GPS重要知識(shí)點(diǎn)

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1、中文名稱：GPSM理及其應(yīng)用 英文名稱：The Principle and Application of GPS 一、教學(xué)目的和要求 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生既要掌握 GPS勺理論基礎(chǔ)知識(shí)，了解 GPSW產(chǎn)生、優(yōu)點(diǎn)和廣 泛用途，掌握GPSB勺組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)，GPSt位中的誤差源，距離測(cè)量和定位方法；又 要熟悉GPS勺實(shí)際操作與應(yīng)用，具備獨(dú)立運(yùn)用 GPSK術(shù)進(jìn)行科研和生產(chǎn)實(shí)踐的能力。 三、課程重點(diǎn)、難點(diǎn)及解決辦法 1 .課程的重點(diǎn) 子午衛(wèi)星系統(tǒng)的局限性，美國(guó)政府的 GPS政策，GPS系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)，電離層 延遲，對(duì)流層延遲及多路徑誤差，如何用測(cè)距碼來(lái)測(cè)定偽距，載波相位測(cè)量，

2、觀測(cè)值的 線性組合，周跳的探測(cè)及修復(fù)，整周模糊度的確定，單點(diǎn)定位，相對(duì)定位，差分 GPS。 2 .課程難點(diǎn) GPS衛(wèi)星的信號(hào)結(jié)構(gòu)，利用測(cè)距碼進(jìn)行偽距測(cè)量，載波相位測(cè)量，觀測(cè)值的線性組合， 周跳的探測(cè)及修復(fù)，整周模糊度的確定。 3 .解決辦法 ? 由于學(xué)生此前對(duì)擴(kuò)頻技術(shù)，碼分多址技術(shù)，衛(wèi)星星歷，碼相關(guān)技術(shù)等并不了解， 因而在上課時(shí)必須適當(dāng)補(bǔ)充一些必要的背景知識(shí)。 ? 運(yùn)用多媒體、錄像資料，交互式軟件等多種教學(xué)手段，通過(guò)較為形象和直觀的 方法，使學(xué)生理解一些難懂的原理和復(fù)雜的過(guò)程。 ? 課堂上進(jìn)行深入淺出的講解，課后再通過(guò)作業(yè)和實(shí)習(xí)等手段來(lái)加深學(xué)生對(duì)難點(diǎn) 問(wèn)題的理解。 四、實(shí)踐教

3、學(xué)的設(shè)計(jì)思想與效果 1、實(shí)踐教學(xué)的設(shè)計(jì)思想 GPS原理及其應(yīng)用是測(cè)繪類專業(yè)的一門應(yīng)用型專業(yè)基礎(chǔ)課程， 也是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的 課程， 實(shí)踐教學(xué)是該課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，其重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和理論 聯(lián)系實(shí)際的能力。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，不但能夠讓學(xué)生掌握基本的軟、硬件使用操作方 法和GPS測(cè)量項(xiàng)目的作業(yè)流程，而且能夠加深學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)的理解。理論 和實(shí)踐的緊密結(jié)合和相互滲透，是本課程的特色之一。 2、實(shí)踐教學(xué)效果 （ 1）實(shí)踐教學(xué)具備的平臺(tái) 通過(guò)重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)和 211 工程的資金以及國(guó)內(nèi)外各大接收機(jī)生產(chǎn)廠商的捐助， 學(xué)校擁 有供課程組使用的各種類型的 GPS 接收

4、機(jī)近 50 臺(tái)，并且配備了幾乎所有主流的 GPS 數(shù)據(jù)處理軟件。 課程組編寫了實(shí)習(xí)教材和實(shí)習(xí)教學(xué)大綱。 實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師為每一期實(shí)習(xí)編 寫了詳細(xì)的實(shí)習(xí)任務(wù)指導(dǎo)書(shū)， 并制作了相關(guān)的教學(xué)課件。 這些都為本課程的實(shí)踐教學(xué)提 供了良好的平臺(tái)。 （ 2）實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié) 實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)包括課間實(shí)習(xí)和集中實(shí)習(xí)兩部分。課間實(shí)習(xí)穿插于課堂教學(xué)之中，通 過(guò)教師對(duì)有關(guān)儀器、 軟件等的講解與演示， 幫助學(xué)生理解課堂教學(xué)所學(xué)的理論知識(shí)。 如： 通過(guò)GPS接收機(jī)操作的演示，讓學(xué)生了解相關(guān)的儀器設(shè)備；通過(guò)進(jìn)行衛(wèi)星可見(jiàn)性預(yù)報(bào) 和觀測(cè)時(shí)段表編制等，深化學(xué)生對(duì) GPS 衛(wèi)星星座的認(rèn)識(shí)；通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件的使用， 加深

5、學(xué)生對(duì) GPS 定位原理的理解等。集中實(shí)習(xí)安排在學(xué)生完成理論課學(xué)習(xí)之后，具體 內(nèi)容和過(guò)程完全按照 GPS 測(cè)量工程的要求進(jìn)行，分為設(shè)計(jì)、觀測(cè)、處理和總結(jié)等四個(gè) 階段。通過(guò)集中實(shí)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握 GPS 測(cè)量作業(yè)的流程，并將理論課上所學(xué)的 知識(shí)用于解決在實(shí)習(xí)中所遇到的具體問(wèn)題。 （ 3）實(shí)踐教學(xué)效果 多年的實(shí)踐教學(xué)表明，實(shí)踐教學(xué)不僅有助于學(xué)生深入理解課堂所學(xué)的基本理論和方 法，掌握 GPS 測(cè)量的基本技能，而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，明顯提高了教 學(xué)質(zhì)量， 是培養(yǎng)知識(shí)面寬、 動(dòng)手能力強(qiáng)、 能很快適應(yīng)社會(huì)需求的高素質(zhì)學(xué)生的有效途徑。 以下各知識(shí)點(diǎn)非常重要 第一章、緒論

6、 內(nèi)容 1.1 全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景：子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性， GPSI勺產(chǎn)生、發(fā) 展及前景 1.2 GPSft各領(lǐng)域中的應(yīng)用：GPSft軍事、交通運(yùn)輸、測(cè)量和其他領(lǐng)域中的應(yīng)用， GPS 在我國(guó)的應(yīng)用狀況 1.3 美國(guó)政府的GPSt策：SA政策，AS政策，美國(guó)政府 GPSft策的新變化 重點(diǎn)講授：子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性、 GPS的產(chǎn)生與發(fā)展、GPSft各領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況、 美國(guó)政府的GPSft策及其新變化 第二章、全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu) 內(nèi)容 2.1 定位系統(tǒng)的組成：空間部分、地面監(jiān)控部分、用戶部分； GPSS收機(jī)、天線、 天線平均相位中心偏差及其改正方法

7、、天線高、接收通道 2.2 衛(wèi)星的信號(hào)結(jié)構(gòu)：載波、測(cè)距碼、導(dǎo)航電文、衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制方法 重點(diǎn)講授：GPSW組成，天線平均相位中心偏差，接收通道 第三章、GPSt位中的誤差源 內(nèi)容 3.1 概述 ：誤差分類、消除和消弱上述誤差影響的方法和措施 3.2 鐘誤差：衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘的鐘誤差及其改正方法 3.3 相對(duì)論效應(yīng)：相對(duì)論效應(yīng)產(chǎn)生的原因及消除方法，近似方法和嚴(yán)格方法 3.4 衛(wèi)星星歷誤差：廣播星歷和精密星歷，星歷誤差對(duì)定位的影響，消除和消弱星歷 誤差影響的方法 3.5 電離層延遲：電離層的概況、雙頻改正模型 3.6 對(duì)流層延遲：對(duì)流層概況、常用的對(duì)流層延遲模型

8、、提高對(duì)流層延遲精度的方法 3.7 多路徑誤差：反射波、載波相位測(cè)量中的多路徑誤差，消除和消弱多路徑誤差的 方法和措施 重點(diǎn)講授： 3.8 誤差分類、消除和消弱上述誤差影響的方法和措施 3.9 鐘誤差及其改正方法 3.10 相對(duì)論效應(yīng)及其改正方法 3.11 衛(wèi)星星歷誤差及其改正方法 3.12 電離層延遲，雙頻改正法 3.13 對(duì)流層延遲及其改正方法 3.14 多路徑誤差及其改正方法 第四章距離測(cè)量與GPS定位 內(nèi)容 4.1 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距：用測(cè)距碼測(cè)定偽距的方法、 測(cè)距碼測(cè)定偽距的優(yōu)點(diǎn)、 觀測(cè)方程 4.2 載波相位測(cè)量：進(jìn)行載波相位測(cè)量的

