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1、GPS 测量原理与应用 试卷 A 卷 考试方式：闭卷 考试时间：120 分钟 卷面总分：100 分 题 号 一 二 三 四 五 总成绩 合分人 得 分 一、填空（每空 0.5 分，共 10 分）1、GPS 系统包括三大部分：空间部分 ；地面控 制 部 分 ；用 户 部 分 。2、GPS 系统的空间部分由 颗工作卫星及 颗备用卫星组成，它们均匀分布在 个近似圆形轨道上。3、GPS 工作卫星的地面监控系统包括一个 、三个 和五个 。4、GPS 卫星位置采用 大地坐标系。5、GPS 系统中卫星钟和接收机钟均采用稳定而连续的 时间系统。6、GPS 卫星星历分为 和 。7、GPS接 收 机 依 据 其
2、用 途 可 分 为：接 收机、接收机和 接收机。第 1 页 共 6 页 第 2 页 共 6 页 8、在 GPS 定位工作中，由于某种原因，如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，这种现象称为 。10、根 据 不 同 的 用 途，GPS网 的 图 形 布 设 通 常 有：点 连式、和 四种基本方式。选择什么样的组网，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。得 分 评阅人 二、名词解释（每题 3 分，共 18 分）1、伪距 2、GPS 相对定位 3、观测时段 4、同步观测环 5、后处理星历 密封线 6、静态定位 得 分 评阅人
3、三、简答（每题 6 分，共 36 分）1、简述 GPS 系统的特点 2、简述接收机的主要任务。3、简述无摄运动中开普勒轨道参数。4、简述伪距定位观测方程中划横线参数的含义。式中，j 为卫星数，j=1,2,3,第 3 页 共 6 页 第 4 页 共 6 页 5、减弱电离层影响的措施。6、简述快速静态定位的作业方式。得 分 评阅人 四、论述（共 23 分）1、什么是伪距单点定位？说明用户在使用 GPS 接收机进行伪距单点定位时，为何需要同时观测至少 4 颗 GPS 卫星？（13 分）密封线 2、什么是多路径误差?试述消弱多路径误差的方法。（10 分）得 分 评阅人 五、综合分析（共 13 分）根据
4、下列控制网的图形，用三台天宝 4800 双频接收机作业，相邻点的距离约1 km，仪器迁移时间约20-30 分钟，已知接收机的使用序号和机号如下表，要求最少有三个同步观测环，同步观测时间为 1 小时。序号 机号 1 2919 2 2930 3 5306（1）编写定位的先后次序（6 分）。第 5 页 共 6 页 第 6 页 共 6 页（2）写出三个同步观测环和一个独立环。（4 分）（3）根据下图 PDOP 值选择每一个同步观测环最佳的观测时段。（3 分）GPS 测量原理与应用 试卷 A 卷 答案 一、填空（每空 0.5 分，共 10 分）1.GPS 卫星星座；地面监控系统；GPS 接收机 2.21
5、；3；6 3.主控站；注入站；监测站 4.WGS-84 5.GPS 6.预报星历(广播星历)；后处理星历（精密星历）7.导航型；测地（量）型；授时型 8.整周跳变（周跳）9.边连式；网连式；边点混合连接 二、名词解释（每题 3 分，共 18 分）1.伪距：就是由卫星发射的测距码信号到达 GPS 接收机的传播时间乘以光速所得出的量侧距离。由于卫星钟、接收机钟的误差以及信号经过电离层和对流层的延迟，量侧距离的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此，称量侧距离的伪距。2.GPS 相对定位：是至少用两台 GPS 接收机，同步观测相同的 GPS 卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。3.观测时
6、段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段称为观测时段，简称时段。4.同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。5.后处理星历：一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪占所获得的对 GPS 卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似的方法而计算的卫星星历。由于这种星历是在事后向用户提供的在其观测时间内的精密轨道信息，因此称为后处理星历。6.静态定位：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。三、简答（每题6 分，共 36）1.简述 GPS 系统的特点 1)定位精度高 （1 分）2)观测时间短
7、 （1 分）3)测站间无需通视 （1 分）4)可提供三维坐标（1 分）5)操作简便（0.5 分）6)全天候作业（1 分）7)功能多，应用广（0.5 分）8)回答：全能性、全球性、连续性和实时性的也各1 分。2.简述接收机的主要任务。当 GPS 卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行（2 分）；对所接收到的 GPS 信号，具有变换、放大和处理的功能（2 分）；测量出 GPS 信号从卫星到接收天线的传播时间，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（2 分）。3简述无摄运动中开普勒轨道参数。轨道
