卫星定位导航原理考试重点

1.GPS定位系统有哪几部分组成的？各部分的作用是什么？（1）GPS卫星星座1.接受地面站发来的导航电文和其他信号2.接受地面站的指令,修正轨道偏差并启动备用设备3.连续不断地向地面发送GPS导航和定位信号（2）地面监控系统: 一个主控站：收集数据；处理数据；监测协调；控制卫星三个注入站：将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器五个监测站：接收卫星信号，为主控站提供卫星的观测数据（3）GPS信号接收机：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2.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。

3.GPS接收机主要由接收机天线单元、GPS接收机主机单元和电源三部分组成。

完全定义一个空间直角坐标系必须明确：①坐标原点位置②三个坐标轴的指向③长度单位2.参心坐标系和质心坐标系的定义：参心是椭球的几何中心，质心是椭球的质量中心4.WGS—84坐标系的定义原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CIP）方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CIP赤道的交点，Y轴与Z,X轴构成右手坐标系。

5.导航电文（卫星电文、数据码/D码）：GPS卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。

主要包括：卫星星历，时钟改正，电离层时延延正，工作状态信息以及C/A码转换到捕获P码的信息。

6.GPS使用L1,L2两种载波的目的：目的在于测量出或消除掉由于电离层效应而引起的延迟误差。

7.C/A码和P码的含义C/A码是用于粗测距和捕获GPS卫星信号的伪随机码。

P码是卫星的精测码。

8. 二体问题：忽略所有的摄动力，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。

导航原理期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 卫星导航系统主要利用的是以下哪种信号进行定位？A. 无线电信号B. 声波信号C. 光波信号D. 电磁波信号答案：A2. GPS系统是由多少颗卫星组成的？A. 24颗B. 36颗C. 48颗D. 60颗答案：A3. 以下哪个是卫星导航系统中的误差来源？A. 大气延迟B. 卫星轨道误差C. 接收机时钟误差D. 所有以上答案：D4. 卫星导航接收机的定位精度通常受到哪些因素的影响？A. 卫星几何分布B. 信号传播路径C. 接收机硬件性能D. 所有以上答案：D5. 卫星导航系统在什么情况下可以提供三维定位？A. 接收到至少4颗卫星的信号B. 接收到至少3颗卫星的信号C. 接收到至少2颗卫星的信号D. 接收到至少1颗卫星的信号答案：A6. 什么是差分GPS（DGPS）？A. 一种提高GPS定位精度的技术B. 一种用于军事的GPS系统C. 一种GPS信号干扰技术D. 一种GPS信号加密技术答案：A7. 以下哪个不是卫星导航系统的主要组成部分？A. 卫星B. 地面控制站C. 用户设备D. 通信卫星答案：D8. 卫星导航系统通常使用哪种频率的信号？A. 超高频B. 甚高频C. 特高频D. 微波答案：D9. 卫星导航系统的时间同步是通过什么实现的？A. 原子钟B. 石英钟C. 机械钟D. 电子钟答案：A10. 卫星导航系统中，哪个参数用于计算用户和卫星之间的距离？A. 信号频率B. 信号时间C. 信号强度D. 信号相位答案：D二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述卫星导航系统的工作原理。

答案：卫星导航系统通过向地球发射无线电信号，用户设备接收来自至少四颗卫星的信号，根据信号传播的时间差计算出用户与每颗卫星之间的距离。

通过这些距离信息，结合卫星的精确位置，用户设备可以计算出自己的三维位置。

2. 解释什么是时间差定位（Time Difference of Arrival, TDoA）。

一、 填空题1.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。

2.GPS工作卫星的地面系统，目前主要由分布在全球的5个地面站组成，其中包括一个主控站、三个信息注入站和五个卫星监测站。

3.主控站一个，设在美国本土科罗拉多.斯平士(Colorado Springs)的联合空间执行中心。

注入站现有3个，分别设在印度洋的狄哥•伽西亚(Diego Garcia)、南大西洋的阿松森岛(Ascension)和南太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein)。

五个监测站除主控站和注入站外，还在夏威夷设立了一个监测站。

4.在GPS信号接收机的分类中，按接收机的载波频率分类：单频接收机(SingleFrequency Receiver) 、双频接收机(Double Frequency Receiver)、双系统接收机 (GPS+GLONASS)；按接收机的用途分类：导航(Navigation)型接收机、测地(Survey)型接收机、授时(Time)型接收机；按接收机的通道数分类：多通道接收机、序贯通道接收机、多路复用通道接收机；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.坐标系统与时间系统是描述卫星运动，处理观测数据和表达观测站位置的数学与物理基础。