9、原因、重建載波、載波相位測(cè)量原理、載波 相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值、觀測(cè)方程 4.3 觀測(cè)值的線性組合：同類型同頻率觀測(cè)值的線性組合、必要參數(shù)和多余參數(shù)、單 差、雙差、三差、同類而不同頻率觀測(cè)值的線性組合、組合標(biāo)準(zhǔn)；常用的線性組合 ： 寬巷觀測(cè)值和無(wú)電離層延遲觀測(cè)值 4.4 周跳的探測(cè)及修復(fù) ： 產(chǎn)生周跳的原因 周跳的探測(cè)及修復(fù) 高次差值 多項(xiàng)式擬合 法 其他方法 4.5 整周模糊度的確定 靜態(tài)定位 動(dòng)態(tài)定位 準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位中常用的模糊度確定方法： 整數(shù)解和實(shí)數(shù)解 已知基線法 交換天線法 go and stop 法 OTF 法的基本概念 4.6 單點(diǎn)定位 坐標(biāo)系 用測(cè)碼偽距進(jìn)行

10、單點(diǎn)定位 精密單點(diǎn)定位的基本干概念 4.7 相對(duì)定位：基本術(shù)語(yǔ) 靜態(tài)相對(duì)定位 動(dòng)態(tài)相對(duì)定位 準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位 4.8 GPS 差分的產(chǎn)生、原理；單基準(zhǔn)站差分 GPS具有多個(gè)基準(zhǔn)站的局域差分 GPS廣域差分GPSW新進(jìn)展 重點(diǎn)講授： 4.9 測(cè)距碼測(cè)定偽距的方法、優(yōu)點(diǎn) 4.10 載波相位測(cè)量原理及實(shí)際觀測(cè)值、整周計(jì)數(shù)和整周模糊度 4.11 單差、雙差、三差， 求差法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，觀測(cè)值的線性組合 4.12 產(chǎn)生周跳的原因及探測(cè)修復(fù)周跳的方法 4.13 整周模糊度的確定方法 4.14 用測(cè)碼偽距進(jìn)行單點(diǎn)定位 4.15 靜態(tài)相對(duì)定位和動(dòng)態(tài)相對(duì)定位 4.16

11、PS理、分類，單站差分 和廣域差分gps 習(xí)題 第一講參考習(xí)題 內(nèi)容提要： 本講主要教授全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景和 GPS 的應(yīng)用。與 GPS 的 產(chǎn)生背景有關(guān)部分， 重點(diǎn)介紹第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) —— 子午衛(wèi)星系統(tǒng)的原理及其局 限性。與 GPS 應(yīng)用有關(guān)的部分，重點(diǎn)介紹 GPS 在軍事、交通運(yùn)輸、及測(cè)量等領(lǐng)域中的 應(yīng)用。 習(xí)題： 1、舉例說(shuō)明 GPS 在測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用。 答：（1）用GPS建立和維持全球性的參考框架； （ 2）建立各級(jí)國(guó)家平面控制網(wǎng)； （ 3）布設(shè)城市控制網(wǎng)、工程測(cè)量控制網(wǎng)，進(jìn)行各種工程測(cè)量； （ 4）在航空攝影測(cè)量、地籍測(cè)量、海洋測(cè)量中的應(yīng)

12、用。（《 GPS 測(cè)量與數(shù)據(jù)處理》， P7) 2、 “Transi你統(tǒng)是一個(gè)連續(xù)、獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) ”這種說(shuō)法正確嗎，為什么？ 答：這種說(shuō)法不正確。子午衛(wèi)星系統(tǒng)（ Transit）中沒(méi)有采用頻分、碼分、時(shí)分等多路接 收技術(shù)。接收機(jī)在某一時(shí)刻只能接收一個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，這就意味著子午衛(wèi)星星座中所含的 衛(wèi)星數(shù)不能太多。為防止在高緯度地區(qū)的視場(chǎng)中同時(shí)出現(xiàn)兩顆子午衛(wèi)星從而造成信號(hào)相 互干擾的可能性，子午衛(wèi)星星座中的衛(wèi)星一般不超過(guò) 6顆，從而使中低緯度地區(qū)兩次衛(wèi) 星通過(guò)的平均間隔達(dá)1.5h左右。由于各衛(wèi)星軌道面進(jìn)動(dòng)的大小和方向不一， 最終造成各 軌道面之間的間隔疏密不一。 相鄰軌道面過(guò)密時(shí)會(huì)導(dǎo)致兩

13、顆衛(wèi)星同時(shí)進(jìn)入用戶視場(chǎng)，造 成信號(hào)相互干擾，此時(shí)控制中心不得不暫時(shí)關(guān)閉一顆衛(wèi)星使其停止工作。軌道面過(guò)疏時(shí) 用戶的等待時(shí)間有可能長(zhǎng)達(dá) 8?10h。導(dǎo)航定位的不連續(xù)性使子午衛(wèi)星系統(tǒng)無(wú)法稱為一種 獨(dú)立的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，而只能成為一種輔助系統(tǒng)。（《 GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理》，P3） 3、名詞解釋：多普勒計(jì)數(shù) 答：若接收機(jī)產(chǎn)生一個(gè)頻率為 1的本振信號(hào)，并與接收到的頻率為 人的衛(wèi)星信號(hào)混頻， 然后將差頻信號(hào)（1 -力）在時(shí)間段科，匕］間進(jìn)行積分，則積分值”二入5 一%助 N稱為多普勒計(jì)數(shù)。 第二講參考習(xí)題 內(nèi)容提要：本講主要講授 GPS各部分，包括空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶部分的組 成與功能。在用戶

14、部分中，重點(diǎn)介紹與 GPS接收機(jī)有關(guān)的基本概念，例如天線平均相 位中心偏差，接收通道等。 習(xí)題： 1、GPS系統(tǒng)由哪幾部分組成，并說(shuō)明其作用？ 答：GPS系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：空間部分（GPS衛(wèi)星）、地面監(jiān)控部分和用戶部分。各 部分作用如下： (1) GPS衛(wèi)星可連續(xù)向用戶播發(fā)用于進(jìn)行導(dǎo)航定位的測(cè)距信號(hào)和導(dǎo)航電文，并接收來(lái) 自地面監(jiān)控系統(tǒng)的各種信息和命令以維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 (2)地面監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是：跟蹤 GPS衛(wèi)星，確定衛(wèi)星的運(yùn)行軌道及衛(wèi)星鐘改正 數(shù)，進(jìn)行預(yù)報(bào)后再按規(guī)定格式編制成導(dǎo)航電文，并通過(guò)注入站送往衛(wèi)星。地面監(jiān)控系統(tǒng) 還能通過(guò)注入站向衛(wèi)星發(fā)布各種指令， 調(diào)整衛(wèi)星的軌道及時(shí)

15、鐘讀數(shù)，修復(fù)故障或啟用備 用件等。 (3)用戶則用GPS接收機(jī)來(lái)測(cè)定從接收機(jī)至 GPS衛(wèi)星的距離，并根據(jù)衛(wèi)星星歷所給出 的觀測(cè)瞬間衛(wèi)星在空間的位置等信息求出自己的三維位置、三維運(yùn)動(dòng)速度和鐘差等參 數(shù)。 2、GPS系統(tǒng)中衛(wèi)星的廣播星歷是由()編制的：答案： B A衛(wèi)星上的處理器 B主控站 C監(jiān)測(cè)立6 D注入站 3、GPS測(cè)量中，如何消除天線平均相位中心偏差的影響？ 答：由于天線平均相位中心偏差的存在， GPS測(cè)量所得的位置并非標(biāo)石中心的位置。解 決這個(gè)問(wèn)題的一般方法有： (1)歸心改正法。進(jìn)行 GPS測(cè)量時(shí)若將接收機(jī)天線指標(biāo)線指北，則有 ［瑞石中心二 乂平勒相任中心—rcos^

