山东科技大学泰山科技学院 2007-2008 学年第 1 学期GPS卫星定位与原理试卷（A卷）班级 姓名 学号题号-二三四五总得分评卷人审核人得分一、名词解释（每空 3 分，共 24 分），1 日月岁差 ;2 二体问题 ;3 无摄运动 ;4 卫星星历 ;5 静态定位 ;6 伪距法定位 ;7 固 定解;8 电离层折射误差.二、判断正误题（每题1分，共8分；正确的划“V”，错误的划“X”）1、（ ） GPS测得的站星之间的伪距就是指GPS卫星到地面测站之间的几何距离。2、（）GPS的测距码（C/A码和P码）是伪随机噪声码。3、（ ）GPS 的空间部分（卫星星座部分）由21 颗工作卫星、 3 颗备用卫星组成，均匀 分布在 6 个轨道上。4、（ ）在载波相位双差（先测站之间求差，后卫星之间求差）观测方程中，整周未知 数已被消去。5、（ ）与卫星有关的 GPS 定位误差有：卫星星历误差、卫星钟误差和相对论效应误差。6、（ ）GPS 定位直接获得的高程是似大地水准面上的正常高。7、（ ）GPS 静态定位之所以需要观测较长时间，其主要目的是为了削弱卫星星历误差 的影响。8、（）GPS定位观测的精度主要取决于观测卫星的空间图形结构。三、简答题（共44分）1 基线返工中应注意那几个问题？（ 6 分）2 GPS技术设计书的编写内容包括哪些？ （7分）3 GPS 测量的误差来源有哪些，分别包含哪几种？（8 分）4在GPS系统中，GPS卫星的作用是什么？ （6分）5 GPS 系统的特点有哪些? （7 分）6 定义球面坐标系并简述其与空间直角坐标系的坐标转换关系? （6 分）7 整周未知数的确定方法有哪些？（4 分）四、论述题（共 24 分）1 结合所学知识，谈谈 GPS 都有哪些应用前景（12）2 试论述载波相位测量原理（ 12）山东科技大学泰山科技学院 2007-2008 学年第1学期GPS卫星定位与原理试卷答案（A卷）班级 姓名 学号题号-二三四五总得分评卷人审核人得分二、名词解释（每空 3分，共 24 分）1 日月岁差：地区自转轴的长周期变化约为 25800 年绕黄极一周。是春分点产生 每年约 50.2”的长期变化，称之为日月岁差。2 二体问题：忽略所有摄动力，仅考虑地球质心引力研究卫星相对于地球的运动， 在天体力学中，称之为二体问题。3 无摄运动：只考虑地球质心引力作用的卫星运动称为卫星的无摄运动。 受摄运动：考虑了摄动力作用的卫星运动称为卫星的受摄运动。4 卫星星历：描述卫星运动轨道的信息称为卫星星历5 静态定位：是指对于固定不动的待定点，将 GPS 接收机安置于其上，观测数分 钟乃至更长的时间，以确定该点的三维坐标，又叫绝对定位。6 伪距法定位：由 GPS 接收机在某一时刻测出得到四颗以上 GPS 卫星的伪距以及 已知的卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标7 固定解：整周未知数解算以后，不再为整数，可将其调整为整数，解算出的观 测值坐标称为固定解，否则称为实数解。8 电离层折射误差：当 GPS 信号通过电离层时，如同其他电磁波一样，信号的路 径会发生弯曲，传播速度也会发生变化，所以用信号的传播时间乘以真空中光速 而得到的距离就会不等于卫星系统至接收机间的几何距离，这种偏差叫电离层折 射误差。二、判断正误题（每题1分，共8分；正确的划“V”，错误的划“X”）1、（X ） GPS测得的站星之间的伪距就是指GPS卫星到地面测站之间的几何距离。2、（ V ） GPS的测距码（C/A码和P码）是伪随机噪声码。3、（ V） GPS的空间部分（卫星星座部分）由21颗工作卫星、3颗备用卫星组成，均 匀分布在 6 个轨道上。4、 （X ）在载波相位双差（先测站之间求差，后卫星之间求差）观测方程中，整周未 知数已被消去。5、（）与卫星有关的GPS定位误差有：卫星星历误差、卫星钟误差和相对论效应误 差。6、（X） GPS定位直接获得的高程是似大地水准面上的正常高。7、（X） GPS静态定位之所以需要观测较长时间，其主要目的是为了削弱卫星星历误 差的影响。8、（ V ） GPS定位观测的精度主要取决于观测卫星的空间图形结构。三、简答题（共44分）1 基线返工中应注意那几个问题？（6 分）1 一个控制点不能与两条合格独立基线相联结，则在该点上应补测或重测不少于 一条独立基线2 可以舍弃在复测基线边长较差、同步闭合环差、独立环闭合差检验中超限的基 线，但必须保证舍弃基线后的独立环所含的基线数，不得超过相关规定，否则应 重测。3 由于点位不符合 GPS 测量要求而造成一个测站多次重测仍不能满足各项限差技 术规定时，可另增选新点进行重测。2 GPS技术设计书的编写内容包括哪些？ （7分）1 任务的来源及工作量2 测区概况3 布网方案4 选点与埋标5 观测6 数据处理7 完成任务的措施3 GPS测量的误差来源有哪些，分别包含哪几种？ （8分）1 与信号传播有关的误差包括电离层折射误差，对流层折射误差以及多路径效应误差2 与卫星有关的误差卫星星历误差，卫星钟误差以及相对论效应3 与接收机有关的误差 接收机钟差，接收机位置误差，天线相位中心位置误差，几何图形强度误差4 其他误差包括地球自转的影响，地球潮汐改正。4在GPS系统中，GPS卫星的作用是什么？ （6分）1. 用L波段的两个无线载波向广大用户连续不断的发送导航定位信号。2. 