8、椭圆的长半径；（1 分）轨道椭圆偏心率（或轨道椭圆的短半径）；（1 分）卫星的真近点角；（1 分）升交点赤经；（1 分）轨道面倾角；（1 分）近地点角距。（1 分）4.简述伪距定位观测方程中划横线参数的含义。5.减弱电离层影响的措施。利用双频观测;（2 分）利用电离层改正模型加以改正;（2 分）利用同步观测值求差。（2 分）6.简述快速静态定位的作业方式。在测区中部选择一个基准站，并安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星(3 分)；另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测数分钟(3 分)。四、论述（共 23 分）1.什么是伪距单点定位？说明用户在使用 GPS 接收机进行伪距单点定位时，为何需要同
9、时观测至少 4 颗 GPS 卫星？（13 分）根据 GPS 卫星星历和一台 GPS 接收机的伪距测量观测值来直接独立确定用户接收机天线在 WGS-84 坐标系中的绝对坐标的方法叫单点定位，也叫绝对定位。（5 分）由于进行伪距单点定位时，每颗卫星的伪距测量观测值中都包含有接收机钟差这一误差，造成距离测量观测值很不准确。（4 分）需要将接收机钟差作为一个未知数加入到伪距单点定位的计算中，再加上坐标三个未知数，所以至少需要 4 个伪距观测值，即需要同时观测至少4 颗GPS 卫星。（4 分）2、什么是多路径误差?试述消弱多路径误差的方法。（10 分）在 GPS 测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星
10、信号进入接收机天线，这 就和直接来自卫星的信号产生干涉，从而使观测值偏离真值，产生多路径误差。（5 分）消多路径误差的方法:（1）选择合适的站址 a、测站应远离大面积平静地水面;（1 分）b、测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中;（1 分）c、测站应离开高层建筑物.（1 分）（2）对接收机天线的要求 a、在天线中设置抑径板（1 分）b、接收天线对于极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用。（1分）五、综合分析（共 13 分）仅为参考答案。（1）编写定位的先后次序。（6 分）观测时段 1：A 点（接收机 1）、B 点（接收机 2）、D 点（接收机 3）（2分）观测时段 2：A 点（接收机 1）、B
11、 点（接收机 2）、C 点（接收机 3）（2分）观测时段 3：B 点（接收机 2）、C 点（接收机 3）、D 点（接收机 1）（2分）（2）写出三个同步观测环和一个独立环。（4 分）同步观测环：观测时段 1 的 AB、BD、AD 三边所组成的闭合环；（1 分）观测时段 2 的 AB、BC、AC 三边所组成的闭合环；（1 分）观测时段 3 的 BC、CD、BD 三边所组成的闭合环；（1 分）独立环：观测时段 1 的独立边 AB、AD 和观测时段 3 的独立边 BD 三边所组成的闭合环；（1 分）；（没有明确写明是独立边的酌情处理）（3）根据下图 PDOP 值选择每一个同步观测环最佳的观测时段。（
12、3 分）在这三个时间段内选择较好：观测时段 1：5：00 -6：00（1 分）观测时段 2：13：30：-14：30（1 分）观测时段 3：18：00 -19：00（1 分）（其他答案酌情处理）GPS 测量原理与应用 试卷 B 卷 考试方式：闭卷 考试时间：120 分钟 卷面总分：100 分 题 号 一 二 三 四 五 总成绩 合分人 得 分 一、填空（每空 0.5 分，共 10 分）1、卫星定位中常采用空间直角坐标系及其相应的大地坐标系，一般取 为坐标系原点。2、我国目前常采用的两个国家坐标系是 和 。3、GPS 接收机的天线类型主要有：、和锥形天线。4、GPS 接收机主要由 、和 三部分组
13、成。5、单 站 差 分 按 基 准 站 发 送 信 息 的 方 式 来 分，可 分为 、和载波相位差分。6、与 信号 传播有 关的 误差有 电离 层折射误差、及 。7、GPS 的数据处理基本流程包括数据采集、数据预处理、GPS 网平差。8、GPS 卫 星 的 地 面 监 控 系 统 包 括 一 个 、三个 和五个 。第 1 页 共 6 页 第 2 页 共 6 页 9、对于 N 台 GPS 接收机构成的同步观测环，有 J 条同步观测基线，其中独立基线数为 。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 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
14、效率较高。得 分 评阅人 二、名词解释（每题 3 分，共 18 分）1、WGS-84 大地坐标系 2、GPS 绝对定位 3、广域差分 4、同步观测 5、异步观测环 密封线 6、整周跳变 得 分 评阅人 三、简答（每题 6 分，共 36 分）1、简述美国 GPS 卫星的主要参数。2、简述卫星的受摄运动及其主要摄动力。3、简述动态定位的作业方法。4、如何减弱 GPS 接收机钟差。第 3 页 共 6 页 第 4 页 共 6 页 5、试说明载波相位观测值的组成部分。6、简述 GPS 卫星的主要作用。得 分 评阅人 四、论述（每题 10 分，共 20 分）1、如何重建载波？其方法和作用如何？（10 分）
15、密封线 2、GPS 网的布网原则。（10 分）得 分 评阅人 五、综合分析（共 16 分）根据下列控制网的图形，用三台天宝 4800 双频 GPS 接收机作业，相临点之间的距离约 1 km，仪器迁移时间约 2030 分钟，同步观测时间为 1 小时，已知接收机的使用序号和天线编号如下表，试编写 GPS 作业调度表。序 号 机 号 1 2 2919 2 2930 3 1 3 5306 6 根据右图编写定位的先后次序。4 根据下图 PDOP 值选择最佳的观测 时段，填入 GPS 作业调度表中。第 5 页 共 6 页 第 6 页 共 6 页 5 根据控制网的图形的观测顺序和观测时间 填写 GPS 作业