16、 | Y — Y — rsin 〔峰石中心,平珈相位中心 當(dāng)基線兩端使用不同類型的 GPS接收機(jī)天線時(shí)，可用上述方法分別進(jìn)行改正，將成果 歸算至標(biāo)石中心。 (2)消去法。在相對(duì)定位時(shí)，若使用的均是同一類型的 GPS接收天線，將各站的天線 指標(biāo)線指北即可。 4、什么是接收通道？序貫通道與多路復(fù)用通道的工作原理有何區(qū)別? 答：接收機(jī)中用來(lái)跟蹤、處理、量測(cè)衛(wèi)星信號(hào)的部件，由無(wú)線電元器件、數(shù)字電路等硬 件和專用軟件所組成， 稱為接收通道。 一個(gè)通道在一個(gè)時(shí)刻只能跟蹤一個(gè)衛(wèi)星某一頻率 的信號(hào)。 序貫通道的循環(huán)周期大于 20ms；多路復(fù)用通道的循環(huán)周期小于或等于 20ms。由于導(dǎo)航 電

17、文中每個(gè)比特持續(xù)的時(shí)間為 20ms， 故多路復(fù)用通道可同時(shí)采集到各衛(wèi)星的導(dǎo)航電文， 而序貫通道則不能（必須通過(guò)其他渠道獲得導(dǎo)航電文）。 5、名詞解釋：天線的平均相位中心偏差，天線高 答： GPS 測(cè)量中，天線對(duì)中是以接收機(jī)天線的幾何中心（位于天線縱軸的中心線）為準(zhǔn) 的，而測(cè)量的卻是平均相位中心的位置。由于天線結(jié)構(gòu)方面的原因，平均相位中心和幾 何中心往往不重合，兩者之差稱為平均相位中心偏差，其值由生產(chǎn)廠商給出。 天線平均相位中心至標(biāo)石中心的垂直距離 H 稱為天線高。 第三講參考習(xí)題 內(nèi)容提要：本講主要講授 GPS各部分，包括空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶部分的組 成與功能。在用戶

18、部分中，重點(diǎn)介紹與 GPS 接收機(jī)有關(guān)的基本概念，例如天線平均相 位中心偏差，接收通道等。 習(xí)題： 1、 GPS 系統(tǒng)由哪幾部分組成，并說(shuō)明其作用？ 答：GPS系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：空間部分（GPS衛(wèi)星）、地面監(jiān)控部分和用戶部分。各 部分作用如下： （1） GPS衛(wèi)星可連續(xù)向用戶播發(fā)用于進(jìn)行導(dǎo)航定位的測(cè)距信號(hào)和導(dǎo)航電文，并接收來(lái) 自地面監(jiān)控系統(tǒng)的各種信息和命令以維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 （2）地面監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是：跟蹤 GPS衛(wèi)星，確定衛(wèi)星的運(yùn)行軌道及衛(wèi)星鐘改正 數(shù)，進(jìn)行預(yù)報(bào)后再按規(guī)定格式編制成導(dǎo)航電文，并通過(guò)注入站送往衛(wèi)星。地面監(jiān)控系統(tǒng) 還能通過(guò)注入站向衛(wèi)星發(fā)布各種指令， 調(diào)整衛(wèi)

19、星的軌道及時(shí)鐘讀數(shù)，修復(fù)故障或啟用備 用件等。 (3)用戶則用GPS接收機(jī)來(lái)測(cè)定從接收機(jī)至 GPS衛(wèi)星的距離，并根據(jù)衛(wèi)星星歷所給出 的觀測(cè)瞬間衛(wèi)星在空間的位置等信息求出自己的三維位置、三維運(yùn)動(dòng)速度和鐘差等參 數(shù)。 2、GPS系統(tǒng)中衛(wèi)星的廣播星歷是由()編制的：答案： B A衛(wèi)星上的處理器 B主控站 C監(jiān)測(cè)立6 D注入站 3、GPS測(cè)量中，如何消除天線平均相位中心偏差的影響？ 答：由于天線平均相位中心偏差的存在， GPS測(cè)量所得的位置并非標(biāo)石中心的位置。解 決這個(gè)問(wèn)題的一般方法有： (1)歸心改正法。進(jìn)行 GPS測(cè)量時(shí)若將接收機(jī)天線指標(biāo)線指北，則有 《瑞君中心二X平也相授中心―

20、rc口s L 4石中心=Y平期相也中心—「sin" 當(dāng)基線兩端使用不同類型的 GPS接收機(jī)天線時(shí)，可用上述方法分別進(jìn)行改正，將成果 歸算至標(biāo)石中心。 (2)消去法。在相對(duì)定位時(shí)，若使用的均是同一類型的 GPS接收天線，將各站的天線 指標(biāo)線指北即可。 4、什么是接收通道？序貫通道與多路復(fù)用通道的工作原理有何區(qū)別？ 答：接收機(jī)中用來(lái)跟蹤、處理、量測(cè)衛(wèi)星信號(hào)的部件，由無(wú)線電元器件、數(shù)字電路等硬 件和專用軟件所組成，稱為接收通道。一個(gè)通道在一個(gè)時(shí)刻只能跟蹤一個(gè)衛(wèi)星某一頻率 的信號(hào)。 序貫通道的循環(huán)周期大于 20ms；多路復(fù)用通道的循環(huán)周期小于或等于 20ms。由于導(dǎo)航 電文中每個(gè)比特

21、持續(xù)的時(shí)間為 20ms,故多路復(fù)用通道可同時(shí)采集到各衛(wèi)星的導(dǎo)航電文， 而序貫通道則不能（必須通過(guò)其他渠道獲得導(dǎo)航電文）。 5、名詞解釋：天線的平均相位中心偏差，天線高 答：GPS測(cè)量中，天線對(duì)中是以接收機(jī)天線的幾何中心（位于天線縱軸的中心線）為準(zhǔn) 的，而測(cè)量的卻是平均相位中心的位置。由于天線結(jié)構(gòu)方面的原因，平均相位中心和幾 何中心往往不重合，兩者之差稱為平均相位中心偏差，其值由生產(chǎn)廠商給出。 天線平均相位中心至標(biāo)石中心的垂直距離 H稱為天線高。 第四講參考習(xí)題 內(nèi)容提要：本講主要講授 GPS衛(wèi)星的信號(hào)結(jié)構(gòu)。包括載波、測(cè)距碼與導(dǎo)航電文各部分 的功能與結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)教授載波的頻率特性、測(cè)距

22、碼的分類、導(dǎo)航電文三個(gè)數(shù)據(jù)塊的基本 構(gòu)成以及GPS信號(hào)調(diào)制的模式。 習(xí)題： 1、GPS衛(wèi)星信號(hào)由哪幾部分組成？ 答：GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)由載波、測(cè)距碼和導(dǎo)航電文三部分組成。其中： （1）可運(yùn)載調(diào)制信號(hào)的高頻振蕩波稱為載波。 GPS衛(wèi)星所用的載波有兩個(gè)：Li （工二 1575.42耀）和 L2 J = 12276加出）； （2）測(cè)距碼是用于測(cè)定從衛(wèi)星至接收機(jī)間的距離的二進(jìn)制碼，包括 C/A碼和P碼。 （3）導(dǎo)航電文是由GPS衛(wèi)星向用戶播發(fā)的一組反映衛(wèi)星在空間的位置、衛(wèi)星的工作狀 態(tài)、衛(wèi)星鐘的修正參數(shù)、電離層延遲修正參數(shù)等重要數(shù)據(jù)的二進(jìn)制代碼， 也稱數(shù)據(jù)碼（D 碼）。 2、G

