记录表，填好初始天线高，点击“改正"即可。设置完成后，就就是进行格式转换了。

（3）HＧO软件,新建项目，选择相应得坐标系统 如图: （4）处理基线观测残差序列图与基线处理 这一个环节，主要就是通过查瞧基线得残差序列图来初步判断该基线得质量好坏。质量控制只作为了解,就是基线解算质量得三个恒量标准,即比率(ｒａｔio)、均方根(RMS).我们主要通过屏蔽某段信号或者某颗卫星得信号来使得ratio值与ＲMS值增大,ratio值越大越好，信号好得话，raｔｉo值一般在5０－100之间。RMS值越小越好,信号好得话,RMS值一般会在0、005左右。如图: 未屏蔽信号前:ratio值为１6,RＭＳ值为0、００６2

GPS单点定位实验报告

GPS原理与应用实验题目： GPS单点定位 专业：测绘工程 班级： 12-01 学号： 00 姓名：王威 指导教师：陶庭叶 时间：

目录 一、实验目的........................................... .. (3) 二、实验原理.............................................. .. (3) 三、实验内容............................................. . (3) 四、实验效果图........................................... . (9) 五、实验总结........................................... .. (9)

一．实验目的 1.深入了解单点定位的计算过程； 2.加强单点定位基本公式和误差方程式，法线方程式的记忆； 3.通过上机调试程序加强动手能力的培养。 二．实验原理 一个接收机接受三个火三个以上卫星信号，得出卫星坐标和伪距，利用间接平差计算接收机的坐标。 三．实验内容 1.程序流程图

2、实验数据 3、实验程序代码 Private Sub Command1_Click() = "TXT files|*.txt|" = 1 Open For Input As #1 Do While Not EOF(1) Line Input #1, Text textbuff = textbuff + Text + vbCrLf Loop Close #1 kk = - 1 Dim a ReDim a(kk - 1) a = Split(textbuff, vbCrLf) For j = 1 To kk

《GPS测量原理及应用》题库

一、单选题 1、卫星星座配置有（ D ）颗在轨卫星。 A. 21 B. 12 C. 18 D. 24 2、是指（ C ）。 A. 协议天球坐标系 B. 协议地球坐标系 C. 协调世界时 D. 国际原子时 3、政策是指（ D ）。 A. 紧密定位服务 B. 标准定位服务 C. 选择可用性 D. 反电子欺骗 4、定位中，信号传播过程中引起的误差主要包括大气折射的影响和（ A ）影响。 A. 多路径效应 B. 对流层折射 C. 电离层折射 D. 卫星中差 5、一般地，单差观测值是在（ A ）的两个观测值之间求差。 A. 同卫星、同历元、异接收机 B. 同卫星、异历元、异接收机 C. 同卫星、同历元、同接收机 D. 同卫星、异历元、异接收机 6、双差观测方程可以消除（ D ）。 A. 整周未知数 B. 多路径效应 C. 轨道误差 D.

接收机钟差 7、码的周期是（ A ）。 A. 1 B. 7天 C. 38星期 D. 1 9、在测量中，观测值都是以接收机的（ B ）位置为准的，所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。 A、几何中心 B、相位中心 C、点位中心 D、高斯投影平面中心 10、岁差和章动旋转变换是用于哪两个坐标系之间的转换（ A ）。 A、瞬时极天球坐标系与平天球坐标系 B、瞬时极天球坐标系与平地球坐标系 C、瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系 D、平天球坐标系与平地球坐标系 11、定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知数据，采用（A ）的方法，确定待定点的空间位置。 A、空间距离后方交会 B、空间距离前方交会 C、空间角度交会 D、空间直角坐标交会 12、根据定位原理，至少需要接收到（B ）颗卫星的信号才能定位。 A、5 B、4 C、3 D、2 13、在以下定位方式中，精度较高的是（C ）。 A、绝对定位 B、相对定位

GPS实验报告一

测绘工程学院GPS测量原理及应用 实验报告书 实验名称：GPS静态定位数据采集 专业班级：海洋101 姓名：刘健 学号：141003117 实验地点：主楼前 实验时间： 实验成绩：