在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站S波段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，适时地发送给广大用户。3. 接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时地改正运行偏差或启用备用时钟 等。5 GPS系统的特点有哪些？ （7分）1. 定位精度高2. 观测时间短3. 测站间无需通视4. 可提供三为坐标5. 操作简便6. 全天候作业7. 功能多，应用广6 定义球面坐标系并简述其与空间直角坐标系的坐标转换关系？ （6分）1. 天球坐标系的定义：球面坐标系原点与直角坐标系的原点重合，以原点O至空间点的距离P作为第一 参数；以OP和OZ的夹角6 （取小于“的值）作为第二参数（在实际工作常以 二90 -6代替6作为第二参数）。第三参数为ZOX平面与ZOP平面的夹角，自 ZOX 平面起算右旋为正。2. 两者关系如下：a = arctan8 = arctan(乙)X2 + Y2X = rcosacosS Y = rsinacosSZ = rsinS7 整周未知数的确定方法有哪些？（4 分）1. 伪距法2. 将整周未知数当作平差中的待定参数3. 多普勒法4. 快速确定整周未知数法四、论述题（共 24 分）1 结合所学知识，谈谈 GPS 都有哪些应用前景（ 12）1. 在大地控制网中的应用2. 精密工程测量及变形监测中的应用3. GPS 在航空摄影测量中的应用4. 在线路勘测及隧道贯通测量中的应用5. 在地形，地籍及房地产测量中的应用6. GPS 在海洋测绘中的应用2试论述载波相位测量原理（12）载波相位测量的观测原理是 GPS 接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参 考信号的相位差。以申j（t ）表示k接收机在接收机钟面时刻t时所接收到的计卫k kk星载波信号的相位值，cp （t ）表示k接收机在钟面时刻t时所产生的本地参考信 k kk号的相位值，则k接收机在接收机钟面时刻t时观测卫星将所取得的相位观测量k可写为： k(tk)=p k(tk)-p k(tk)通常的相位或相位差测量只是测出一周以内的相位值。实际测量中，如果对 整周进行计数，则自某一初始取样时刻(t )以后就可以取得连续的相位测量值。0在初始t时刻，测得小于一周的相位差为A申，其整周数为Nj，此时包含0 0 0 整周数的相位观测值应为：j (t ) = Ap + Njk 0 0 0=pj(t )-p (t ) + Njk 0 k 0 0=p (t )-pj(t )+ Njk 0 k 0 0接收机继续跟踪卫星信号，不断测定小于一周的相位差Ap (t)，并利用整波计数器记录从t到t时间内的整周变化量Int(p )，只要卫星SJ从t0到t.之间卫星信0 i 0 i号没有中断，则初始时刻整周模糊度就为一常数，这样，任意一时刻t.卫星SJ 到 k 接收机的相位差为：j (t ) =p (t )-pj(t ) + Nj + Int(p)k . k . k . 0山东科技大学泰山科技学院 2007-2008 学年第1学期GPS卫星定位与原理试卷（B卷）班级 姓名 学号题号一-二三四五总得分评卷人审核人得分一、名词解释（每空 3分，共 24 分），1 章动 ;2 极移;3 受摄运动;4 周跳;5 对流层折射;6 接收机位置误差;7 固体潮;8 动态绝对定位 二、判断正误题（每题 1分，共8分）1、（ ） GPS测得的站星之间的伪距就是指GPS卫星到地面测站之间的含有钟差等一系 列定位误差的距离。2、（）GPS的测距码（C/A码和P码）是随机噪声码。3、（ ）GPS 的空间部分（卫星星座部分）由21 颗工作卫星、 3 颗备用卫星组成，均匀 分布在3 个轨道上。4、（ ）在载波相位双差（先测站之间求差，后卫星之间求差）观测方程中，接收机钟 差已被消去。5、（ ）与卫星有关的 GPS 定位误差有：卫星星历误差、卫星钟误差和大气折射误差。6、（ ）GPS 定位直接获得的高程是椭球面上的大地高。7、（ ）GPS 静态定位之所以需要观测较长时间，其主要目的是为了正确确定整周未知 数。8、（）GPS定位观测的精度主要取决于GPS地面网的图形结构。三、简答题（共 46 分）1 GPS 外业实施中，选点工作还应遵守哪些原则？（ 9 分）2 GPS 网的图形设计有哪几种？（ 7 分）3 GPS 接收机的检验包括哪几种？（ 6 分）4 GPS 卫星导航电文中第一数据块包含哪些内容？（ 5 分）5 GPS 工作卫星的地面监控系统包括那几部分，其任务分别是什么？（ 7 分）6 大地坐标系的定义以及与空间直角坐标系的关系？（ 6 分）7 GPS 涉及的时间系统有哪些，是如何定义的？（ 6 分）四、论述题（共 22 分）1 结合所学知识，谈谈 GPS 都有哪些应用前景（ 12 ）2 试推导载波相位测量的观测方程？（ 10 分）山东科技大学 20072008 学年第 1 学期GPS卫星定位与原理试卷答案（B卷）班级 姓名 学号题号一-二三四五总得分评卷人审核人得分二、名词解释（每空 3 分，共 24 分），1章动：一系列短周期变化中幅值最大的约为9”，周期为18.6 年，这些短周期 变化统称为章动。2 极移：地球瞬时自转轴在地球上随时间而改变，称为地极移动，简称极移。3 受摄运动：考虑了摄动力作用的卫星运动称为卫星的受摄运动。4 周跳：当信