23、PS導(dǎo)航電文包含以下哪些內(nèi)容： 答案：ABC A. 衛(wèi)星星歷 B. 衛(wèi)星鐘改正數(shù) C. 電離層延遲改正參數(shù) D. C/A碼距離觀測(cè)值 3、對(duì)于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文的第二數(shù)據(jù)塊，下列那些說(shuō)法正確 ？答案：ACD A. 由第二、三子幀中的內(nèi)容構(gòu)成 B. 包含該衛(wèi)星鐘的改正參數(shù) C. 包含該衛(wèi)星的廣播星歷參數(shù) D. 包含該衛(wèi)星星歷的數(shù)據(jù)齡期 4、試對(duì)課本上P33頁(yè)的圖2—9進(jìn)行說(shuō)明。 答：圖2 —9為GPS衛(wèi)星信號(hào)構(gòu)成示意圖。圖中說(shuō)明衛(wèi)星發(fā)射的所有信號(hào)分量都是根據(jù) 同一基準(zhǔn)頻率F經(jīng)倍頻或分頻后產(chǎn)生的。 這些信號(hào)分量包括L1載波、L2載波、C/A碼、 p碼和數(shù)據(jù)碼。經(jīng)衛(wèi)星天線發(fā)射出

24、去的信號(hào)包括 c/a碼信號(hào)、卜^碼信號(hào)和匕- P碼 信號(hào)。實(shí)施SA政策時(shí)基準(zhǔn)頻率F中將加入快速抖動(dòng)自信號(hào)。實(shí)施AS政策時(shí)P碼將和 W碼進(jìn)行模二相加，形成保密的 Y碼。 5、測(cè)距碼調(diào)制到載波上的基本原理是怎樣的？ 答：GPS衛(wèi)星信號(hào)采用的是二進(jìn)制相位調(diào)制法。 其基本原理是先將導(dǎo)航電文調(diào)制在測(cè)距 碼上，然后再將組合碼調(diào)制到載波上。 6、名詞解釋：導(dǎo)航電文 答：導(dǎo)航電文是由 GPS衛(wèi)星向用戶播發(fā)的一組反映衛(wèi)星在空間的位置、衛(wèi)星的工作狀 態(tài)、 衛(wèi)星鐘的修正參數(shù)、 電離層延遲修正參數(shù)等重要數(shù)據(jù)的二進(jìn)制代碼， 也稱數(shù)據(jù)碼 （ D 碼）。它是用戶利用 GPS 進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)一組比不可少的數(shù)據(jù)

25、。 第五講參考習(xí)題 內(nèi)容提要：本講主要講授第三章 “GPSt位中的誤差源”的前三節(jié)。首先對(duì) GPS誤差源 進(jìn)行概述， 包括與衛(wèi)星有關(guān)的誤差、與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差和與接收機(jī)有關(guān)的誤差三大 類。對(duì)每類誤差產(chǎn)生的原理、性質(zhì)進(jìn)行綜述。對(duì)消除和削弱這些誤差影響的主要方法進(jìn) 行介紹。在此基礎(chǔ)上，對(duì)兩類誤差包括鐘誤差和相對(duì)論效應(yīng)進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。 習(xí)題： 1. 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差包括哪幾類？ 答：與衛(wèi)星有關(guān)的誤差包括：衛(wèi)星星歷誤差；衛(wèi)星鐘的鐘誤差；相對(duì)論效應(yīng)。 2. 總體而言，消除和減弱各種誤差影響的方法有哪些？ 答：消除和減弱各種誤差影響的主要方法有： （ 1）模型改正法 原理：利用模

26、型計(jì)算出誤差影響的大小，直接對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行修正。 適用情況：對(duì)誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式。 所針對(duì)的誤差源：相對(duì)論效應(yīng)，電離層延遲，對(duì)流層延遲，衛(wèi)星鐘差。 限制：有些誤差難以模型化。 （ 2）求差法 原理： 通過(guò)觀測(cè)值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測(cè)值中所包含的相同或相 似的誤差影響。 適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它類型的相關(guān)性 所針對(duì)的誤差源：對(duì)流層延遲、電離層延遲、衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差。 限制：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而減弱。 (3)參數(shù)法 原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來(lái)。 適用情況

27、：幾乎適用于任何的情況。 限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來(lái)估計(jì)。 (4)選擇較好且適用的軟硬件和選擇合適的測(cè)量地點(diǎn)與方法。 3.用廣播星歷鐘的衛(wèi)星鐘差改正數(shù)進(jìn)行改正后，衛(wèi)星鐘差殘余量在什么量級(jí)？進(jìn)一步 進(jìn)行改正的方法有哪些？ 答：用廣播星歷的衛(wèi)星鐘差改正數(shù)改正后 ，衛(wèi)星鐘差殘余量為5?10ns,對(duì)測(cè)距的影響為 1.5?3.0m。為了適應(yīng)更高精度的應(yīng)用，進(jìn)一步的改進(jìn)方法有： 1 .利用測(cè)碼偽距單點(diǎn)定位方法來(lái)確定接收機(jī)鐘的鐘差，精度估計(jì)可以達(dá)到 0.1?0.2郎。 2 .通過(guò)各種渠道獲得精確的衛(wèi)星鐘鐘差值，一般 IGS是比較好的數(shù)據(jù)來(lái)源，目前IGS給 出的衛(wèi)星鐘差的精度可以達(dá)到

28、 0.1ns。 3通過(guò)觀測(cè)值相減來(lái)消除公共的鐘差項(xiàng)。 4 .為什么GPS測(cè)量中必須仔細(xì)地消除鐘誤差？ 答：在GPS測(cè)量中我們是以及衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間 人二4 一4來(lái)確定從衛(wèi)星至接收機(jī)的 距離的。其中“為衛(wèi)星鐘所測(cè)定的信號(hào)離開(kāi)衛(wèi)星的時(shí)刻， 士為接收機(jī)鐘所測(cè)定的信號(hào)到 達(dá)接收機(jī)的時(shí)刻。若信號(hào)理論衛(wèi)星時(shí)衛(wèi)星鐘相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的 GPS時(shí)的鐘差為 2j,信號(hào)到 達(dá)接收機(jī)時(shí)接收機(jī)鐘相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的 GPS時(shí)的鐘差為% ,那么上述鐘誤差對(duì)測(cè)距所造成 的影響為 加二(悵一說(shuō)由于信號(hào)的傳播速度 c的值很大，因此在GPS測(cè)量中必 須十分仔細(xì)地消除鐘誤差。 5 .相對(duì)論效應(yīng)的影響下，衛(wèi)星鐘頻率是變快還是變慢

29、？如何改正？ 答：相對(duì)論效應(yīng)的影響下，衛(wèi)星鐘頻率變快。解決方法是在地面上生產(chǎn)原子鐘時(shí)將鐘的 頻率降低445，：1『叫『，f為衛(wèi)星的真近點(diǎn)角。另外為了求得相對(duì)論效應(yīng)的精確值，用 =一區(qū)里c 戶還需加上一項(xiàng)改正： 由于衛(wèi)星鐘的頻率誤差 A/而引起的衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間的誤差 A/和測(cè)距誤差A(yù)p為： M - 2290g sin E(ns) △戶=686 42^ sin 國(guó)楙) 其中e為衛(wèi)星軌道的偏心率，E為偏近點(diǎn)角。 6.名詞解釋：物理同步誤差，數(shù)學(xué)同步誤差 答：由GPS衛(wèi)星上的衛(wèi)星鐘所直接給出的時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)的 GPS時(shí)之差稱為衛(wèi)星鐘的物理 同步誤差。 顧及改正數(shù) 卜后的衛(wèi)星鐘讀數(shù)

30、與標(biāo)準(zhǔn)的 GPS時(shí)間之差稱為衛(wèi)星鐘的數(shù)學(xué)同步誤差， 其中&二豌+哦-4)+碩一4)。數(shù)學(xué)同步誤差是由衛(wèi)星導(dǎo)航電文中所給出的鐘差參 i 數(shù)。*1，0］的預(yù)報(bào)誤差以及被略去的隨機(jī)項(xiàng) 琳 引起的。 第六講參考習(xí)題 內(nèi)容提要： 本講主要講授第三章 定位中的誤差源”的第四、五節(jié)。在衛(wèi)星星歷誤差部分，重點(diǎn)從星 歷獲取的來(lái)源、星歷的精度等角度對(duì)廣播星歷與精密星歷進(jìn)行比較，分析星歷誤差對(duì)相 對(duì)定位的影響，提出減弱星歷誤差的相應(yīng)措施。在電離層部分，重點(diǎn)講授電離層誤差的 產(chǎn)生原理與雙頻改正模型。 習(xí)題： 1 .試對(duì)廣播星歷與精密星歷進(jìn)行比較。 答：衛(wèi)星的廣播星歷是由全球定位系統(tǒng)的地面控制部分所確

