《GPS原理及其应用》习题集

《GPS 原理及其应用》复习 第一章 概论 1、子午卫星系统与GPS 定位原理有何区别？ 子午卫星系统是利用多普勒原理定位；GPS 定位是利用后方交会原理定位。 2、子午卫星系统的缺点 ①卫星数小：5~6 颗，无法实现连续导航定位； ②高度低：1000km ，难以精密定轨； ③一次定位所需时间过长（1.5h） ④频率低，难以消除电离层影响。 因而，满足不了军事需要。 3、GPS 的基本组成 ①GPS 卫星星座 1）设计星座(21+3) ：21 颗正式的工作卫星+3 颗活动的备用卫星。 2）6 个轨道面，平均轨道高度 20200km，轨道倾角 55，周期 11h 58min。 （地球-卫星的几 何关系每天提前 4min 重复一次） 3）保证在 24 小时，在高度角 15°以上，能够同时观测到 4 至 12 颗卫星。 ②地面监控部分 GPS 的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成。分为主控站、监控站和注入站。 ③用户部分 由用户和接收设备组成。而用户设备主要由 GPS 接收机硬件、数据处理软件以及微处理机 及其终端设备组成。 4、什么是标准定位服务？ 标准定位服务 SPS 主要服务的对象是非美国政务特许的广大用户，其单点实时定位的精度 为 30—40m、 5、 GPS 信号接收机主要组成 天线前置放大器 天线单元 接收天线 组成 信号通道（channel） 接收单元 存储器 微处理器 输入输出设备 电源 第二章 坐标系统和时间系统 1、名词解释： 天球——地球质心为中心，半径任意的假想球体 赤经——含天轴和春分点的天球子午面与过空间点 S 的天球子午面之间的夹角。 赤纬——原点 O 至空间点 S 的连线与天球赤道面之间的夹角。 黄道——地球公转的轨道面与天球相交的大圆， 即当地球绕太阳公转时， 地球上的观测者所 见到的，太阳在天球上运动的轨迹。 春分点——当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点。 岁差——地球的形体是接近于一个赤道隆起的椭球体，在太阳、月亮的万有引力和其他天 体引力对地球隆起部分的作用下，地球自转轴方向不在保持不变，这使得春分点 在黄道上产生缓慢的西移现象，这种现象称为岁差。 章动——由于月球轨道和月球距离不断变化，地球自转轴所产生的一系列短周期变化被统 称为章动。 极移——地球自转轴相对于地球体位置随时间而变化的现象。 世界时——以平子午夜为零时起算的格林尼治平太阳时称为世界时。 原子时——物质内部的原子跃迁所辐射和吸收的电磁波频率有很高的稳定性和复现性， 由此 建立原子时。 协调世界时——由于地球自转速度有长期变慢的趋势，世界时每年比原子时慢 1 秒，逐年 积累偏差过大，1972 年采用以原子时的秒长为基础的一种折中时间系统。 儒略日——约定从公元前4713 年1月1日格林尼治平子午(世界时12h)开始起算到某天格林 尼治平子午所经过的日数。 2、简述协议地球坐标系的定义。 以协议地极作为基准点的地球坐标系称为协议地球坐标系。 3、赤纬  与大地纬度 B 有何区别；赤经  与大地经度 L 有何区别？ ①赤经是含天轴和春分点的天球子午面与过空间点 S 的天球子午面之间的夹角。 大地纬度是指过地面点 A 的椭球子午面与格林尼治平大地子午面之间的夹角。 ②赤纬是原点 O 至空间点 S 的连线与天球赤道面之间的夹角。 大地经度为过地面点 A 的椭球法线与椭球赤道面的夹角。 4、什么是参心坐标系？ 原点位于地球质心附近的坐标系，称为地球参心坐标系，简称参心坐标系。 5、什么是 GPS 定位测量采用的时间系统?它与协调世界时 UTC 有什么区别? GPS 时间系统是 GPS 定位测量采用的时间按系统，简称 GPST，由 GPS 主控站的原子钟 控制。 协调世界时是由于地球自转速度有长期变慢的趋势，世界时每年比原子时慢 1 秒，逐年积 累偏差过大，1972 年采用以原子时的秒长为基础的一种折中时间系统。 规定 GPST 与协调时的时刻于 1980 年 1 月 6 日 0 时相一致。其后随着时间的累积，两者之 间的差别将表现为秒的整数倍。其关系为： GPST=UTC+1’’*n-19’’ 6、 简述卫星大地测量的发展历史，并指出其各个发展阶段的特点。 1. 子午卫星导航系统（NNSS）。子午卫星的定位原理是通过测定同一颗卫星不同间隔时段 其信号的多普勒效应，从而确定卫星在各时段相对观察者的视向速度和视向位移，再利 用卫星导航电文所给定的 t1、t2、t3、t4…时刻的卫星空间坐标，结合对应的视向位移 则可解算出测站空间坐标 P （X ，Y ，Z ）。然而它的不足之处有：卫星数小：5~6 颗，无 法实现连续导航定位； 高度低： 1000km ， 难以精密定轨； 一次定位所需时间过长 （1.5h） 频率低，难以消除电离层影响。因而，满足不了军事需要。 2. 全球定位系统（GPS）。它是利用测距交会的原理确定测点位置的。其特点有：观测站 间无需通视；定位精度高（绝对精度 10 米，相对精度 2毫米）；观测时间短；提供 3 维坐标； 操作简单； 全天候作业； GPS 相对其它导航系统，全球地面连续覆盖， 功能多， 精度高，实时定位，应用广泛。 3. 全球导航定位系统（GLONASS）。与美国 GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星 座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。 GLONASS 系统的卫星星座由 24 颗卫星组成，均匀分布在 3 个近圆形的轨道平面上， 每个轨道面 8 颗卫星，轨道高度 19100 公里，运行周期 11 小时 15 分，轨道倾角 64.8°。 GLONASS卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码：S 码和 P 码。 GLONASS系统从理论上有 24 颗卫星，但由于卫星使用寿命和资金紧张等问题，实际上目 前只有 8 颗。 GLONASS系统单点定位精度水平方向为 16m，垂直方向为 25m。 ④ 双星导航定位系统（北斗一号）。北斗星系统定位原理为主动式：用户设备既接收也发 送信号，地面中心站解算用户位置并告知用户；需要高程约束解算用户位置，且用户不能自 己解算坐标。 双星导航定位系统的最大优点是系统简单投资少， 而最大缺点是他只能实施局 域定位，接收发射机功率大且笨重还会暴露用户目标，在战时这是兵家最忌讳的事情。 ⑤ 伽俐略系统（GNSS）该系统由欧盟各政府和私营企业共同投资，是精度最高的全开放的 新一代定位系统。定位原理与 GPS相同。 7、 试说明 GPS 全球定位系统的组成。 ①GPS 卫星星座 1）设计星座(21+3) ：21 颗正式的工作卫星+3 颗活动的备用卫星。 2）6 个轨道面，平均轨道高度 20200km，轨道倾角 55，周期 11h 58min。 （地球 -卫星的几何关系每天提前 4min 重复一次） 3）保证在 24 小时，在高度角 15°以上，能够同时观测到 4 至 12 颗卫星。 ②地面监控部分 GPS 的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成。分为主控站、监控站 和注入站。 ③ 用户部分 由用户和接收设备组成。而用户设备主要由 GPS 接收机硬件、数据处理软件以 及微处