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GPS测量原理及其应用

GPS测量原理及其应用
GPS测量原理及其应用

存档编号:

武汉大学测绘学院

毕业实践报告题目 GPS测量原理及应用

专业:工程测量技术

年级: 2013级

学习形式:函授

学号: 133122064170091

报告作者:李伟

报告指导教师:黄海兰

指导教师职称:

武汉大学测绘学院: 2.5年制

完成时间: 2014 年10月10日

摘要

本文主要介绍了GPS技术的基本知识,包括GPS系统的组成、GPS定位的基本原理、GPS 测量的误差来源、GPS数据处理流程以及GPS在测绘领域中的应用,并对每一点都进行了具体的分析。

其中,GPS系统主要由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)组成。GPS定位的基本原理是空间距离的后方交会。GPS 测量的主要误差包括与GPS卫星有关的误差、与信号传播路径有关的误差和与接收设备有关的误差。最后,又以专业软件为例介绍了数据处理流程,并简单介绍了GPS技术在测绘领域中的应用。

关键词:测量原理应用

目录

摘要 (1)

目录 (2)

绪论 (3)

1.1 选题的背景及意义 (3)

1.2 国内外研究现状 (4)

GPS测量原理及其应用 (5)

1.1 GPS系统的组成 (5)

1.1.1 GPS卫星星座(空间部分) (5)

1.1.2 地面监控系统(地面控制部分) (5)

1.1.3 GPS信号接收机(用户设备部分) (6)

2.2 GPS定位的基本原理 (7)

2.2.1 GPS定位方法简介 (7)

2.2.2 GPS静态相对定位原理 (7)

2.3 GPS测量的误差来源 (8)

2.3.1 与卫星相关的误差 (8)

2.3.2 与传播路径相关的误差 (9)

2.3.3 与接收设备相关的误差 (10)

2.3.4 其他误差 (10)

2.4 GPS数据处理流程 (11)

2.5 GPS在测绘领域中的应用 (11)

2.5.1 在大地测量中的应用 (12)

2.5.2 在工程测量中的应用 (12)

2.5.3 在变形监测中的应用 (12)

2.6 小结 (13)

参考文献 (14)

谢辞 (14)

绪论

1.1 选题的背景及意义

GPS(Global Positioning System-全球定位系统)是随着现代科学技术的迅速发展,而建立起来的新一代精密卫星定位系统,是由美国军方开发的高科技产品,原本专门应用于军事目的。它的原始思维理念是,将参考的定位坐标系搬到天际上去,这样,可在任何时候、任何地方提供全球范围内三维位置、三维速度和时间信息服务。1996年2月29日美国政府正式宣布将GPS开放为军民两用系统,但仍实行SA(可用性选择)政策,故意劣化定位精度,使民用用户的应用受到限制。2000年5月1日,美国总统宣布将SA置为零,这无疑在很大程度上促进民用GPS应用的发展和普及。

如今,GPS的应用范围已然极其广泛,在测量方面更是被应用地得心应手。因此,GPS业界流行这样一句话,“GPS的应用只受到人们想象力的限制”。现在,GPS所达到的定位精度范围已从10m级到mm级。可以毫不夸张地说,GPS的应用已经成为测量行业一项必须的、非常可靠的技术。

GPS技术作为新一代卫星导航与定位系统,不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力,而且具有良好的抗干扰和保密性等优点,目前已广泛用于各种测量工作中,GPS外业数据采集已基本实现自动化,而对于GPS接收机观测数据的处理一般依赖商业软件来实现。GPS数据处理一般包括预处理、基线解算、外业观测质量检核、空间无约束平差、坐标系统转换与高程系统转换等步骤。

1.2 国内外研究现状

新中国成立后,我国的航天科技事业在自力更生、艰苦创业的征途上,逐步建立和发展,跻身于世界先进水平的行列,成为世界空间强国之一。80年代初,我国一些院校和科研单位已开始研究GPS技术,经过十多年的努力,我国的测绘工作者在GPS定位基础理论研究和应用开发方面作了大量工作。80年代中期,我国引进GPS接收机,并应用于各个领域。同时着手研究建立我国自己的卫星导航系统。至今十多年来,据有关人士估计,目前我国的GPS接收机拥有量约在4万台左右,而且以每年两万台的速度增加。足以说明GPS技术在我国各行业中应用的广泛性。

GPS 测量原理及其应用

1.1 GPS 系统的组成

GPS 定位技术是利用高空中的GPS 卫星,向地面发射L 波段的载频无线电测距信号,由地面上用户接收机实时地连续接收,并计算出接收机天线所在的位置。因此,GPS 定位系统是由以下三个部分组成:GPS 卫星星座(空间部分)、地面监控系统(地面控制部分)、GPS 信号接收机(用户设备部分)。这三部分有各自独立的功能和作用,对于整个全球定位系统来说,它们都是不可缺少的。

1.1.1 GPS 卫星星座(空间部分)

GPS 系统的空间部分由GPS 卫星组成,称为卫星星座,见图2-1。GPS 空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内,轨道平面的倾角为55°,卫

星的平均高度为20200 km,运行周期

为11 h 58 min 。

卫星用L 波段的两个无线电载波

向广大用户连续不断地发送导航定位

信号,导航定位信号中含有卫星的位置

信息,使卫星成为一个动态的已知点。

在地球的任何地点、任何时刻,在高度

角15°以上,平均可同时观测到6颗卫

星,最多可达到9颗。GPS 卫星产生两

组电码,一组称为C/ A 码 (Coarse/

Acquisition Code11023MHz),

一组称为P 码(Procise Code 10123MHz) 。 1.1.2 地面监控系统(地面控制部分)