6.坐标系统是由原点(origin)位置、坐标轴(Coordinate Axis)的指向和尺度(Scale)所定义的。

在GPS测量中,坐标系的原点一般取地球的质心（the mass center of the earth)，而坐标轴的指向具有一定的选择性。

为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认的坐标系，通常称为协议坐标系(Conventional Coordinate System)。

7.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)。

1、北斗导航定位系统的特点和功能：系统的空间卫星数目少、用户终端设备简单。

2、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。

3、GPS的特点：（1）定位精度高（2）观测时间短（3）测站间无须通视（4）可提供三维坐标（5）操作简单（6）全天候作业（7）功能多，应用广4、完全定义一个空间直角坐标系必须明确：（1）坐标原点的位置（2）三个坐标轴的指向（3）长度单位5、协议天球坐标系和协议地球坐标系的转换6、如何将GPS（WGS-84）转换为我国大地坐标7、不同大地坐标系的转换，除了上述七个参数外，还应增加两个转换参数，这就是两种大地坐标系所对应的地球椭球参数。

8、GPS时间系统采用原子时ATI秒长作为时间基准，但时间起算的原点定义在1980年1月6日UTC 0时。

9、只考虑地球质心引力作用的卫星运动成为卫星的无摄运动。

10、卫星星历是描述卫星运动轨道的信息。

GPS卫星星历分为预报星历和后处理星历。

11、GPS卫星信号包含有：载波、测距码和数据码。

12、选择这两个载频，目的在于测量出或消除掉由于电离层效应而引起的延迟误差。

13、GPS信号中使用了伪随机码编码技术，识别和分离各颗卫星信号，并提供无模糊度的测距数据。

14、GPS接收机的分类。

按接收机的用途分类（1）导航型接收机（2）测地型接收机（3）授时型接收机；按接收机的载波频率可分为单频接收机和双频接收机；按接收机通道数分类（1）多通道接收机（2）序贯通道接收机（3）多路多用通道接收机；按接收机工作原理分类（1）码相关型接收机（2）平方型接收机（3）混合型接收机（4）干涉型接收机15、GPS接收机主要由GPS接收机天线单元，GPS接收机主机单元和电源三个部分组成。

16、GPS卫星定位的基本原理：运用空间距离前方交会的方法求出卫星的位置；运用空间距离后方交会的方法求出测站点的位置；观测值为距离。

GPS原理与应用复习重点1.子午卫星系统释义：美国海军研发、开发、管理的第一代卫星导航定位系统，又称海军卫星导航系统。

原理：多普勒测量局限性：①.一次定位所需时间过长；②.不是一个连续、独立的导航系统；③.测量所需时间长，作业效率偏低；④.定位精度偏低。

2.SA技术（政策）——选择可用性释义：美国政府从其国家利益出发通过降低广播星历精度（ε技术）和使卫星钟频快速变化（δ技术）等方法，人为降低普通用户利用GPS进行导航定位时的精度。

3.AS技术（政策）——反电子欺骗释义：在P码上加上严格保密的W码，使其模二相加产生完全保密的Y码。

这是美国国防部为防止敌对对P码进行电子欺骗和干扰而采取的一种措施，仅在特殊情况下启动。

4.全球卫星导航系统（GNSS）组成：①.美国——GPS；②.俄罗斯——GLONASS；③.欧盟——Galieo。

5.北斗卫星导航定位系统性质：区域性的有源导航系统。

特点：投资小；建成快；具有一定的通信能力。

组成及功能：①.空间部分：由2～3颗地球同步卫星组成。

负责完成地面中心控制站与用户终端之间的双向电信号中转。

②.地面中心站：连续发射无线电信号，接收用户终端的应答信号，完成所有用户定位数据的处理和交换工作，并将计算结果发给各个用户。

是整个导航系统的中枢。

③.用户终端：接收经卫星转发的来自地面中心站的测距信号，注入相关信息后，用上述频率向卫星发出应答信号，再由卫星转给地面中心站，以进行信号传播时间的量测和定位导航计算。

工作原理及作业流程：①.地面中心站向一颗卫星发射信号，卫星将该信号放大后再发给用户；②.用户终端接收到转发的信息后发出应答信号，分别经两个卫星中转传回地面中心站；③.地面中心转在接收到卫星中转的应答信号后，即可求出中心站→卫星1→用户→卫星1→中心站和中心站→卫星1→用户→卫星2→中心站的传播时间和距离。

由于中心站和两个卫星的位置是已知的，于是可以求出两个卫星分别到用户的距离，采用距离交会法能求出用户的平面位置；④.地面中心站再通过卫星将计算结果传给用户。

GPS知识点总结1. 自1947年以来，GPS计划已经经历了方案论证、系统论证、生产实验三个阶段。

2. 目前全球定位系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的伽利略CALILEO系统及中国的北斗二代导航定位系统。

