《GPS原理与应用》复习与思考

《全球定位系统原理与应用》复习与思考 1、了解美国 60 年代初期研制的子午卫星导航系统组成 ①卫星星座：由六颗独立轨道的极轨卫星组成。 （i =90°；T=107m；H=1075km） ②地面设有：4 个卫星跟踪站； 1 个计算中心；1 个控制中心；2 个注入站；海军天文台（负 责卫星钟差、钟频改正） 2、了解美国 90 年代初期建成全球定位系统（GPS）的系统组成 ⑴卫星星座： 由 6 个轨道， 24 颗卫星组成 （卫星寿命7.5 年） 。（i =55°； T=11h58m； H=20200km） ⑵地面设有：①5 个监测站：负责监测卫星的轨道数据、大气数据，经初处理后储存和传送 到主控站；②1 个主控站：根据各监测站资料，推算预报各卫星的星历、钟差和大气修正参 数编制导航电文；对监测站的钟差、偏轨或失效卫星实行调控和调配。将电文、指令传送到 注入站；③3 个注入站：将导航电文、控制指令注入相应的卫星。 3、了解我国的北斗一号导航系统的组成，定位精度如何 系统组成：①卫星星座：由 3 颗同步静止卫星组成（其中 1 颗在轨备用） 。 （i =0°；T=24h 恒星时；H=36000km） 。②地面仅有：一个中心站:负责系统测控、定位信号的发射与接收、 用户坐标的解算与发布、双向授时等。 定位精度：平面精度±20m；垂直精度±10m。 4、GPS 卫星的测距码（C/A 码）如何产生有何作用 产生：测距码（C/A 码）由卫星上的原子钟所产生的基准频率 f0 降频 10 倍产生，即 fC=f0 ÷10=1.023MHz。 作用：测距码（C/A 码）是普通用户用以测定测站到卫星距离的一种主要的信号。 5、掌握二进数列的模二和或者波形积的运算法则及其简单运算 模二和（不进位的加法运算） ：运算法则：1⊕1=0；1⊕0=1；0⊕1=1；0⊕0=0 波形积：运算法则：(-1)×(-1)=1；1×1=1；(-1)×1=-1；1×(-1)=-1 6、认知和掌握两个结构相同 m 序列模二和后，在码相同步以及码相不同步时的自相关系数 学表达的差异 自相关函数: R(t)=（L-Y）/（L+Y） 码相同步时：R(t)= -1/N= -1/(2n-1) 码相不同步时：R(t)= L /L=N/N=1 7、记忆卫星轨道开普勒六根数为的名称及代号 ①轨道椭圆的长半轴 a；②轨道椭圆的偏心率 e；③升交点的赤经Ω ；④轨道面倾角 i；⑤ 近地点角距ω ；⑥卫星的真近点角 V。 8、导航型 GPS 接收机可分为哪几种类型 船载型、车载型、机载型、星载型 9、测地型 GPS 接收机可分为哪几种类型 单站差分型、局域差分型、广域差分型 10、了解重建载波信号的方法和原理 方法：①相关法：通过码相关同步乘法装置获得载波信号和 D 码混合的解调信号，读解 D 码后可恢复载波信号； ②平方法： 接收机将收到的调制信号在相同步的情况下自乘恢复载波 信号。 原理：将调制在载波信号上的测距码、数据码去掉，恢复载波信号的过程。 11、了解 GPS 接收机微处理器（CPU）的工作程序 ①开机自检，测定各通道时延值；②搜索锁定卫星信号，解译导航电文；③结合星历、伪码 或载波观测量计算站点坐标；④通过站点坐标、星历计算可见卫星的方位、高度角；⑤计算 导航参数（须有明确目标） 。 12、用什么方法可以求解整周未知数（整周模糊度） ①已知点坐标法；②多普勒法；③伪距法；④经典方法：将 N 当作整数解，将 N 当作实数 解。 13、用什么方法可以测定整周计数 Intφ ？ 