GPS 的地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成,其中包括卫星监测站(5个)、主控站(1个)和注入站(3个)。

(1)监测站:是主控站直接控制下的数据自动采集中心。站内设有双频GPS 接收机、高精度原子钟、计算机1台和若干台环境数据传感器。观测资料由计算机进行初步处理,存储并传输到主控站,以确定卫星轨道。

(2)主控站:除协调和管理地面监控系统外,主要任务:

1)根据本站和其它监测站的观测资料,推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气修正参数,并将数据传送到注入站。

图2-1卫星星座

2)提供全球定位系统的时间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟,均应与主控站的原子钟同步,测出其间的钟差,将钟差信息编入导航电文,送入注入站。

3)调整偏离轨道的卫星,使之沿预定轨道运行。

4)启用备用卫星代替失效工作卫星

(3)注入站:主要设备为1台直径3.6m的天线、1台c波段发射机和1台计算机。主要任务是在主控站的控制下,将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等,注入到相应卫星的存储系统,并监测注入信息的正确性。

总之,整个GPS系统的地面监控部分,除主控站外均无人值守。各站间用现代化通讯网络联系,在原子钟和计算机的驱动和控制下,实现高度的自动化标准化。GPS地面控制部分的作用主要有以下几点:

(1)负责监控全球定位系统的工作

(2)监测卫星是否正常工作,是否沿预定的轨道运行

(3)跟踪计算卫星的轨道参数并发送给卫星,由卫星通过导航电文发送给用户

(4)保持各颗卫星的时间同步

(5)必要时对卫星进行调度

1.1.3 GPS信号接收机(用户设备部分)

GPS信号接收机,是一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星信号的接收设备。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后,就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算,计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。

接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后,机内电池为RAM存储器供电,以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小,重量越来越轻,便于野外观测使用。其次则为使用者接收器,现有单频与双频两种,但由于价格因素,一般我们所购买的多为单频接收器。

2.2 GPS定位的基本原理

利用GPS进行定位的基本原理,是以GPS卫星和用户接收机天线之间距离(或距离差)的观测量为基础,并根据已知的卫星瞬时坐标,来确定用户接收机天线所对应的点位,即观测站的位置。

2.2.1 GPS定位方法简介

GPS定位的方法主要有以下三种分类:

(1)根据使用的观测值分为伪距测量和载波相位测量

伪距定位,即采用伪距观测值直接测距,定位精度较低。载波相位定位,即采用载波相位观测值,虽然将观测值转化成距离有一定难度,但定位精度高。

(2)根据测站的运动状态分为静态定位和动态定位

静态定位是在定位过程中,接收机的位置是固定的,处于静止状态(这种静止状态是相对的) 。动态定位是在定位过程中,接收机天线处于运动状态,其广泛应用于动态目标的监测和导航。

(3)根据观测方式分为绝对定位和相对定位

绝对定位(单点定位),一台接收机独立确定待定点在坐标系中的绝对位置。通常是指在协议地球坐标系中,直接确定观测站相对于坐标系原点(地球质心)绝对坐标的一种定位方法。相对定位,两台(或多台)接收机同步观测GPS卫星,确定它们之间的相对位置的方法。理论依据为测站同步观测相同卫星时,卫星轨道误差、卫星钟差、接收机钟差、以及电离层和对流层的折射误差等,对观测量的影响具有一定的相关性。

2.2.2 GPS静态相对定位原理

GPS静态定位的基本原理是空间距离的后方交会。用两台接收机分别安置在基线的两个端点,其位置静止不动,同步观测相同的4颗以上卫星,确定两个端点在协议地球坐标系中的相对位置,这就叫做静态相对定位。

静态相对定位一般均采用载波相位观测值(或测相伪距)为基本观测量,对中等长度的基线(100-500km),相对定位精度可达10-6-10-7甚至更好,静态相对定位是目前GPS精度最高的定位方式。

在载波相位观测的数据处理中,为可靠地确定载波相位整周未知数,静态相对定位一般需要较长的观测时间(1.0-1.5小时),如何缩短观测时间,是研究和关心的热点。缩短静态相对定位的观测时间关键在于快速而可靠地确定整周未知数。

在高精度静态相对定位中,当仅有两台接收机时,一般应考虑将单独测定的

基线向量联结成向量网(三角网或导线网),以增强几何强度,改善定位精度。当有多台接收机时,应采用网定位方式,可检核和控制多种误差对观测量的影响,明显提高定位精度。

2.3 GPS测量的误差来源

GPS卫星在距离地面约20200公里的高空,向地面上的广大用户发送测距信号和导航电文等信息。GPS定位的观测量不可避免地会受到多种误差源影响。按照这些误差源的来源,可主要分为三种情况:与GPS卫星有关的误差、与信号传播路径有关的误差、与接收设备有关的误差。以下将对各种误差作简要的分析。

2.3.1 与卫星相关的误差

与卫星相关的误差主要包括卫星星历误差和卫星钟误差。

(1)卫星星历误差(卫星轨道偏差)