31、定和提供的，經(jīng)衛(wèi)星向全球 所有用戶公開(kāi)播發(fā)的一種預(yù)報(bào)星歷，其精度較差。 SA政策取消后，廣播星歷與IGS精 密星歷之差一般在10m以內(nèi)。 精密星歷則是為滿足大地測(cè)量、地區(qū)動(dòng)力學(xué)研究等精密應(yīng)用領(lǐng)域的需要而生產(chǎn)的一種 高精度的后處理星歷（目前IGS也開(kāi)始提供精密預(yù)報(bào)星歷， 以滿足高精度實(shí)時(shí)定位用戶 的需要）。目前的精密星歷主要有兩種：由美國(guó)國(guó)防制圖局（ DMA ）生產(chǎn)的精密星歷 以及由國(guó)際服務(wù)（IGS）生產(chǎn)的精密星歷。前者的星歷精度約為 2m；后者的精度則優(yōu)于 5cm。IGS是一個(gè)非軍方的估計(jì)協(xié)作組織，其開(kāi)放性也高。 2 .在相對(duì)定位中，對(duì)于 20km長(zhǎng)的基線，100m的星歷誤差對(duì)基線的精

32、度影響最大有多 大？ 答：衛(wèi)星星歷誤差對(duì)相對(duì)定位結(jié)果的影響一般可用下式來(lái)估計(jì)： ,式 中，狀為衛(wèi)星星歷誤差,Ab為衛(wèi)星星歷誤差所引起的基線誤差， b為基線長(zhǎng)，。為 接收機(jī)至衛(wèi)星的距離。 1.影響TEC的因素有哪些？ 答： 1 .電離層TEC隨電離層的高度不同而變化。 2 .隨地方時(shí)的不同而變化，一般而言，白天的電子含量最高，黑夜的電子含量最低。 3 .受到太陽(yáng)活動(dòng)的影響 4 .隨季節(jié)不同而變化，如 7月份和11月份的電子含量相差4倍。 5 .受到地磁場(chǎng)變化的影響。 6 .隨著測(cè)站位置的不同而變化。 2 .列出必要公式來(lái)說(shuō)明怎樣利用雙頻觀測(cè)值來(lái)消除電離層的誤差 根據(jù)所學(xué)知

33、識(shí)，相位觀測(cè)值的電離層改正量為： d* =-駕TEC 偽距觀測(cè)值的電離層改正量 403 dr^-^-TEC ? 對(duì)于載波相位觀測(cè)量，消除一階電離層影響的兩種有效組合形式為： * = 7^7% 一 段3” 2 54573 % 一 L98368 % 中=爐? 一號(hào)一升之=* ? 一 0箱以2 爭(zhēng)* J ? ? 對(duì)于雙頻偽距觀測(cè)值，消除一階電離層影響的兩種有效組合形式為： P二蔡 P「看匹=2.5457 斜-1.5457^2 Q =凸-4臼=Q「（力922 Ji 3.單頻用戶可以采用什么方式減弱電離層影響？ 答：對(duì)于單頻載波相位測(cè)量而言，電離層效應(yīng)距離偏差改正方法主要有相對(duì)

34、定位，模型 改正，半和改正法。距離較短時(shí)可用相對(duì)定位法，距離較遠(yuǎn)或者電離層非?；钴S時(shí)應(yīng)該 用模型改正或半和改正。根據(jù)不同的情況選擇合適的方法！ 4．名詞解釋：色散效應(yīng)，電離層改正 答：復(fù)合光通過(guò)三棱鏡等分光器由于波長(zhǎng)頻率的不同被分解為各種單色光的現(xiàn)象， 叫做 光的色散。 電磁波信號(hào)（衛(wèi)星所發(fā)射的信號(hào)）在穿過(guò)電離層時(shí)，其傳播速度會(huì)發(fā)生變化，變化程度 主要取決于電離層中的電子密度和信號(hào)頻率； 其傳播路徑也會(huì)略微彎曲，從而使得用信 號(hào)的傳播時(shí)間乘上真空中的光速 c 后所得到的距離不等于從信號(hào)源至接收機(jī)的幾何距 離，對(duì)這種誤差進(jìn)行的改正稱為電離層改正。 第七講參考習(xí)題 主要內(nèi)容

35、 主要介紹：對(duì)流層的概況、常用的對(duì)流層延遲改正模型、提高對(duì)流層延遲改正精度的方 法； GPS 信號(hào)反射波的性質(zhì)、 多路徑誤差的概念、 消除和消弱多路徑誤差的方法和措施； 簡(jiǎn)要介紹：地球自轉(zhuǎn)改正、天線相位中心改正 重點(diǎn)講授 ： 對(duì)流層延遲及其改正方法；多路徑誤差及其改正方法 1、 什么叫多路徑誤差？在 GPS 測(cè)量中可采用哪些方法來(lái)消除或削弱多路徑誤差？ 答： 在 GPS 測(cè)量中，被測(cè)站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）被接收機(jī)天線所 接收，與直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的 “多路徑誤差 ” 。這種由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)被

36、稱做多路徑效應(yīng)。 多路徑效應(yīng)將嚴(yán)重?fù)p害 GPS測(cè)量的精度，嚴(yán)重時(shí)還將引起信號(hào)的失鎖，是 GPS測(cè)量 中的一種重要的誤差源。要消除或削弱多路徑誤差影響可采取的方法和措施有： ）選擇合適的測(cè)站 1、避免臨近水域； 2、不宜選擇山坡上； 3、注意離開(kāi)高層建筑 二）選擇合適的 GPS 接收機(jī) 1、在天線下設(shè)置抑徑板或抑徑圈； 2、接收機(jī)天線對(duì)極化方向相反的反射信號(hào)應(yīng)有較強(qiáng)的抑制能力； 3、改進(jìn)接收機(jī)的軟、硬件 三）適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間 2、 什么叫 GPS 接收天線相位中心偏差？在 GPS 測(cè)量中可用哪些方法來(lái)消除其影響？ 答：GPS測(cè)量和定位時(shí)，天線對(duì)中是以接收機(jī)天線的幾何中心為

37、準(zhǔn)的，天線的相位中心 與其幾何中心在理論應(yīng)保持一致。然而，天線的相位中心實(shí)際上是隨信號(hào)輸入的強(qiáng)度和 方向不同而變化的，即觀測(cè)時(shí)相位中心的瞬時(shí)位置（一般稱相位中心）與理論上的相位 中心將不一致， 這種偏差稱為天線相位中心偏差。 亦可以將天線相位中心偏差分成兩部 分考慮：平均相位中心與天線幾何中心的偏差和瞬時(shí)相位中心與平均相位中心的偏差。 對(duì)于前者的改正可以通過(guò)： 1 ）采用歸心改正的方法，這種方法主要用于進(jìn)行高精度 單點(diǎn)定位以及采用不同類型的接收機(jī)天線進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)； 2）對(duì)于采用同一類型的接 收機(jī)天線進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)，則可通過(guò)天線指北的方法來(lái)予以消除。 而瞬時(shí)相位中心與平均相位中

38、心的差異是隨著衛(wèi)星高度角的不同而變化， 且主要表現(xiàn) 在高程方向上，平面上一般忽略不計(jì)，它的差異值一般均由接收機(jī)生產(chǎn)廠家直接給出， 以方便用戶使用。 第八講參考習(xí)題 主要內(nèi)容 首先介紹用測(cè)距碼測(cè)定偽距的方法，引述測(cè)距碼測(cè)定偽距的優(yōu)點(diǎn)，推導(dǎo)出 GPS 偽距測(cè) 量觀測(cè)方程； 然后介紹進(jìn)行載波相位測(cè)量的原因， 重建載波的方法和載波相位測(cè)量原理， 詳細(xì)闡述載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值并推導(dǎo)出載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程 重點(diǎn)講授 ： 4.1 測(cè)距碼測(cè)定偽距的方法、優(yōu)點(diǎn)、 GPS偽距測(cè)量觀測(cè)方程 4.2 載波相位測(cè)量原理及實(shí)際觀測(cè)值、載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程 1. 在 GPS 系統(tǒng)是如何用測(cè)距碼

