GPS测量原理及应用复习重点(成都理工大学)

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1.GPS卫星定位测量的优点:a,提供全天候、全球性的导航、定位服务。b,可进行高精

度、高速度的实时精密导航和定位。c,用途广泛,操作简单。

2.GPS卫星的3个基本功能:a,执行地面监控站的指令,接收和储存由地面监控站发来

的导航信息。b,向GPS用户播送导航电文,提供导航和定位信息。c,通过高精度卫星钟向用户提供精密的时间标准。

3.主控站的作用:a,把卫星星历、卫星钟差、大气层修正参数等数据传送到注入站。b,

提供全球定位系统的时间基准。c,调整偏离轨道的卫星,使之沿预定轨道运行。d,启用备用卫星以取代失效的工作卫星。注入站的作用:将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器。监控站的作用:接收卫星信号,为主控站提供卫星的观测数据

4.用户设备部分包括:GPS接收机硬件、相应的数据处理软件、微处理机。GPS接收机硬

件包括接收机主机、天线、电源。主要功能是接收GPS卫星发射的信号,以获得必要的导航和定位信息及观测量,并经过简单数据处理实现实时导航和定位。

5.天球:以地球质心为中心,半径无穷大的球体。

6.黄道:地球绕太阳公转时的轨道平面和天球表面相交的大圆。黄赤交角=23.5°

7.春分点:太阳由南半天球向北半天球运动时,所经过的天球黄道和天球赤道的交点。

8.岁差:平北天极以北黄极为中心,以黄赤交角为半径的一种顺时针圆周运动。

9.章动:真北天极绕平北天极所作的顺时针椭圆运动。

10.极移:地级在地球表面上的位置随时间而变化的现象。

11.WGS—84大地坐标系: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。

12.恒心时:以春分点为参考点,由春分点的周日视运动所确定的时间。具有地方性。

13.太阳时:包括真太阳时和平太阳时。以真太阳作为观察地球自转的参考点,由真太阳的

周日视运动所确定的时间为真太阳时。假设某个参考点的视运动速度等于真太阳周年的平均速度,且在天球赤道上作周年视运动,这个假设的参考点在天文学中称为平太阳。

平太阳连续两次经过本地子无午圈的时间间隔,为一个平太阳日。具有地方性。

14.世界时:以平子夜为零点起算的格林威治平太阳时称为世界时(UT)。

15.二体问题: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。

16.开普勒6轨道参数:轨道平面参数:轨道平面倾角i,升交点赤经Ω;轨道椭圆形状参

数:轨道椭圆长半径a,轨道椭圆离心率e;轨道椭圆定向参数:近地点角距ω;时间参数:卫星通过近地点的时刻t。

17.受摄运动:在考虑中心引力的同时,考虑摄动力的影响来研究地球的运动。

1.伪随机噪声码的特点:良好的自相关性、确定的编码规则、周期性的、可复制的码序列。

2.P码和C/A码都是伪随机噪声码。

C/A由两个10级反馈移位寄存器相组合产生,由两个具有相同码长的数码率但结构不同的m序列相乘得到的组合码。也称捕获码、粗码。C/A特点:码长很短易于捕获;

