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一、填空（每空1分，共20分）1.子午卫星导航系统采用6颗卫星，并都通过地球的 南北极 运行。2.按照规范规定，我国GPS测量按其精度依次划分为AA、A、B、C、D、E六级，其中C级网的相邻点之间的平均距离为1510km，最大距离为40 km。3.在GPS定位测量中，观测值都是以接收机的相位中心位置为准的，所以天线的相位中心应该与其 几何 中心保持一致。 4.按照GPS系统的设计方案，GPS定位系统应包括 空间卫星 部分、 地面监控 部分和 用户接收 部分。5.在使用GPS软件进行平差计算时，需要选择 横轴墨卡托投影 投影方式6.从误差来源分析，GPS测量误差大体上可分为以下三类：卫星误差 ， 信号传播误差 和 接收机误差 。7.根据不同的用途，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。选择什么方式组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。8.美国国防部制图局（DMA）于1984年发展了一种新的世界大地坐标系，称之为美国国防部1984年世界大地坐标系，简称 WGS-84 。9.当使用两台或两台以上的接收机，同时对同一组卫星所进行的观测称为 同步观测 。10.双频接收机可以同时接收L1和 L2信号，利用双频技术可以消除或减弱 电离层折射 对观测量的影响，所以定位精度较高，基线长度不受限制，所以作业效率较高。11.在定位工作中，可能由于卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫 整周跳变 。12.PDOP代表 空间位置图形强度因子 13.GPS工作卫星的主体呈圆柱形，整体在轨重量为843.68，它的设计寿命为 7.5 年，事实上所有GPS工作卫星均能超过该设计寿命而正常工作。14.用GPS定位的方法大致有四类：多普勒法 、伪距法、射电干涉测量法、 载波相位测量法 。目前在测量工作中应用的主要方法是静态定位中的伪距法和载波相位测量法。15.在接收机和卫星间求二次差，可消去两测站接收机的 相对钟差 改正。在实践中应用甚广。二、名词解释（每小题4分,共20分）1.GPS卫星的导航电文2. 同步观测环3.静态定位4.GPS全球定位系统5.岁差三、问答题（60分）1.试述WGS84坐标系的几何定义（8分）2.如何减弱多路径误差（8分）3.简述GPS网的布网原则（9分）4.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）5. GPS技术设计中应考虑哪些因素？（10分）6.结合专业知识，论述GPS在GIS中的应用（15分）模拟试题（1）参考答案一、填空（每空1分，共20分） 1） 南北极 2） 40 3）几何 4）空间卫星 地面监控 用户接收5）横轴墨卡托投影6) 与GPS卫星有关的误差 与卫星信号传播有关的误差 与接收机有关的误差7) 点连 边连8) WGS849)同步观测10）电离层折射11）整周跳变12）空间位置图形强度因子13） 7.5 14）载波相位测量法15）相对钟差 二、名词解释（每小题4分,共20分）1.GPS卫星的导航电文答：GPS卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码转换到捕捉P码的信息。 2. 同步观测环答：三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。3.静态定位答：如果在定位时，接收机的天线在跟踪GPS卫星过程中，位置处于固定不动的静止状态，这种定位方式称为静态定位。4.GPS全球定位系统答：GPS全球定位系统是一个空基全天候导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间获取一个通用参照系中的位置，速度和时间信息的要求。5.岁差答：在日月引力和其他天体引力对地球隆起部分的作用下，地球自转轴方向不再保持不变，这使春分点在黄道上产生缓慢的西移现象，这种现象在天文学中称为岁差。三、问答题（60分）1.试述WGS84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。 2.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。 3.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。4.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。5. 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。6.结合专业知识，论述GPS在GIS中的应用（15分） GPS原理及应用模拟试题（2） 一、填空（每空1分，共20分） 1按照GPS系统的设计方案，GPS定位系统应包括 空间卫星 部分、 地面监控 部分和 用户接受 部分。