由于多普勒效应通过混频器对本振信号与卫星信号的对比可以获得多普勒计数从而推算整 周计数 Intφ 。 14、了解 GPS 接收机载波相位测定时，产生周跳原因的各种原因 ①卫星信号被遮挡暂时阻断；②外界干扰或动态环境恶劣，导致环路跟踪失锁；③对混频器 产生的频差信号无法正确解读整周计数； 由于石英振荡器频率不稳定使整周计数 Intφ 错误。 15、了解整周跳变探测修复的各种方法 ①屏幕扫描探测法；②高次差探测法；③多项式拟合法；④在卫星间求差法，⑤用双频观测 值修复周跳。 16、了解美国 GPS 政策以及对付美国 GPS 政策的方法 美国 GPS 政策：①对不同的 GPS 用户提供不同的服务方式；②选择性可用政策（SA）—— 对（SPS）用户实施干扰；③反电子欺骗技术（A-S）——用 W 码对 P 码实施加密。 对付美国 GPS 政策的方法：①建立独立的卫星导航定位系统；②建立独立的卫星轨道精密 测量系统；③增加接收机的兼容性和接收通道；④利用差分技术提高定位精度。 17、哪些 GPS 测量误差可通过差分技术消除？哪些 GPS 测量误差不能通过差分技术消除 可通过差分技术消除：卫星钟差、星历误差、本机钟差。 不能通过差分技术消除：电离层误差、对流层误差、多路径反射、通道误差。 18、比较局域差分和广域差分的定位原理和定位精度方面的差异 局域差分原理：①由多个基准站构成 GPS 差分网络；②差分数据通过网平差后提高改正参 数精度；③将改正参数发送用户。 广域差分的原理：①主控站对各种定位误差独立解算——用户分别修正；②卫星星历：用多 站解算的精密星历代替广播星历；③卫星钟差：用多站解算的卫星钟差代替广播钟差；④大 气延时：发布网格参数,由客户内插截取后用模型修正。 定位精度方面的差异：局域差分基准站对软硬件要求不高，维持费用低；比单基准站差分精 度稍高范围稍广；相对基准站距离越远精度越低；要大面积覆盖，必须布控大量基准站。广 域差分差分精度与相对距离无关； 不必大量兴建监测站节省费用； 利于大面积无人区的定位 导航；监测站、主控站对软硬件要求高，维持费用高。 19、了解位置差分的条件、原理和优缺点 条件：①基准站与用户必须观测同一组卫星，故范围在 100km 内；②已知基准站的 GWS-84 精密坐标（X0，Y0，Z0） 。 原理：①基准站通过 GPS 卫星,实时(t0)测定本站坐标（X，Y，Z） ；②计算坐标改正数及其时 间导数；③将改正参数发送用户（P） ，修正实测(t0)坐标(X，P ,Y，P ,Z，P)。 优点：计算简单，适用于各种 GPS 定位仪。 缺点：用户接收机通道越少或定位相对距离越远精度越低（＜50km 为宜） 。 20、了解伪距差分的条件、原理和优缺点 条件： ①基准站与用户至少有 4 颗相同的观测卫星； ②已知基准站的 GWS-84 精密坐标 （X0， Y0，Z0） 。 原理：①基准站通过卫星(i)星历坐标（Xi，Yi，Zi） ，实时(t0)计算站星几何距离（Di） ；②基 准站测定卫星(i)t0 时刻的伪距(D，i)；③计算 t0 时刻的伪距改正数及其时间导数；④将改正 参数发送用户 P ，修正 t0 时实测伪距，计算即时(t)P 点坐标(XP ,YP ,ZP)。 优点：计算简单，适用于各种 GPS 定位仪，用户接收通道数与定位精度关联不大。 缺点：定位相对距离越远精度越低(＜100km)。 21、了解单点定位几何精度（GDOP）的涵义 由 GPS 卫星与接收机作顶点构成的多面体的体积 V 决定的测量精度。 体积 V 越大→GDOP 值 越小，定位精度越