它是指广播星历或其它轨道信息给出的卫星理论位置与实际位置之间的差值。由于卫星在运动中受多种摄动力的复杂影响,而通过地面监测站又难以可靠地测定这些作用力并掌握其作用规律,因此,卫星轨道误差的估计和处理一般较困难。目前,通过导航电文所得的卫星轨道信息,相应的位置误差约20-40m。随着摄动力模型和定轨技术的不断完善,卫星的位置精度将可提高到5-10m。卫星的轨道误差是当前GPS定位的重要误差来源之一。

卫星轨道偏差对绝对定位的影响可达几十米到一百米。而在相对定位中,由于相邻测站星历误差具有很强的相关性,因此对相对定位的影响远远低于对绝对定位的影响,不过,随着基线距离的增加,卫星轨道偏差引起的基线误差将不断加大。随着基线长度的增加,卫星轨道误差将成为影响定位精度的主要因素。

在GPS定位中,根据不同要求,处理轨道误差的方法原则上有三种:

1)忽略轨道误差:广泛用于实时单点定位。

2)采用轨道改进法处理观测数据:卫星轨道的偏差主要由各种摄动力综合作用而产生,摄动力对卫星6个轨道参数的影响不相同,而且在对卫星轨道摄动进行修正时,所采用的各摄动力模型精度也不一样。因此在用轨道改进法进行数据处理时,根据引入轨道偏差改正数的不同,分为短弧法和半短弧法。

3)同步观测值求差:由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响具有系统性。利用两个或多个观测站上对同一卫星的同步观测值求差,可减弱轨道误差影响。当基线较短时,有效性尤其明显,而对精密相对定位,也有极其重要意义。

(2)卫星钟误差

其与卫星位置是时间的函数,所以GPS的观测量均以精密测时为前提。虽

然GPS卫星均配有高精度的原子钟,但它们与理想的GPS时之间仍会有偏差或漂移,这是难以避免的,由此引起的等效距离误差在0.5m左右。

卫星钟的偏差一般可通过对卫星运行状态的连续监测精确地确定,并用二阶多项式表示: t j=a0+a1(t-t0e)+a2(t-t0e)2。式中的参数由主控站测定,通过卫星的导航电文提供给用户。经钟差模型改正后,各卫星钟之间的同步差保持在20ns以内,引起的等效距离偏差不超过6m。卫星钟经过改正的残差,在相对定位中,可通过观测量求差(差分)方法消除。

2.3.2 与传播路径相关的误差

GPS信号传播的误差主要是大气折射误差和多路径效应引起的。而大气折射误差又分为电离层折射影响和对流层折射影响。

(1)电离层折射影响

主要取决于信号频率和传播路径上的电子总量。通常采取的措施有:

1)利用双频观测:电离层影响是信号频率的函数,利用不同频率电磁波信号进行观测,可确定其影响大小,并对观测量加以修正。其有效性不低于95%.

2)利用电离层模型加以修正:对单频接收机,一般采用由导航电文提供的或其它适宜电离层模型对观测量进行改正。目前模型改正的有效性约为75%,至今仍在完善中。

3)利用同步观测值求差:当观测站间的距离较近(小于20km)时,卫星信号到达不同观测站的路径相近,通过同步求差,残差不超过10-6。

(2)对流层折射影响

对流层折射对观测量的影响可分为干分量和湿分量两部分。干分量主要与大气温度和压力有关,而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和高度有关。目前湿分量的影响尚无法准确确定。对流层影响的处理方法:

1)定位精度要求不高时,忽略不计。

2)采用对流层模型加以改正。

3)引入描述对流层的附加待估参数,在数据处理中求解。

4)对观测量求差。

(3)多路径效应

多路径效应,也称多路径误差,即接收机天线除直接收到卫星发射的信号外,还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号。两种信号迭加,将引起测量参考点位置变化,使观测量产生误差。在一般反射环境下,对测码伪距的影响达米级,对测相伪距影响达厘米级。在高反射环境中,影响显著增大,且常常导致卫星失锁和产生周跳。消除或减弱多路径误差的措施有:

1)安置接收机天线的环境应避开较强发射面,如水面、平坦光滑的地面和建

筑表面。

2)选择造型适宜且屏蔽良好的天线如扼流圈天线。

3)适当延长观测时间,削弱周期性影响。

4)改善接收机的电路设计。

2.3.3 与接收设备相关的误差

其中主要包括观测误差、接收机钟差、天线相位中心误差和载波相位观测的整周不确定性影响。

(1)观测误差

除分辨误差外,还包括接收天线相对测站点的安置误差。分辨误差一般认为约为信号波长的1%。安置误差主要有天线的置平与对中误差和量取天线相位中心高度(天线高)误差。

(2)接收机钟差

GPS接收机一般设有高精度的石英钟,日频率稳定度约为10-11。如果接收机钟与卫星钟之间的同步差为1 s,则引起的等效距离误差为300m。处理接收机钟差的方法有:

1)作为未知数,在数据处理中求解。

2)利用观测值求差方法,减弱接收机钟差影响。

3)定位精度要求较高时,可采用外接频标,如铷、铯原子钟,提高接收机时间标准精度。

(3)载波相位观测的整周未知数

即无法直接确定载波相位相应起始历元在传播路径上变化的整周数。同时存在因卫星信号被阻挡和受到干扰,而产生信号跟踪中断和整周跳变。

(4)天线相位中心位置偏差

GPS定位中,观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准,在理论上,天线相位中心与仪器的几何中心应保持一致。实际上,随着信号输入的强度和方向不同而有所变化,同时与天线的质量有关,可达数毫米至数厘米。如何减小相位中心的偏移,是天线设计的一个迫切问题。