3. 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。

4. 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。

5. 地球坐标系随同地球自转，可看作固定在地球上的坐标系，用于描述地面观测站的空间位置；天球坐标系与地球自转无关，用于描述人造卫星的位置。

6. GPS定位中常用的坐标系有瞬时极天球坐标系、平天球坐标系、平地球坐标系、坐标系的两种定义方式与协定坐标系。

7. 岁差：由于地球近似为旋转椭球，日月对地球的引力产生力距，从而使地球自转轴在空间产生进动，即地球自转轴的方向在天球上缓慢地移动。

地球自转轴的变化引起与它垂直的赤道面的倾斜，从而使春分点变化。

这种运动取决于日月地三者的相关位置，其结果是运动十分复杂。

可以将运动分解为一个长周期变化和一系列短周期变化的叠加。

地球自转轴长周期变化约25800年绕黄极一周。

使春分点产生每年约50.2秒的长期变化称之为日月岁差。

8. 一系列短周期变化中振幅最大约9秒，周期为18.6年，这些短周期变化统称为章动。

9. 春分点除因地球自转轴方向改变引起的变化还因黄道的缓慢变化而变化，称之为行星岁差。

10. 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。

11. GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据而提供的。

而实用的测量成果往往是属于某一国家坐标系或者地方坐标系。

应用中必须进行转换12. CGS2000的建立使我国大地坐标框架的地心坐标精度由正负5米提高到了正负0.3米。

13. GPS定位中分别与广播星历和IGS最终精密星历相对应的时间系统是协调世界时和原子时。

GPS原理与应用的考试一、GPS的原理1.GPS的全称为全球定位系统（Global Positioning System）。

2.GPS系统由一组卫星、地面控制系统和用户设备组成。

3.GPS基本原理是利用卫星发射的信号来测量接收器与卫星之间的距离，通过距离的三角定位来确定接收器的位置。

二、GPS的应用1.航空导航：飞机通过接收多个卫星信号来确定飞机的位置和航向，进行自动驾驶和导航。

2.汽车导航：汽车GPS可以提供实时导航、交通信息、道路限速等功能，帮助驾驶者选择最佳路线。

3.手机定位：现代手机配备了GPS芯片，可以提供定位、导航、运动轨迹追踪等功能。

4.物流和地图服务：物流公司可以通过GPS跟踪货物位置，地图服务提供商可以提供实时交通信息、地图导航等服务。

5.野外探险：GPS可以在户外活动中提供定位、导航、轨迹记录，提高安全性和便利性。

三、GPS的工作原理1.GPS系统由24颗卫星组成，这些卫星围绕地球轨道运行。

2.接收器同时接收多颗卫星的信号，并通过测量信号的传播时间来计算接收器到卫星的距离。

3.GPS接收器必须接收到至少4颗卫星的信号才能进行三角定位计算。

4.接收器根据距离计算出的信息，通过数学模型来确定自身的位置坐标。

四、GPS的精度和误差1.GPS的精度受到多种因素的影响，包括信号传播时间、卫星的位置、接收器的误差等。

2.天线位置和周围环境也会对GPS的精度产生影响。

3.GPS的精度通常在几米到几十米之间，但在某些情况下可能会更高或更低。

4.GPS的误差来源包括信号传播延迟、大气层影响、卫星时钟不准等。

五、GPS的未来发展1.高精度定位技术的发展，使得GPS在农业、地理测绘、无人机等领域的应用得到了拓展。

2.GPS与其他导航技术的融合，如惯性导航、地图数据等，将提高导航的精度和可靠性。

3.载人航天和深海探测等领域对高精度定位系统的需求，将推动GPS技术的进一步发展。

六、GPS相关考点1.GPS信号的传播原理和测量方法。

1、GNSS卫星定位技术的发展过程2、GNSS系统的组成3、GNSS系统特点4、名词解释黄道春分点岁差章动极移历元5、什么是协议坐标系？建立方法，协议天球坐标系与协议地球坐标系的转换6、什么是WGS—84坐标系？WGS—84坐标系采用什么椭球体参数？7、为什么说时间系统在GPS定位中具有重大意义？8、叙述UTC、DT、AT、GNSS时的时间尺度和基准点？9、名词解释中心力摄动力无摄运动受摄运动二体运动开普勒轨道参数10、叙述开普勒三大定律的具体内容。