39、來(lái)測(cè)定偽距的？ 答： 測(cè)距碼是用以測(cè)定從衛(wèi)星至地面測(cè)站間距離的一種二進(jìn)制碼序列。 利用測(cè)距碼測(cè)定 偽距，首先假設(shè)衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘均無(wú)誤差，都能與標(biāo)準(zhǔn)的 GPS 時(shí)間保持嚴(yán)格同步。 在某一時(shí)刻 t 衛(wèi)星在衛(wèi)星鐘的控制下發(fā)出某一結(jié)構(gòu)的測(cè)距碼，與此同時(shí)接收機(jī)則在接收 機(jī)鐘的控制下產(chǎn)生或者說(shuō)復(fù)制出結(jié)構(gòu)完全相同的測(cè)距碼（簡(jiǎn)稱復(fù)制碼）。由衛(wèi)星所產(chǎn)生 的測(cè)距碼經(jīng)△ t時(shí)間的傳播后到達(dá)接收機(jī)并被接收機(jī)所接收。由接收機(jī)所產(chǎn)生的復(fù)制碼 則經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間延遲器延遲時(shí)間。后與接收到的危險(xiǎn)能夠信號(hào)進(jìn)行比對(duì)。 如果這兩個(gè)信 號(hào)尚未對(duì)齊，就調(diào)整延遲時(shí)間 T,直至這兩個(gè)信號(hào)對(duì)齊為止。此時(shí)復(fù)制碼的延遲時(shí)間 T 就

40、等于衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間△ t,將其乘以真空中的光速C后即可得衛(wèi)星至地面的距離 p： p=p △C=c。由于衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘不同步，以及信號(hào)在傳播過(guò)程中受到大氣層的影響 使得VWC,所以求得的距離 P并不等于衛(wèi)星到地面測(cè)站的實(shí)際距離，故將其稱為偽 距。 2. 在全球定位系統(tǒng)中為何要用測(cè)距碼來(lái)測(cè)定偽距？ 答：全球定位系統(tǒng)采用測(cè)距碼來(lái)進(jìn)行偽距測(cè)量，而不采用其他手段（如脈沖法），這是 因?yàn)橛脺y(cè)距碼來(lái)測(cè)定偽距具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1）易于將微弱的衛(wèi)星信號(hào)提取出來(lái)。衛(wèi)星信號(hào)的發(fā)射功率有限，很容易被一些干擾 信號(hào)（如電視臺(tái)、移動(dòng)電話臺(tái)、微波中繼站等）所掩蓋，衛(wèi)星信號(hào)的強(qiáng)度一般只有這些 噪聲信號(hào)強(qiáng)

41、度的萬(wàn)分之一或更低。只有依據(jù)偽距碼的獨(dú)特結(jié)構(gòu)， 才能將衛(wèi)星信號(hào)從噪聲 中提取出來(lái)； 2）可提高測(cè)距精度。用測(cè)距碼進(jìn)行相關(guān)處理所獲得的偽距觀測(cè)值可以視為用積分間 隔中的每個(gè)碼分別測(cè)距， 然后將測(cè)得的結(jié)果取平均后所獲得的均值，其精度顯然要高于 脈沖法測(cè)距的精度； 3）便于用碼分多址技術(shù)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和處理。接收機(jī)接受信號(hào)時(shí)，衛(wèi)星信號(hào) 會(huì)連同噪聲一起進(jìn)入每個(gè)通道。但接收機(jī)在每個(gè)通道都規(guī)定了所觀測(cè)衛(wèi)星的 PRN號(hào)， 因此相應(yīng)通道只產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)衛(wèi)星的復(fù)制碼， 而其他衛(wèi)星的測(cè)距碼及噪聲與該復(fù)制碼可視 為相互正交，相關(guān)系數(shù)的影響趨于零。這樣就可以將其他衛(wèi)星信號(hào)及噪聲分離出去。因 此讓每個(gè)通道皆產(chǎn)

42、生與需要觀測(cè)的衛(wèi)星相同的測(cè)距碼， 就能同時(shí)對(duì)視場(chǎng)中的n顆衛(wèi)星分 別進(jìn)行偽距觀測(cè)，從而方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的識(shí)別和處理； 4）便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。采用測(cè)距碼后，美國(guó)國(guó)防部可以通過(guò)公開(kāi)某種碼的 結(jié)構(gòu)或?qū)δ撤N碼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保密來(lái)對(duì)用戶使用該系統(tǒng)的程度加以控制。 3 .寫出偽距測(cè)量的觀測(cè)方程并詳細(xì)闡述方程中各項(xiàng)的含義。 答： 偽距測(cè)量觀測(cè)方程工 9二聲斗傲如+如0?。匕十小吃 其中： P :真實(shí)的衛(wèi)地幾何距離 p :偽距觀測(cè)值 物*電離層延遲改正 我何 ：對(duì)流層延ifi改正 “衛(wèi)星鐘改正數(shù) .：接收機(jī)鐘改正數(shù) C-真空中的光速 4 .載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值是什么?

43、答: 進(jìn)行載波相位觀測(cè)時(shí)，GPS接收機(jī)實(shí)際能量測(cè)、提供給用戶如下的觀測(cè)值： 1)跟蹤到衛(wèi)星信號(hào)后的首次量測(cè)值，不足一周的部分 Fr (①) 2)其余各次觀測(cè)值整周計(jì)數(shù) Int (①) 第九講參考習(xí)題 主要內(nèi)容 首先介紹同類型同頻率觀測(cè)值的線性組合，解釋必要參數(shù)和多余參數(shù)的概念，詳細(xì)闡述 單差、雙差、三差觀測(cè)值；然后介紹同類型而不同頻率觀測(cè)值的線性組合，提出組合標(biāo) 準(zhǔn)，主要解釋常用的兩個(gè)線性組合觀測(cè)值：寬巷觀測(cè)值和無(wú)電離層延遲觀測(cè)值 重點(diǎn)講授： 單差、雙差、三差，求差法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，寬巷觀測(cè)值和無(wú)電離層延遲觀測(cè)值 習(xí)題: 1 .靜態(tài)相對(duì)定位中，在衛(wèi)星之間求一次差可有效消

44、除或削弱的誤差項(xiàng)為： A A.衛(wèi)星鐘差 B.電離層延遲誤差 C.星歷誤差 D.接收機(jī)鐘差 2 .什么是單差、雙差和三差，它們各有什么特點(diǎn)？ 答：將直接觀測(cè)值相減，所獲得的結(jié)果被當(dāng)做虛擬觀測(cè)值，稱為載波相位觀測(cè)值的單差。 包括在衛(wèi)星間求一次差，在接收機(jī)間求一次差，在不同歷元間求一次差三種求差法。在 載波相位測(cè)量的一次求差基礎(chǔ)上繼續(xù)求差所獲得的結(jié)果被當(dāng)成虛擬觀測(cè)值，稱為雙差。 常見(jiàn)的二次求差也有三種：在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差；在接收機(jī)和歷元間求二次差； 在衛(wèi)星和歷元間求二次差。二次差仍可繼續(xù)求差，稱為求三次差。只有一種三次差，即 在衛(wèi)星、接收機(jī)和歷元間求三次差。 考慮到GPS定位

45、的誤差源，實(shí)際上廣為采用的求差法有三種： 在接收機(jī)間求一次差， 在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差，在衛(wèi)星、接收機(jī)和歷元間求三次差。他們各自的特點(diǎn)分別 是： 1）在接收機(jī)間求一次差： 可以消除衛(wèi)星鐘差；接收機(jī)鐘差參數(shù)數(shù)量減少， 但并不能消 除接收機(jī)鐘差；衛(wèi)星星歷誤差、電離層誤差、對(duì)流層延遲等的影響也可得以減弱。 2）在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差： 衛(wèi)星鐘差被消去；接收機(jī)相對(duì)鐘差也被消去；在每個(gè) 歷元中雙差觀測(cè)方程的數(shù)量均比單差觀測(cè)方程少一個(gè)； 參數(shù)較少用一般的計(jì)算機(jī)就可勝 任數(shù)據(jù)處理工作。 3）在衛(wèi)星、接收機(jī)和歷元間求三次差： 在二次差的基礎(chǔ)上進(jìn)一步消去了整周模糊度參 數(shù)，但這并沒(méi)有多少實(shí)際