2.3.4 其他误差

在GPS定位中,除上述三种误差外,还有其它的一些误差来源,如地球自转和地球潮汐,对GPS定位也会产生一定的影响;除此之外,卫星钟和接收机钟震荡器的随机误差、大气折射模型和卫星轨道摄动模型误差、地球潮汐以及信号传播的相对论效应等都会对观测量产生影响。由于这些误差来源量级较小,又规律性不强,在此就都不再进行一一介绍了。

2.4 GPS数据处理流程

GPS的数据处理依次主要包括GPS网的空间无约束平差、空间坐标系统转换、空间平差成果的换算与投影、平面坐标系统转换、GPS网高程系统转换。

以使用TGO软件为例,GPS数据处理流程如图2-2。

图2-2 GPS数据处理流程

2.5 GPS在测绘领域中的应用

20世纪80年代以来,随着GPS定位技术出现和不断发展完善,如今,它“只受到人们想象力的限制”,同时也使测绘定位技术发生了革命性的变革, GPS测量技术在测绘行业是绝不可少的。

GPS已经成为测绘领域的重要组成部分。GPS为测量提供了崭新的技术手段和方法,长期以来用测角、测距、测水准为主体的常规测地面定位技术,已经逐步被以一次性确定三维坐标、高速度、高效率、高精度的GPS技术所代替,同时

定位范围已从陆地和近海扩展到海洋和宇宙空间;定位方法已从静态扩展到动态;定位服务领域已从导航和测绘领域扩展到国民经济建设广阔领域,充分显示了GPS的高精度和高效益。

2.5.1 在大地测量中的应用

GPS在我国高精度空间大地测量中起着骨干性作用,有效地检核和改善我国天文大地网,提高我国在大地水准面的精度,对经典大地测量学各个方面产生了极其深刻影响,它在大地测量学领域得到广泛应用。

国家A级和B级GPS大地控制网分别于1996年和1997年建成并先后交付使用。A级网由30个点组成,平均边长为650km,水平方向重复精度优于2×10-8m,垂直方向不低于7×10-8m,绝对精度(相对地心)不低于±0.1m。B级网由800个点组成,平均边长为150km,水平方向重复精度优于4×10-8m,垂直方向不低于8×10-8m,绝对精度(相对地心)不低于±1m。国家A级和B级GPS大地控制网的建成,标志着我国具有分米级绝对精度的三维大地坐标系统已基本建成,它将为我国空间技术和空间基础数据、实时动态定位等技术提供一个精确可靠的参照系。

2.5.2 在工程测量中的应用

在工程测量方面,利用GPS定位精度高、操作简便快速、实时作业等优点,GPS技术广泛应用于工程测量中。

应用GPS静态相对定位技术,可以布设精密工程控制网,还可以广泛用于隧道贯通测量等精密工程。应用GPS实时动态定位技术(简称RTK),可测绘各种比例尺地形图可加密测图控制点,并多用于施工放样。另外,不同于传统测量技术的是,工程测量中,可以不用在测区内专门布设控制网,在整个测区内直接测量GPS点的三维坐标而不会降低测量精度。

2.5.3 在变形监测中的应用

在变形监测方面,用GPS代替常规的方法,不仅可进行二维变形监测,还可广泛用于各种形变监测网的三维变形监测;不仅能够进行静态变形监测,和可以对大型建筑物进行动态变形监测。

在动态监测方面,过去一般采用加速度计、激光干涉仪等测量设备测定建筑结构的振动特性,但是,随着建筑物高度的增加,以及连续性、实时性和自动化监测程度要求的提高,常规测量技术已越来越受到局限。GPS作为一种精确定位方法,由于其硬件和软件的发展与完善,特别是高采用率(目前已达20Hz)GPS 接收机的出现,在大型结构物动态特性和变形监测方面已表现出其独特的优越

性。

2.6 小结

随着经济以及科技的发展,GPS已充分显示了其在定位领域的霸主地位。许多领域也由于GPS的出现而产生革命性变化。目前,几乎全世界所有需要导航定位的用户,都被GPS的高精度、全天候、全球覆盖、方便灵活和优质价廉所吸引。我国的GPS应用发展势头迅猛,短短几年,GPS在我国的应用已从少数科研单位和军用部门迅速扩展到各个民用领域,GPS的广泛应用改变人们的工作方式,提高了工作效率,带来了巨大的经济以及科技效益。

参考文献

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[12]Chen Y. Some Test Result for Software Geotracer GPS [ J ]. Internal Report to

Geotronics,1996.

谢辞

历时将近一个月的时间终于完成了这篇论文,在写作的过程中遇到了很多的困难和挫折,在老师和同学们的帮助下都克服了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师—黄海兰老师,她对我进行了无私的指导和帮助,不厌其烦的帮助我进行论文的修改和改进。黄海兰老师不但态度和蔼而且教学通俗易懂、学术严谨、责任心很强,很值得我们大家学习。为此,特别向黄海兰老师表示最真诚的感谢。感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献,如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发,我将很难完成本篇论文的写作。

感谢我的老师和同学,在我写作论文的过程中给予了我很多帮助,提供了很多资料。

由于我的学术水平有限,所写论文难免有不足之处,恳请各位老师和学友批评和指正!