11、什么是伪随机码？有何作用？12、什么叫C/A码（粗码、捕获码）和P码（精码）？它们有什么不同之处？13、GPS卫星采用伪随机码扩频技术可起到什么作用？14、GPS卫星公共基准信号频率是多少？向地面发射哪两种频率的载波？其相应波长是多少？15、简述导航电文的内容和作用？16、GNSS接收机分为几种类型？各种类型又是如何划分的？17、什么是GPS卫星星历？分为几种？其内容和作用是什么？18、简述GNSS卫星定位的两种基本的观测量。

19、名词解释整周模糊度周跳多路径效应天线相位差20、简述GNSS卫星测量的主要误差来源。

21、什么叫电离层折射误差？怎样消除电离层折射的影响？22、什么叫对流层折射？怎样消除对流层折射的影响？23、简述美国对GPS采用的SA技术和AS技术。

对GPS定位有何影响？24、名词解释静态定位动态定位绝对定位相对定位单差双差三差整数解实数解25.为了评价GNSS定位结果，在导航学中一般采用有关精度因子DOP(Dilution of Precision)的概念，其定义是什么？根据不同的要求，采用哪几种不同的精度评价模型和相应的精度因子。

26.为何至少需要四颗卫星才能进行GNSS定位？27.何为伪距测量？写出伪距定位观测方程并解释其式中各项的含义。

28.何为载波相位观测量？写出载波相位测量观测方程，并解释其各项含义。

29.差分观测值作为相位差观测值的线性函数有几种组合方式？有何意义？30.关于载波相位原始观测量的双频线性组合，都可作为相对定位的相关观测量，它们的主要优点是什么？31、何为一次差分观测量？32、何为二次差分观测量？33、何为三次差分观测值？34、同一测段基线向量解算结果的质量评价指标主要从哪些方面来衡量？35、名词解释GNSS测量的精度标准观测时段同步观测同步观测环独立观测环异步观测环独立基线非独立基线GNSS网的基准设计36、什么是GNSS选点的要求？37、GNSS网？网平差的目的？一般分几类？有什么不同的作用？38、GNSS控制网的基准包括几方面？各表示什么含义？39、什么是RTK定位技术？测量的基本原理是什么？40、什么是网络RTK，与常规有何优点？41、网络RTK技术有几种类型？42、GPS现代化信号结构发生了哪些变化？带来的优点？43、GNSS有哪些应用方面，优点？44、名词解释大地高正高正常高高程异整周模糊度、周跳45、GNSS定位模型，动态定位、静态定位、伪距定位、载波定位、单点定位、差分定位。

GPS 原理与应用考试重点总结(风灵制作)一填空：1人类历史上诞生的第一代卫星导航系：子午卫星(导航)系统2我们国家发展的全球定位系统是：北斗二代3GPS 系统的基本功能是：导航，定位，测距，授时，测速，测时，测量4GPS 定位基本原理是：空间后方交会 GPS 卫星扮演什么角色：空间动态已知点5北京 2000 坐标系是地心坐标系二简答1、GPS 特点答： (1)导航：功能多，用途广；定位精度高；实时定位( 2)定位：观测站间无需通视；定位精度高；观测时间短；提供三维坐标；操作简便；全天候作业2、 GPS 系统的组成答： GPS 系统由三大部分组成：空间星座部分：由 24 颗 (3 颗备用)卫星组成。

发送信号，用于测距和告知自身位置；地面监控部分：由监测站，主控站，注入站组成。

监控、操纵系统，预报卫星轨道和钟差；用户设备部分：由 GPS 接收机，数据处理软件及其终端设备组成。

接收信号，用于定位、测速和授(守)时。

3、 GPS 在测绘行业的应用：控制测量；工程测量；地形地籍测量；海洋测绘；航测、遥感4相对于传统测量模式， GPS 测量有哪些不足之处： GPS 短边测量精度较低；测量精度受外界工作环境的影响较大；起算点应为高等级的控制点；用 GPS 施测的市政工程测量控制点高程应用常规水准仪进行水准联测，保证高程精度满足市政工程建设的需要。

5、岁差和章动是怎样产生的地球的形体接近于一个赤道隆起的椭球体，在日月引力和其他天体引力对地球隆起部分的作用下，地球自转抽在空间的指向产生移动，从而产生岁差和章动。

6、极移是怎样产生的：地球自转轴受到地球内部质量不均匀影响而产生相对于地球体本身的位置发生移动，从而产生极移。

7、我们国家参心坐标系有哪些1954 年北京坐标系、 1980 西安坐标系、新 1954 年北京坐标系8、独立坐标系是在怎样的情况下产生的在我国许多城市和工程测量中，若直接采用国家坐标系，可能会因为远离中央子午线或测区平均高程较大，而导致长度投影变形较大，难以满足工程上或实用上的精度要求。