2在使用GPS软件进行平差计算时，需要选择 横轴墨卡托投影 投影方式3从误差来源分析，GPS测量误差大体上可分为以下三类： 卫星误差 ， 信号传播误差 和 接收机误差 。4根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有 点连 式、 边连 式、网连及边点混合连接四种基本方式。选择什么方式组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。5VDOP代表 垂直分量精度因子 6当地球自转360时，卫星绕地球运行两圈，环绕地球运行一圈的时间为 11 小时58分。地面的观测者每天可提前4min见到同一颗卫星，可见时间约为 5 小时。这样，观测者至少能观测到4颗卫星，最多可观测到11颗卫星。7利用GPS进行定位有多种方式，如果就用户接收机天线所处的状态而言，定位方式分为 静态 定位和 动态 定位；若按参考点的不同位置，又可分为 单点 定位和 相对 定位。8GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采取 空间距离后方交会 的方法，确定待定点的空间位置。9GPS信号接收机，按用途的不同，可分为 导航 型、 测地型 和 授时型 等三种。 二、名词解释（每小题4分,共20分）1.GPS全球定位系统2星历误差3SA技术4伪距 三、问答题（60分）1.简述GPS网的布网原则（12分） 2什么是相对论效应？（8分）3简述卫星大地测量的作用。（10分） 4简述GPS卫星的主要作用。（10分） 5结合专业知识，论述GPS在GIS中的应用（20分） GPS原理及应用模拟试题（2）参考答案一、填空（每空1分，共20分） 1）空间卫星 地面监控 用户接收2）横轴墨卡托投影3）与GPS卫星有关的误差 与卫星信号传播有关的误差 与接收机有关的误差 4）点连 边连 5）垂直分量精度因子6）11 57）静态 动态 单点 相对8） 空间距离后方交会 9） 导航 测地型 授时型二、名词解释（每小题5分,共20分）1.GPS全球定位系统答：GPS全球定位系统是一个空基全天候导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间获取一个通用参照系中的位置，速度和时间信息的要求。2星历误差答：实际上就是卫星位置的确定误差。星历误差是一种起始数据误差，其大小主要取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。3SA技术答：其主要内容是：（1）在广播星历中有意地加入误差，使定位中的已知点（卫星）的位置精度大为降低；（2）有意地在卫星钟的钟频信号中加入误差，使钟的频率产生快慢变化，导致测距精度大为降低。4伪距答：GPS定位采用的是被动式单程测距。它的信号发射时刻是卫星钟确定的，收到时刻则是由接收机钟确定的，这就在测定的卫星至 接收机的距离中，不可避免地包含着两台钟不同步的误差影响，所以称其为伪距。三、问答题（60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。模拟试题（5）一、判断题（每小题2分,共20分）1. 20世纪50年代末期，美国开始研制多普勒卫星定位技术进行测速、定位的卫星导航系统，叫做子午卫星导航系统 2.当利用两台或多台接收机对同一组卫星的同步观测值求差时，可以有效的减弱电离层折射的影响，即使不对电离层折射进行改正，对基线成果的影响一般也不会超过1ppm，所以在短基线上用单频接收机也能获得很好的定位结果。 3图形强度因子是一个直接影响定位精度、但又独立于观测值和其它误差之外的一个量。其值恒大于1，最大值可达 100，其大小随时间和测站位置而变化。在GPS测量中，希望DOP越小越好。 4.子午卫星导航系统采用12颗卫星，并都通过地球的南北极运行。 5GPS定位精度同卫星与测站构成的图形强度有关，与能同步跟踪的卫星数和接收机使用的通道数无关。 6由于GPS网的平差及精度评定，主要是由不同时段观测的基线组成异步闭合环的多少及闭合差大小所决定的，与基线边长度和其间所夹角度有关，所以异步网的网形结构与多余观测密切相关。 7对于GPS网的精度要求，主要取决于网的用途和定位技术所能达到的精度。精度指标通常是以相临点间弦长的标准差来表示。 8C/A码的码长较短，易于捕获，但码元宽度较大，测距精度较低，所以C/A码又称为捕获码或粗码。 9开普勒第一定律告诉我们：卫星的地心向径，在相等的时间内所扫过的面积相等。 10在接收机和卫星间求二次差，可消去两测站接收机的相对钟差改正。在实践中应用甚广。 二、名词解释（每小题4分,共20分）1差分GPS2相对定位3实测星历4同步观测环5导航电文四、问答题（60分）1整周跳变（周跳）定义，原因以及特点。（10分）2载波相位测量方程以及个参数代表的意思（12分）3. 简述确定整周未知数 的四种方法。(8分)4如何减弱GPS接收机钟差。