《GPS测量原理及应用》武大第三版-复习资料

第一章绪论 1. 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。 2 .GPS卫星星座部分:由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座,记作(21+3)GPS星座。24颗在轨卫星均匀分布在6个轨道平面内,轨道倾角为55°,各个轨道平面之间相距60°。在地球表面上任何地点任何时刻,在高度角15°以上,平均可同时观测到6颗卫星,最多可达9颗卫星。 3. GPS卫星的作用:第一,用L波段的两个无线载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号。第二,在卫星飞越注入站上空时,接收由地面注入站用S波段发送到卫星的导航电文和其他有关信息,并通过GPS信号电路,适时地发送给广大用户。第三,接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令,适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。 4. 地面监控系统:1个主控站(美国科罗拉多)3个注入站(阿森松岛,迪哥加西亚岛,卡瓦加兰)5个监控站(1+3+夏威夷) 5. 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。 6. 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。 7. GPS系统的应用前景:①用于建立高精度的国家性大地测量控制网,测定全球性的地球动态参数②用于建立陆地海洋大地测量基准,进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘③用于监测地球板块运动状态和地壳形变④用于工程测量,成为建立城市与工程控制网的主要手段⑤用于测定航空航天摄影瞬间的相机位置. 8. 我国的GPS定位技术的应用和发展情况:在大地测量方面,利用GPS技术开展国际联测,建立全球性大地控制网,提供高精度的地心坐标,测定和精化大地水准面;在工程测量方面,应用GPS静态相对定位技术,布设精密工程控制网,用于城市和矿区油田地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑变形监测、隧道贯通测量等精密工程;在航空摄影测量方面,我国测绘工作者也应用GPS技术进行航测外业控制测量、航摄

GPS测量原理及应用题库

G P S测量原理及应用题 库 Revised final draft November 26, 2020

GPS 一、单选题 1、GPS卫星星座配置有( D )颗在轨卫星。 A. 21 B. 12 C. 18 D. 24 2、UTC是指( C )。 A. 协议天球坐标系 B. 协议地球坐标系 C. 协调世界时 D. 国际原子时 3、AS政策是指( D )。 A. 紧密定位服务 B. 标准定位服务 C. 选择可用性 D. 反电子欺骗 4、GPS定位中,信号传播过程中引起的误差主要包括大气折射的影响和( A )影响。 A. 多路径效应 B. 对流层折射 C. 电离层折射 D. 卫星中差 5、一般地,单差观测值是在( A )的两个观测值之间求差。 A. 同卫星、同历元、异接收机 B. 同卫星、异历元、异接收机 C. 同卫星、同历元、同接收机 D. 同卫星、异历元、异接收机 6、双差观测方程可以消除( D )。 A. 整周未知数 B. 多路径效应 C. 轨道误差 D. 接收机钟差 7、C/A码的周期是( A )。 A. 1ms B. 7天 C. 38星期 D. 1ns

9、在GPS测量中,观测值都是以接收机的( B )位置为准的,所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。 A、几何中心 B、相位中心 C、点位中心 D、高斯投影平面中心 10、岁差和章动旋转变换是用于哪两个坐标系之间的转换( A )。 A、瞬时极天球坐标系与平天球坐标系 B、瞬时极天球坐标系与平地球坐标系 C、瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系 D、平天球坐标系与平地球坐标系 11、GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知数据,采用(A )的方法,确定待定点的空间位置。 A、空间距离后方交会 B、空间距离前方交会 C、空间角度交会 D、空间直角坐标交会 12、根据GPS定位原理,至少需要接收到(B )颗卫星的信号才能定位。 A、5 B、4 C、3 D、2 13、在以下定位方式中,精度较高的是(C )。 A、绝对定位 B、相对定位 C、载波相位实时差分 D、伪距实时差分 14、GPS技术给测绘界带来了一场革命,下列说法不正确的是(A) A、利用GPS技术,测量精度可以达到毫米级的程度 B、与传统的手工测量手段相比,GPS技术有着测量精度高的优点 C、GPS技术操作简便,仪器体积小,便于携带

GPS测量原理与应用题库完整

一、单选题(在本题的每一小题的备选答案中,只有一个答案是正确的,请把你认为正确答案的题号,填入题干的括号内。多选不给分。每题2分,共20 分)。 1、GPS卫星星座配置有( D )颗在轨卫星。 A. 21 B. 12 C. 18 D. 24 2、UTC是指(C )。 A. 协议天球坐标系 B. 协议地球坐标系 C. 协调世界时 D. 国际原子时 3、AS政策是指( D )。 A. 紧密定位服务 B. 标准定位服务 C. 选择可用性 D. 反电子欺骗 4、GPS定位中,信号传播过程中引起的误差主要包括大气折射的影响和( A )影响。 A. 多路径效应 B. 对流层折射 C. 电离层折射 D. 卫星中差 5、一般地,单差观测值是在(A )的两个观测值之间求差。 A. 同卫星、同历元、异接收机 B. 同卫星、异历元、异接收机 C. 同卫星、同历元、同接收机 D. 同卫星、异历元、异接收机 6、双差观测方程可以消除( D )。 A. 整周未知数 B. 多路径效应 C. 轨道误差 D. 接收机钟差 7、C/A码的周期是( A )。