16、调度表。GPS 作业调度表 GPS 测量原理与应用 试卷 B 卷 答案 一、填空（每空 0.5 分，共 10 分）10.地球质心 11.1954 年北京坐标系；1980 年国家大地坐标系 12.单板天线；四螺旋形天线；微带天线 13.GPS 接收机天线单元；GPS 接收机主机单元；电源 14.位置差分；伪距差分 15.对流层折射误差；多路径效应误差 16.数据传输；基线结算 17.主控站；注入站；监测站 18.N-1 19.对流层折射 二、名词解释（每题 3 分，共 18 分）1.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（CTP）方向，X 轴
17、指向 BIH1984.0 定义的零子午面和 CTP 赤道的交点，Y 轴与 Z、X 轴构成右手坐标系。2.GPS 绝对定位:也叫单点定位，即利用 GPS 卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在 WGS-84 坐标系中相对坐标系原点的决对位置.3.广域差分:基本思想是对 GPS 观测量的误差源加以区分，并单独对每一种误差源分别加以“模型化”，然后将计算的每一种误差源的数值，通过数据链传输给用户，以对用户 GPS 定位误差加以改正，达到削弱这些误差源，改善用户 GPS 定位精度的目的。4.同步观测:同步观测是指两台或两台以上接收机同时对一组卫星进行的观测.5.异步观测环:在构成多边
18、形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该改多边形环路叫异步观测环。6.整周跳变：在定位过程中，卫星信号可能被暂时阻挡，或受外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累计计数，出现信号失锁，使其后的相位观测值均含有同样的整周误差，这种现象叫整周跳变，简称周跳。三、简答（每题6 分，共36）1、简述美国GPS卫星的主要参数。GPS 系统的空间部分由 21 颗工作卫星及 3 颗备用卫星组成(2 分)，它们均匀分布在 6 相对与赤道的倾角为 55的近似圆形轨道上，它们距地面的平均高度为 20200Km，运行周期为 11 小时 58 分(2 分)。载波频率为1575.42MHz和
19、1227.60MHz(2分)。2、简述卫星的受摄运动及其主要摄动力。考虑了摄动力作用的卫星运动称为卫星的受摄运动(2 分)。主要的摄动力有：日月引力(1 分)；地球潮汐作用力(1 分)；太阳辐射压力(1 分)；大气阻力(1 分)。3、简述动态定位的作业方法 建立一个基准站安置接收机连续跟踪所有可见卫星(2 分)；流动站接收机先在出发点上静态观测数分钟，然后流动站接收机从出发点开始连续运动(2 分)；按指定的时间和间隔自动测定运动载体的实体位置(2 分)。4、如何减弱 GPS 接收机钟差。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。(2 分)认为各观测
20、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。(2 分)通过在卫星间求一次差来消除接收机的钟差。(2 分)5、试说明载波相位观测值的组成部分。完整的载波相位观测值是由三部分组成的：即载波相位在起始时刻沿传播路径延迟的整周数(2 分)，和从某一起始时刻至观测时刻之间载波相位变化的整周数(2 分)，以及接收机所能测定的载波相位差非整周的小数部分(2 分)。6、简述 GPS 卫星的主要作用。接收地面注入站发送的导航电文和其它信号；(2 分)接收地面主控站的命令，修正其在轨运
21、行偏差及启用备件等；(2 分)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。(2 分)四、论述（每题10 分，共 20 分）1、如何重建载波？其方法和作用如何？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(3 分)。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(3 分)。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；
22、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(4 分)。2、简述 GPS 网的布网原则。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 分)（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。(2 分)（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。(2 分)（4）可能条件下，新布设的 GPS 网应与附近已有的 GPS
23、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。(2分)（5）GPS 网点，应利用已有水准点联测高程。(2 分)五、综合分析（共 16 分）仅为参考答案(1)根据右图编写定位的先后次序。(4 分)0 时段，接收机分别架设在 1、2、6 点；(1 分)1 时段，将 1 点处的接收机迁至 3 点，其余两台接收机继续观测；(1 分)2 时段，将 2 点处的接收机迁至 4 点，其余两台接收机继续观测；(1 分)3 时段，将 3 点处的接收机迁至 5 点，其余两台接收机继续观测。(1 分)(2)根据下图 PDOP 值选择最佳的观测时段，填入 GPS 作业调度表中.每个正确观测时段 1 分,共 4 分。（3）根据控制网的图形的观测顺序和观测时间填写 GPS 作业调度表。每个正确观测时段 2 分，共 8 分。GPS 作业调度表