46、意義；三差解是一種浮點(diǎn)解；三差方程的幾何強(qiáng)度較差。一般 在GPS測(cè)量中廣泛采用雙差固定解而不采用三差解，通常僅被當(dāng)做較好的初始值，或 用于解決整周跳變的探測(cè)與修復(fù)、整周模糊度的確定等問(wèn)題。 3 .為什么在一般的 GPS定位中廣泛采用雙差觀測(cè)值？ 答:由于雙差觀測(cè)存在以下的優(yōu)點(diǎn)：消去了衛(wèi)星鐘差；接收機(jī)相對(duì)鐘差也被消去；在每個(gè) 歷元中雙差觀測(cè)方程的數(shù)量均比單差觀測(cè)方程少一個(gè)； 參數(shù)大大減少，用一般的計(jì)算機(jī)就 可勝任數(shù)據(jù)處理工作。 4 .為什么在靜態(tài)相對(duì)定位載波測(cè)量中廣泛采用求差法？ 答:在載波測(cè)量中，多余參數(shù)的數(shù)量往往非常多，這樣數(shù)據(jù)處理的工作量十分龐大，對(duì)計(jì) 算機(jī)及作業(yè)人員的素質(zhì)也會(huì)

47、提出較高的要求。 止匕外，未知參數(shù)過(guò)多使得解的穩(wěn)定性減弱。 而通過(guò)觀測(cè)值相減即求差法可消除多余觀測(cè)數(shù)，從而大大降低了工作量。 5 .什么是寬巷觀測(cè)值？如何利用寬巷觀測(cè)值？ 答:寬巷觀測(cè)值 /眼跡為兩個(gè)不同頻率的載波（LJ2）相位觀測(cè)值間的一種線性組合，即 5V缸蜘-虹1 %。其對(duì)應(yīng)的頻率為J~34782M1L ,對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng) 為 如.二環(huán)19cm ,對(duì)應(yīng)的整周模糊度為 心曲加 二%.生。由于寬巷觀測(cè)值的 波長(zhǎng)達(dá)86cm,利用它可以很容易準(zhǔn)確確定其整周模糊度，進(jìn)而準(zhǔn)確確定 N1和N2。 第十講參考習(xí)題 主要內(nèi)容 首先介紹產(chǎn)生周跳的原因，提出周跳的探測(cè)及修復(fù)方法：高次差值法、多項(xiàng)式

48、擬 合法、其他方法等；然后介紹靜態(tài)定位、動(dòng)態(tài)定位、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位中常用的模糊度 確定方法：已知基線法、交換天線法、go and stop法、OTF法等，詳細(xì)闡述整數(shù) 解和實(shí)數(shù)解的概念 重點(diǎn)講授： 探測(cè)修復(fù)周跳的方法；整周模糊度的確定方法 習(xí)題： 1 . 什么叫整周跳變？在 GPS測(cè)量中應(yīng)如何來(lái)解決整周周跳問(wèn)題？ 答：如果由于某種原因使計(jì)數(shù)器在某段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)工作產(chǎn)生中斷， 那么恢復(fù)累 計(jì)后的所有計(jì)數(shù)中都含有同一偏差， 該偏差為中斷期間所丟失的整周數(shù)。 對(duì)于不 足一周部分而言，由于接收機(jī)的正常工作，仍然是正確的，這種整周計(jì)數(shù)出現(xiàn)錯(cuò) 誤而不足一周部分仍然正確的現(xiàn)象稱為整周跳變，簡(jiǎn)稱周跳。

49、周跳會(huì)影響結(jié)果精度，應(yīng)該進(jìn)行探測(cè)和修復(fù)。主要有高次差法，多項(xiàng)式擬 合法，用雙頻P碼探測(cè)修復(fù)以及三次差法。 2 .詳細(xì)介紹用高次差法或多項(xiàng)式擬合法修復(fù)整周跳變的算法。(僅選一種介紹) 答:(1)高次差法 對(duì)于一組不含整周跳變的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在相鄰的兩個(gè)觀測(cè)值間依次求差而求得一 次差，由于一次差實(shí)際上就是相鄰兩個(gè)觀測(cè)萬(wàn)元衛(wèi)星至接收機(jī)的距離之差， 也等 于兩個(gè)萬(wàn)元間衛(wèi)星的徑向速度的平均值與采樣間隔的乘積。 因此徑向的變化在求 一次差后就要平緩得多。同樣，在兩個(gè)相鄰的一次差問(wèn)繼續(xù)求差就得二次差。 二 次差為衛(wèi)星的徑向加速度的均值與采樣間隔乘積， 變化更加平緩。采用同樣的辦 法求至四次差時(shí)，

50、其值已趨于零，其殘余誤差已呈現(xiàn)偶然特性。 對(duì)于存在周跳的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，如果從某個(gè)觀測(cè)值開(kāi)始有100周的周跳，就將使各 次差產(chǎn)生相應(yīng)的誤差，而且誤差的量會(huì)逐次放大，根據(jù)這一原理可探測(cè)出周跳發(fā) 生的位置及其大小。 (2)多項(xiàng)式擬合法: 將m個(gè)無(wú)周跳的載波相位觀測(cè)值代入下式，進(jìn)行多項(xiàng)式擬合: (i=1,2,. 京=聞+01出…+31Kti ?也廣 …,m;m>n+1) 用最小二乘法求得式中的多項(xiàng)式系數(shù) a0,a1,...,an, 并根據(jù)擬合后的參差 計(jì)算出中誤差.用求得的多項(xiàng)式系數(shù)來(lái)外推下一萬(wàn)元的載波相位觀測(cè)值并與實(shí)際 觀測(cè)值進(jìn)行比較，當(dāng)兩者之差小于3倍中誤差時(shí)，認(rèn)為該觀測(cè)值無(wú)周跳.去掉

51、最早 的一個(gè)觀測(cè)值，假如上述無(wú)周跳的實(shí)際觀測(cè)值后2Bi續(xù)上述過(guò)程進(jìn)行多項(xiàng)式擬合 . 當(dāng)外推值與實(shí)際觀測(cè)值之差大于等于 3倍中誤差時(shí)，認(rèn)為實(shí)際觀測(cè)值有周跳.此 時(shí)應(yīng)采用外推的整周計(jì)數(shù)去取代有周跳的實(shí)際觀測(cè)值中的整周計(jì)數(shù) ，但不足一周 的部分Fr(①)仍保持不動(dòng).然后繼續(xù)上述過(guò)程，直至最后一個(gè)觀測(cè)值為止。 3 .在基線解算時(shí)，求解整周未知數(shù)的常用方法有哪些？ 答：取整法；置信區(qū)間法；模糊度函數(shù)法；整數(shù)解和實(shí)數(shù)解 4 .為什么說(shuō)準(zhǔn)確確定整周未知數(shù)是載波相位測(cè)量中的關(guān)鍵問(wèn)題？ 答：（1）精確的1（4及修復(fù)周跳后的整周計(jì)數(shù)只有與正確的 N配合使用才有意 義，N出錯(cuò)將嚴(yán)重?fù)p害定位精度和可靠性

52、。 （2）在一般的GPS測(cè)量中，定位所需的時(shí)間即為確定模糊度所需的時(shí)間， 快速確 定N對(duì)提高GPS定位速度，提高作業(yè)效率具有重要作用。 5 .為什么在短基線GPS測(cè)量時(shí)一般都采用雙差固定解？ 答：在短基線測(cè)量中，由于測(cè)站間所受到的誤差相關(guān)性好， 利用雙差法就能較完 善地將這些誤差消除，因而通常都能獲得固定解。在中長(zhǎng)基線測(cè)量中，誤差的相 將性將減弱，初始解的誤差將隨之增大，從而使模糊度參數(shù)很難固定。 6 .何謂基線解算中的整數(shù)解（固定解）？簡(jiǎn)要說(shuō)明其計(jì)算方法及優(yōu)點(diǎn)？ 答：當(dāng)整周模糊度參數(shù)取整數(shù)時(shí)所求得的基線向量解稱為整數(shù)解，也稱為固定解。 計(jì)算步驟如下： 1）求初始解。用修復(fù)周跳、