A. 1ms B. 7天 C. 38星期 D. 1ns 9、在GPS测量中,观测值都是以接收机的( B )位置为准的,所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。 A、几何中心 B、相位中心 C、点位中心 D、高斯投影平面中心 10、岁差和章动旋转变换是用于哪两个坐标系之间的转换(A )。 A、瞬时极天球坐标系与平天球坐标系 B、瞬时极天球坐标系与平地球坐标系 C、瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系 D、平天球坐标系与平地球坐标系 1.GPS广播星历中不包含…………………………………………………………() GPS卫星的六个轨道根数GPS观测的差分改正 GPS卫星钟的改正GPS卫星的健康状态 2.以下哪个因素不会削弱GPS定位的精度………………………………………() 晴天为了不让太阳直射接收机,将测站点置于树荫下进行观测 测站设在大型水库旁边 在SA期间进行GPS导航定位 夜晚进行GPS观测 3.GPS卫星之所以要发射两个频率的信号,主要目的是………………………

《GPS测量原理及应用》题库

GPS 一、单选题 1、GPS卫星星座配置有( D )颗在轨卫星。 A. 21?B. 12 C. 18 D. 24 2、UTC是指( C )。 A. 协议天球坐标系B.协议地球坐标系 C.协调世界时?D. 国际原子时 3、AS政策是指( D )。 A. 紧密定位服务?B.标准定位服务 C.选择可用性???D. 反电子欺骗 4、GPS定位中,信号传播过程中引起的误差主要包括大气折射的影响和( A)影响。 A. 多路径效应 B. 对流层折射 C. 电离层折射?D.卫星中差 5、一般地,单差观测值是在(A )的两个观测值之间求差。 A. 同卫星、同历元、异接收机?B.同卫星、异历元、异接收机 C. 同卫星、同历元、同接收机?? D. 同卫星、异历元、异接收机 6、双差观测方程可以消除( D )。 A. 整周未知数? B. 多路径效应 C. 轨道误差?? D. 接收机钟差 7、C/A码的周期是( A )。 A.1ms? B. 7天?C. 38星期?D. 1ns 9、在GPS测量中,观测值都是以接收机的( B)位置为准的,所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。 A、几何中心 B、相位中心 C、点位中心D、高斯投影平面中心 10、岁差和章动旋转变换是用于哪两个坐标系之间的转换( A )。 A、瞬时极天球坐标系与平天球坐标系 B、瞬时极天球坐标系与平地球坐标系 C、瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系 D、平天球坐标系与平地球坐标系 11、GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知数据,采用(A )的方法,确定待定点的空间位置。 A、空间距离后方交会?B、空间距离前方交会 C、空间角度交会? D、空间直角坐标交会 12、根据GPS定位原理,至少需要接收到(B )颗卫星的信号才能定位。

GPS测量原理及应用

《GPS测量原理及应用》学习指导 一、控制网执行的技术标准 1、全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314—2001),中华人民共和国国家标准; 2、《国家三、四等水准测量规范》(GB12898-1991),中华人民共和国国家标准; 3、技术设计书。 二、使用仪器 测量采用的GPS接收机型号及其标称精度。 三、布网方案 1、布网要求 GPS网相邻点间基线中误差按下式计算: 式中(mm)为固定误差;(ppm)为比例误差系数;(km)为相邻点间的距离。GPS-E级网的主要技术要求应符合表1规定。相邻点最小距离应为平均距离的1/2~1/3;最大距离应为平均距离的2~3倍。 (mm) (1×10-6)

注:当边长小于200m时,边长中误差应小于20mm。 2、布网原则与网形设计 (1)GPS网应根据测区实际需要和交通状况进行设计。GPS网的点与点间不要求每点 (4)为求定GPS点在54北京坐标系中的坐标,应与当地54北京坐标系中的原有控制点联测,联测总点数不得少于3个。 (5)为了求得GPS网点正常高,应进行水准测量的高程联测,高程联测采用等级水准测量方法进行,联测的GPS-E级控制点且应均匀分布于网中。

四、选点与标石埋设 1、选点 在了解任务、目的、要求和测区自然地理条件的基础上,进行现场踏勘,最后进行选点。选点应符合下列要求: (1)点位的选择应符合技术设计要求,并有利于其它测量手段进行扩展与联测; (2)点位的基础应坚实稳定,易于长期保存,并应有利于安全作业; (3)点位应便于安置接收设备和操作,视野应开阔,视场内周围障碍物的高度角一般应小于15°; (4)点位应远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站等),其距离不得小于200m,并应远离高压输电线其距离不得小于50m,以避免周围磁场对卫星信号的干扰; (5)点位附近不应有对电磁波反射(或吸收)强烈的物体,以减少多路径效应的影响; (6)交通应便于作业,以提高作业效率; (7)应充分利用符合上述要求原有的控制点及其标石,但利用旧点时应检查旧点的稳定性、完好性,符合要求方可利用; (8)选好点后应按合理的方法给GPS点编号。 此外,有时还需考虑测区内的通讯设施、电力供应等情况,以便于各点之间的联络和设备用电或充电。 综上所述,结合测区的实际情况, GPS控制点宜布设在较高的永久性建筑物、山顶及其它符合要求的地方,或已成型的较宽的城市主干道、路口或其它较开阔而又稳固的建(构)筑物上。