码长宽度较大、精度较低。

P码由两组各有12级反馈移位寄存器的电路产生。也称精码。P码特点:用于较精密的导航和定位;保密,不供民用。

a,一般先捕获C/A码,后根据导航电文中的有关信息,可容易捕获P码;b,码相关法伪距测量是通过调整自相关函数,测定测距码信号由卫星到达测站的传播时间实现的。

3.伪距测量原理:当卫星发射的测距码信号经过t秒传播时间后到达接收机,接收机立刻

产生一个结构完全相同的复制码序列,并在时延器的控制下不断调整T,直到R(t)=1为止。这时有T=t,信号传播时间t乘以光速c,得到站星距离。由于其中包含卫星钟和

接收机的不同步误差,因此称为伪距。

4.导航电文(或数据码或D码)包括:卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、卫星工作

状态信息、C/A捕获P码的信息。

5.导航电文的内容:遥测字、交接字、数据块I、数据块II、数据块III。

6.GPS卫星星历:描述卫星运动轨道的信息,对应某一时刻的轨道参数及其速率。

7.预报星历:通过导航电文中的数据块II直接发射给用户接收机,又称广播星历。内容包

括开普勒轨道6参数、反映摄动力影响的9参数、参考时刻参数和星历数据龄期共计17个参数。包含外推误差。

8.后处理星历:由GPS系统的地面监控站通过媒介传向用户提供。不包含外推误差。向用

户提供观测时刻的卫星精密星历。

9.解调:从接收到的已调波中分理出测距码信号、导航电文信号和载波信号。两种解调方

法:码相关解调技术、平方解调技术。

10.整周未知数:载波相位在起始时刻沿传播路径延迟的整周数。

11.整周跳变:由于仪器线路的瞬时故障,卫星信号被障碍物暂时阻断等因素影响,引起计

数器在某一个时间无法连续计数的现象。

12.GPS接收天线的基本要求:天线与前置放大器应密封为一体,以保障恶劣气象环境也能

工作,并减少信号损失;天线的作用范围应为整个上半天球,天顶处无死角,保障接收到来自天空任何方向的卫星信号;天线须有适当的防护和屏蔽措施,以尽可能减少来自各个方向的反射信号的干扰;天线相位中心和几何中心应保持在同一竖直线上。

13.GPS信号接收机分类:I,按工作原理:码相关型接收机、平方型、混合型;II,按用途:

导航型、测量型、授时型;III。按卫星信号频率:单频接收机和双频接收机;IV按通道数目:多通道接收机、序贯通道接收机、多路复用接收机。

14.DGPS定位:即差分GPS定位。在进行DGPS定位时,一台接收机被安置在参考点上周

固定不动,其余接收机则分别安置在需要定位的运动载体上。根据参考点的已知坐标,计算出定位结果的坐标改正数或距离改正数,并通过数据链发射给流动用户,以改进流动站定位结果的精度。是建立在C/A码伪距测量基础上的一种实时定位技术。

15.RTK:实时定位技术中的一种。采用载波相位观测量作为基本观测量。在RTKGPS测量作

业模式下,位于参考站的GPS接收机,通过数据链将参考点的已知坐标和载波相位的观测量一起传输给流动站的GPS接收机。流动站的GPS接收机根据参考点传递的定位信息和自己的测量结果,组成差分模式并进行基线向量的实时解算,得到厘米级精度的结果。

16.GPS测量误差:I,与GPS卫星有关的误差:卫星星历误差、卫星钟误差;II,与GPS卫

星信号传播有关的误差:电离层折射误差、对流层折射误差、多路径误差;III,与GPS 信号接收机有关的误差:分辨率误差、接收机的时钟误差、接收机天线相位中心的位置偏差;IV,地球自转影响和相对论效应。

17.卫星星历误差:卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置的偏差。处理方法:轨道

改正法、同步观测求值、建立自己的卫星跟踪网定轨、当精度要求不高时,忽略不计。

18.卫星钟误差处理方法:忽略不计、采用模型改正、同步观测求值(相对定位)减弱。

19.电离层对流层误差处理方法:忽略不计、采用电离层/对流层模型改正、同步观测求值。

20.多路径效应:接收机天线出直接收到卫星信号外,尚可能收到经天线周围物体反射的卫

星信号。减弱方法:将天线安装在避开较强反射面的位置、选择造型良好的天线并扩大天线盘,使之带有抑径板、采用较长观测数据取平均值。

21.接收机时钟误差:接收机内部安装的高精度石英钟的时间相对GPS标准时间的偏差。处

理方法:作为未知数求解、同步观测求值、建立钟差模型、采用高精度的外接频标。22.静态绝对定位:接收机天线案处于静止状态下,确定测站的三维地心坐标。(站星伪距)