一、实验目的和要求 1.练习GPS天线的整平、对中、安装； 2.练习GPS接收机静态系统配置与连接； 3.了解GPS接收机静态系统参数设置； 4.掌握GPS接收机测站信息采集与设置； 5.熟悉GPS接收机静态数据采集观测信息评价方法 二、计划与设备 1.实验时数安排为2学时、实验小组由2、4人组成，每小组可分为2个小小组，1人操作仪器，1人记录。 2.每组的实验设备为GPS接收机1台，天线1台、控制器1台、三脚架1支，记录扳1块。 3.每个实验班级。由实验室人员安置GPS接收机1台，供各小组轮流参观试用。 4.实验地点： GPS静态测量操作训练基地 三、方法与步骤 1、GPS接收机安置 （1）NovAtel RT2接收机、THALES /Ashtech Promark-2接收机 a). 作业员到测站后应先安置好接收机使其处于静置状态，然后再安置天线； b).天线用脚架直接安置在测量标志中心的垂线方向上，对中误差应≤3mm。天线应整平，天线基座上的圆气泡应居中； C).天线定向标志应指向正北，定向误差不宜超过±5°。对于定向标志不明显的接收机天线，可预先设置标记。每次应按此标记安置仪 器。 d)每时段开机前，作业员应先量取天线高，由于备有专用测高 尺，则可直接量取标志中心至天线基座天线高测量专用孔位的 距离h下，在关机后再量取一次天线高h下作较核，两次所量天 ，记录在手薄。若互差 线高互差不得大于3mm,取平均值为h 下 超限，应查明原因，提出处理意见并记入测量手薄备注栏中。 已知天线基座天线高测量专用孔至厂方指定天线高部位距离为 ，则天线高按下式计算： h 上 h=h上+h下 天线类型h上(m) 502双频天线0.375

GPS测量原理与应用试卷与答案(共5套)

GPS原理与应用 第一套 一、单项选择题（每小题 1 分，共 10 分） 1.计量原子时的时钟称为原子钟，国际上是以（ C）为基准。 A、铷原子钟 B 、氢原子钟 C 、铯原子钟 D 、铂原子钟 2.我国西起东经 72°，东至东经 135°，共跨有 5 个时区，我国采用（ A ）的区时作为统一的标准时间。称作北京时间。 A、东8区 B 、西8区 C 、东6区 D 、西6区 3.卫星钟采用的是 GPS 时，它是由主控站按照美国海军天文台（ USNO） （ D ）进行调整的。在 1980 年 1 月 6 日零时对准，不随闰秒增加。 A、世界时（UT0） B 、世界时（UT1） C、世界时（UT2） D 、协调世界时（UTC） 4.在 20 世纪 50 年代我国建立的 1954 年北京坐标系是（ C）坐标系。 A、地心坐标系 B 、球面坐标系 C、参心坐标系 D 、天球坐标系 5.GPS定位是一种被动定位，必须建立高稳定的频率标准。因此每颗卫星上都必须 安装高精确度的时钟。当有 1×10— 9s 的时间误差时，将引起（ B ）㎝的距离误差。 A、20 B 、30 C 、40 D 、50 6. 1977 年我国极移协作小组确定了我国的地极原点，记作（B）。 A、JYD1958.0 B 、 JYD1968.0 C 、 JYD1978.0 D 、JYD1988.0 7. 在GPS测量中，观测值都是以接收机的（ B ）位置为准的，所以天线的相位 中心应该与其几何中心保持一致。 A、几何中心 B 、相位中心 C、点位中心 D 、高斯投影平面中心 8.在 20 世纪 50 年代我国建立的 1954 年北京坐标系，采用的是克拉索夫斯基椭球元素，其 长半径和扁率分别为（ B ）。 A、a=6378140、α =1/298.257 B 、a=6378245、α =1/298.3 C、a=6378145、α =1/298.357 D 、a=6377245、α =1/298.0 9.GPS 系统的空间部分由21 颗工作卫星及 3 颗备用卫星组成，它们均匀分布在（D） 相对与赤道的倾角为55°的近似圆形轨道上，它们距地面的 平均高度为20200Km，运行周期为11 小时58 分。 A、3 个 B 、四个 C 、五个 D 、 6 个 10.GPS卫星信号取无线电波中 L 波段的两种不同频率的电磁波作为载波，在载波 2 L 上调制有（ A）。