GPS测量原理与应用期末考试复习

GPS测量原理及应用期末考试复习 第一章绪论 1.简述GPS系统的特点有哪些? ①定位精度高②观测时间短③测站间无需通视④可提供地心坐标 ⑤操作简便⑥全天候作业⑦功能多、应用广 2.GPS定位系统由哪几部分组成的?各部分的作用是什么? 整个GPS系统,它包括三部分: (1)空间部分—GPS卫星及其星座(2)地面控制部分—地面监控系统(3)用户设备部分—GPS信号接收机。 作用:(1)①连续不断向地面发送GPS导航和定位信号; ②接收地面站的指令,修正轨道偏差并启动备用设备; ③接收地面站发来的导航电文和其他信号; (2)地面监测系统由一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。 主控站:①收集数据:收集本站及各监测站获得的各种数据; ②处理数据:处理收集的数据,按一定格式编制成导航电文; ③监测协调:控制和协调监测站、注入站和卫星的工作; ④控制卫星:修正卫星的运行轨道,发送启动备用设备指令。 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中。 监测站:接收卫星信号,为主控站提供卫星的观测数据。 (3)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。 第二章坐标系统和时间系统 1.GPS 定位对坐标系有何要求? (1)需把卫星与地面点的位置统一在一个坐标系内; (2)需采用空间直角坐标系,以便于天球与地球坐标系进行转换; (3)天球与地球坐标系的建立上应具有简便的变换关系。 2.定义一个空间直角坐标系条件有哪些? (1)坐标原点的位置(2)三个坐标轴的指向(3)长度单位 3.WGS-84空间直角坐标系的几何定义? 原点:地球的质心; 三轴指向:Z轴——国际时间局(BIH )1984.0定义的协议地球极(CTP,Conventional Terrestrial Pole)方向; X轴——相应零子午面和赤道的交点(经度零点); Y轴——构成右手坐标系。 4、简述定义时间系统和时间尺度的条件分别是什么? 定义时间系统的条件:尺度(时间单位);原点(历元) 定义时间尺度的条件:周期运动;该周期是连续稳定的;该周期可被观测和实验复现。 第三章卫星运动基础及GPS卫星星历 1、开普勒轨道6参数分别是什么?各参数的作用? ①轨道椭圆长半径a②轨道椭圆第一偏心率e;a ,e 确定轨道椭圆形状和大小。 ③升交点赤经:升交点与春分点所对应的地心夹角称升交点赤经Ω④i轨道面倾角:卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。Ω,i确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。

GPS测量原理与应用实习报告

淮海工学院实习报告书 题目: GPS测量原理与应用实习 学院:测绘工程学院 专业:测绘工程 班级:D测绘131 姓名:戴峻 学号: 2013132911 2015年12 月30 日

实习报告评阅书 学生姓名:戴峻学号: 2013132911 班级:D测绘131 实践教学环节名称: GPS测量原理与应用实习 教学时间:2015年12 月 1 日-2015年12月15 日 指导教师评语: 实习报告成绩: 指导教师(签字): 2016年1月5 日

目录 1、实习目的 (4) 2、实习成员 (4) 3、实习地点 (5) 4、实习原理 (5) 5、实习内容 (6) 5.1G P S静态测量 (6) 5.1.1仪器设备 (6) 5.1.2布网方案 (6) 5.1.3选点原则 (8) 5.1.4外业观测 (9) 5.1.5内业处理 (10) 5.1.6注意事项 (23) 5.2g o a n d s t o p测量 (24) 5.2.1仪器设备 (24) 5.2.2作业过程 (24) 5.2.3内业处理 (25) 5.2.4注意事项 (27) 5.3G P S R T K动态测量 (28) 5.3.1仪器设备 (28) 5.3.2R T K技术原理 (28) 5.3.3外业采集 (29) 5.3.4内业处理 (31) 5.3.5注意事项 (35) 6、实习体会 (36) 附表一:G P S观测手簿记录表 (42) 附表二:点之记 (43)

1、实习目的 G P S课程实习的意义是对《G P S原理及应用》课程有深入的了解,对G P S外业数据采集以及内业数据处理有一定的了解。掌握G P S静态数据采集、静态数据处理、G P S-R T K外业测量。通过实习进一步深入了解G P S原理以及在测绘中的应用,巩固课堂所学的知识.熟练掌握G P S仪器的使用方法,学会G P S进行控制测量的基本方法并掌握G P S数据处理软件的使用方法,把理论知识与实践相结合近一步巩固所学知识。了解G P S原理以及在测绘中的应用,能够用有关理论指导作业实践,做到理论与实践相统一,提高分析问题、解决问题的能力,从而对控制测量学的基本内容得到一次实际应用,使所学知识进一步巩固、深化。 2、实习成员 我们专业一共有14个人,所以分为三个小组。 组织人:李微晓 第一小组成员:刘欣、戴峻、周聪、于健锋、吴开明组长:刘欣 第二小组成员:丁德军、钱小培、于伟鹏、刘先锋

《GPS测量原理及应用》题库

一、单选题 1、卫星星座配置有( D )颗在轨卫星。 A. 21 B. 12 C. 18 D. 24 2、是指( C )。 A. 协议天球坐标系 B. 协议地球坐标系 C. 协调世界时 D. 国际原子时 3、政策是指( D )。 A. 紧密定位服务 B. 标准定位服务 C. 选择可用性 D. 反电子欺骗 4、定位中,信号传播过程中引起的误差主要包括大气折射的影响和( A )影响。 A. 多路径效应 B. 对流层折射 C. 电离层折射 D. 卫星中差 5、一般地,单差观测值是在( A )的两个观测值之间求差。 A. 同卫星、同历元、异接收机 B. 同卫星、异历元、异接收机 C. 同卫星、同历元、同接收机 D. 同卫星、异历元、异接收机 6、双差观测方程可以消除( D )。 A. 整周未知数 B. 多路径效应 C. 轨道误差 D.