（10分）5GPS基线向量网的设计原则（20分）模拟试题（5）参考答案一、判断题（每小题2分,共20分）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 二、名词解释（每小题4分,共20分）1差分GPS利用设置在坐标已知的点（基准站）上测定GPS测量定位误差，用以提高在一定范围内其它GPS接收机（流动站）测量定位精度的方法 2相对定位答：确定进行同步观测的接收机之间相对位置的定位方法，称为相对定位。3实测星历答：它是根据实测资料进行拟合处理而直接得出的星历。它需要在一些已知精确位置的点上跟踪卫星来计算观测瞬间的卫星真实位置，从而获得准确可靠的精密星历。4同步观测环答；三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。5导航电文答：主要包括卫星星历、时钟改正、电离层延时改正、工作状态和C/A码转换到捕获P码的信息。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：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。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。通过在卫星间求一次差来消除接收机的钟差。5GPS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1015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。GPS原理及应用模拟试题（3）一、填空（每空1分，共20分） 1按照GPS系统的设计方案，GPS定位系统应包括 空间卫星 部分、 地面监控 部分和 用户接收 部分。2HDOP代表 水平分量精度因子 3利用GPS进行定位有多种方式，如果就用户接收机天线所处的状态而言，定位方式分为 静态定位和 动态 定位；若按参考点的不同位置，又可分为 单点 定位和 相对 定位。4GPS信号接收机，按用途的不同，可分为 导航 型、 测地型 和 授时型 等三种。5用GPS定位的方法大致有四类： 多普勒法 、伪距法、射电干涉测量法、 载波相位测量法。目前在测量工作中应用的主要方法是静态定位中的伪距法和载波相位测量法。6数据码即导航电文，它包含着卫星的星历、卫星 工作状态 、时间系统 卫星钟 运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正、由C/A码捕获P码的信息等。7动态定位是用GPS信号 实时 地测得运动载体的位置。按照接收机载体的运行速度，又将动态定位分成低动态、中等动态、高动态三种形式。8GPS网一般是求得测站点的三维坐标，其中高程为 大地 高，而实际应用的高程系统为 正常 高系统。9利用双频技术可以消除或减弱 电离层 折射对观测量的影响，基线长度不受限制，所以定位精度和作业效率较高。10GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采取 空间距离后方交会 的方法，确定待定点的空间位置。二、名词解释（每小题4分,共20分）1伪距2相对论效应3轨道摄动4极移5单点定位三、问答题（60分）1简述卫星大地测量的作用。（10分）2简述GPS卫星的主要作用。（10分）3如何重建载波？其方法和作用如何？（10分）4GPS误差来源（12分）5GPS的应用（16分）GPS原理及应用模拟试题（3）参考答案一、填空（每空1分，共20分） 1）空间卫星 地面监控 用户接收2）水平分量精度因子3）静态 动态 单点 相对4） 导航 测地型 授时型5）多普勒法 载波相位测量法6） 工作状态 卫星钟 7） 实时 8）大地 正常 9） 电离层 10） 空间距离后方交会 二、名词解释（每小题4分,共20分）1伪距答：GPS定位采用的是被动式单程测距。它的信号发射时刻是卫星钟确定的，收到时刻则是由接收机钟确定的，这就在测定的卫星至 接收机的距离中，不可避免地包含着两台钟不同步的误差影响，所以称其为伪距。2相对论效应答：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轨道摄动答：卫星的真实轨道与正常轨道之间的差异，称为轨道摄动。4极移答：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5单点定位答：仅单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系中的绝对位置的方法三、问答题（60分）1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。2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。3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。4GPS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5GPS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