53、剔除粗差后的載波相位觀測(cè)值進(jìn)行基線向量 的解算，求得基線向量及整周模糊度參數(shù)， 這種解稱為初始解。由于各種誤差的 影響，初始解中的模糊度參數(shù)一般為實(shí)數(shù)。 2）將整周模糊度固定為整數(shù)。采用取整法、置信區(qū)問(wèn)法或其他方法，非 常有把握將上述模糊度參數(shù)一一固定為整數(shù)。 3）求固定解。將上述固定為整數(shù)的模糊度參數(shù)作為已知值代回法方程式， 重新求解基線向量，從而獲得固定解 整數(shù)解是在模糊度參數(shù)已被恢復(fù)為真值的基礎(chǔ)上求得的， 是與一組不受誤差 影響的、正確的、模糊度參數(shù)相對(duì)應(yīng)的解，所以精度較高。 第十一講參考習(xí)題 主要內(nèi)容 首先介紹單點(diǎn)定位所用的坐標(biāo)系，闡述用測(cè)碼偽距進(jìn)行單點(diǎn)定位的方法，精密

54、單點(diǎn)定位 的基本概念；然后詳細(xì)解釋三個(gè)基本概念：靜態(tài)相對(duì)定位、動(dòng)態(tài)相對(duì)定位、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì) 定位 重點(diǎn)講授： 用測(cè)碼偽距進(jìn)行單點(diǎn)定位；靜態(tài)相對(duì)定位和動(dòng)態(tài)相對(duì)定位 習(xí)題： 1.什么是偽距單點(diǎn)定位？說(shuō)明用戶在使用 GPS接收機(jī)進(jìn)行偽距單點(diǎn)定位時(shí)，為何需要 同時(shí)觀測(cè)至少4顆GPS衛(wèi)星？ 答：根據(jù)GPS衛(wèi)星星歷和一臺(tái)GPS接收機(jī)的偽距測(cè)量觀測(cè)值來(lái)直接獨(dú)立確定用戶接收 機(jī)天線在 WGS-84 坐標(biāo)系中的絕對(duì)坐標(biāo)的方法叫偽距單點(diǎn)定位， 也叫絕對(duì)定位。 由于進(jìn) 行偽距單點(diǎn)定位時(shí)， 每顆衛(wèi)星的偽距測(cè)量觀測(cè)值中都包含有接收機(jī)鐘差這一誤差， 造成 距離測(cè)量觀測(cè)值很不準(zhǔn)確。 需要將接收機(jī)鐘差作為一

55、個(gè)未知數(shù)加入到偽距單點(diǎn)定位的計(jì) 算中，再加上接收機(jī)天線坐標(biāo)三個(gè)未知數(shù)，為了不造成方程秩虧無(wú)法求解，就至少需要 4 個(gè)偽距觀測(cè)值，即需要同時(shí)觀測(cè)至少 4 顆 GPS 衛(wèi)星。 2 . 什么是靜態(tài)相對(duì)定位載波測(cè)量？ 答： 如果待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)中的位置近似為固定不變，通過(guò)載波測(cè)量確定這些待定點(diǎn)間 的相對(duì)位置成為載波相對(duì)定位。 3 .簡(jiǎn)述go and stop法的基本原理，以及該方法的適用范圍。 答： 保持連續(xù)跟蹤的所有載波相位觀測(cè)值中都有相同的整周未知數(shù)，只要首先設(shè)法確定 這些整周未知數(shù)， 并在以后的遷站中保持繼續(xù)保持對(duì)衛(wèi)星的跟蹤，當(dāng)接收機(jī)到達(dá)新的測(cè) 站點(diǎn)就不需要再確定整周未知數(shù)了。

56、這樣在新點(diǎn)上只需要 1－ 2分鐘的觀測(cè)就可以精確 確定基線向量。 走走停停法從形式上看類似于動(dòng)態(tài)定位，因?yàn)榻邮諜C(jī)在遷站過(guò)程中仍需開(kāi)機(jī)觀測(cè)， 保持 對(duì)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。 但這種跟蹤的目的不是為了確定接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡而是為了傳遞整 周模糊度， 以便達(dá)到定點(diǎn)后可實(shí)現(xiàn)快速定位。 該方法通常是采用已知基線法和交換天線 法來(lái)快速確定整周模糊度的（這一過(guò)程也被稱為 “初始化 ”）。 這種方法只在開(kāi)闊地區(qū)適用， 在一般地區(qū)，常因?yàn)楦鞣N遮擋在遷站過(guò)程中失鎖而無(wú)法傳 遞整周模糊度！ 第十二講參考習(xí)題 主要內(nèi)容 首先介紹差分GPS的產(chǎn)生及原理；然后介紹差分 GPS分類（根據(jù)差分GPS基準(zhǔn)站發(fā)送

57、的信息方式的不同）：位置差分、偽距差分、相位差分；提出差分 GPS 網(wǎng)的分類方法： 單基準(zhǔn)站差分 GPS、 具有多個(gè)基準(zhǔn)站的局域差分 GPS、 廣域差分 GPS， 最后介紹廣域差 分 GPS 的新進(jìn)展。 重點(diǎn)講授： 差分GPS原理、分類，單站差分和廣域差分 gps 習(xí)題： 1．請(qǐng)簡(jiǎn)述差分 GPS 的基本原理。何為位置差分？何為距離差分？ 答：利用誤差的空間相關(guān)性 以上各類誤差中除多路徑效應(yīng)均具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性， 從而定位結(jié)果也有一定的空間 相關(guān)性。 差分 GPS 的基本原理：利用基準(zhǔn)站（設(shè)在坐標(biāo)精確已知的點(diǎn)上）測(cè)定具有空間相關(guān)性 的誤差或其對(duì)測(cè)量定位結(jié)果的影響，供流動(dòng)站

58、改正其觀測(cè)值或定位結(jié)果 差分改正數(shù)的類型： 距離改正數(shù)： 利用基準(zhǔn)站坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷可計(jì)算出站星間的計(jì)算距離， 計(jì)算距離減去觀 測(cè)距離即為距離改正數(shù)。這種方法稱為距離差分。 位置（坐標(biāo)改正數(shù)）改正數(shù)：基準(zhǔn)站上的接收機(jī)對(duì) GPS 衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，確定出測(cè)站的 觀測(cè)坐標(biāo)， 測(cè)站的已知坐標(biāo)與觀測(cè)坐標(biāo)之差即為位置的改正數(shù)。 這種方法稱為位置差分。 2 .什么是廣域差分 GPS及其組成？ 答：在一個(gè)相當(dāng)大的區(qū)域中，較為均勻的布設(shè)少量的基準(zhǔn)站組成一個(gè)系數(shù)的差分 GPS 網(wǎng)， 各基準(zhǔn)站獨(dú)立進(jìn)行觀測(cè)并將求得的距離差分改正數(shù)傳送給數(shù)據(jù)處理中心，由數(shù)據(jù)處 理中心進(jìn)行統(tǒng)一處理，以便將各種誤差分離開(kāi)來(lái)，然后再將衛(wèi)星星歷改正數(shù)、衛(wèi)星鐘差 改正數(shù)以及大氣延遲模型等播發(fā)給用戶，這種差分系統(tǒng)稱為廣域差分系統(tǒng)。 廣域差分系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)通信鏈、監(jiān)測(cè)站及用戶等部分組成。 基準(zhǔn)站的數(shù)量視覆蓋面積及用途而定，廣域差分 GPS 系統(tǒng)（ WAAS ）的數(shù)據(jù)通信鏈包 括兩個(gè)部分：一是基準(zhǔn)站，監(jiān)測(cè)站，數(shù)據(jù)處理中心等固定站間的數(shù)據(jù)通信鏈；二是系統(tǒng) 與用戶之間的數(shù)據(jù)通信鏈。