接收机钟差 7、码的周期是( A )。 A. 1 B. 7天 C. 38星期 D. 1 9、在测量中,观测值都是以接收机的( B )位置为准的,所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。 A、几何中心 B、相位中心 C、点位中心 D、高斯投影平面中心 10、岁差和章动旋转变换是用于哪两个坐标系之间的转换( A )。 A、瞬时极天球坐标系与平天球坐标系 B、瞬时极天球坐标系与平地球坐标系 C、瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系 D、平天球坐标系与平地球坐标系 11、定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知数据,采用(A )的方法,确定待定点的空间位置。 A、空间距离后方交会 B、空间距离前方交会 C、空间角度交会 D、空间直角坐标交会 12、根据定位原理,至少需要接收到(B )颗卫星的信号才能定位。 A、5 B、4 C、3 D、2 13、在以下定位方式中,精度较高的是(C )。 A、绝对定位 B、相对定位

GPS测量原理与应用试卷与答案(共5套)

GPS原理与应用 第一套 一、单项选择题(每小题 1 分,共 10 分) 1.计量原子时的时钟称为原子钟,国际上是以( C)为基准。 A、铷原子钟 B 、氢原子钟 C 、铯原子钟 D 、铂原子钟 2.我国西起东经 72°,东至东经 135°,共跨有 5 个时区,我国采用( A )的区时作为统一的标准时间。称作北京时间。 A、东8区 B 、西8区 C 、东6区 D 、西6区 3.卫星钟采用的是 GPS 时,它是由主控站按照美国海军天文台( USNO) ( D )进行调整的。在 1980 年 1 月 6 日零时对准,不随闰秒增加。 A、世界时(UT0) B 、世界时(UT1) C、世界时(UT2) D 、协调世界时(UTC) 4.在 20 世纪 50 年代我国建立的 1954 年北京坐标系是( C)坐标系。 A、地心坐标系 B 、球面坐标系 C、参心坐标系 D 、天球坐标系 5.GPS定位是一种被动定位,必须建立高稳定的频率标准。因此每颗卫星上都必须 安装高精确度的时钟。当有 1×10— 9s 的时间误差时,将引起( B )㎝的距离误差。 A、20 B 、30 C 、40 D 、50 6. 1977 年我国极移协作小组确定了我国的地极原点,记作(B)。 A、JYD1958.0 B 、 JYD1968.0 C 、 JYD1978.0 D 、JYD1988.0 7. 在GPS测量中,观测值都是以接收机的( B )位置为准的,所以天线的相位 中心应该与其几何中心保持一致。 A、几何中心 B 、相位中心 C、点位中心 D 、高斯投影平面中心 8.在 20 世纪 50 年代我国建立的 1954 年北京坐标系,采用的是克拉索夫斯基椭球元素,其 长半径和扁率分别为( B )。 A、a=6378140、α =1/298.257 B 、a=6378245、α =1/298.3 C、a=6378145、α =1/298.357 D 、a=6377245、α =1/298.0 9.GPS 系统的空间部分由21 颗工作卫星及 3 颗备用卫星组成,它们均匀分布在(D) 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。 A、3 个 B 、四个 C 、五个 D 、 6 个 10.GPS卫星信号取无线电波中 L 波段的两种不同频率的电磁波作为载波,在载波 2 L 上调制有( A)。

GPS测量原理及应用试题

GPS测量原理及应用试题 一、名词解释呢(每小题4分,共20分) 1. 极移 2. 世界时UT 3. 卫星的受摄运动 4. 静态定位 5. 差分GPS 二、单项选择题(每小题1分,共10分) 1. GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知数据,采用()的方法,确定待定点的空间位置。 A.空间距离后方交会 B.空间距离前方交会 C.空间角度交会 D.空间直角坐标交会 2. 根据GPS定位原理,至少需要接收到()颗卫星的信号才能定位。 A. 5 B. 4 C. 3 D. 2 3. 在以下定位方式中,精度较高的是()。 A.绝对定位 B.相对定位 C.载波相位实时差分 D.伪距实时差分 4. 以下哪个因素不会削弱GPS定位的精度() A. 晴天为了不让太阳直射接收机,将测站点置于树荫下进行观测 B. 测站设在大型蓄水的水库旁边 C. 在SA期间进行GPS导航定位 D. 夜晚进行GPS观测 5. 在GPS测量中,观测值都是以接收机的()位置为准的,所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。 A.几何中心 B.相位中心 C.点位中心 D.高斯投影平面中心 6. 双差观测方程可以消除()。 A. 整周未知数 B. 多路径效应 C. 轨道误差 D. 接收机钟差 7. 地球在绕太阳运行时,地球自转轴的方向在天球上缓慢地移动,春分点在黄道上随之缓慢移动,这种现象称为()。 A.岁差 B. 黄赤交角 C. 黄极 D. 黄道 8. 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,所以作业效率较高。 A.对流层折射 B.多路径误差 C.电离层折射 D.相对论效应 9. 下列不属于整周跳变的修复常用的方法的是() A.屏幕扫描法 B. 三差法 C. 残差法 D. 高次差拟合 10. GPS信号接收机,按用途的不同,可分为()、测地型和授时型等三种。 A.大地型 B.军事型 C.民用型 D.导航型 三、填空题(每空1分,共10分) 1. GPS卫星系统由空间部分、()和()三部分组成。 2. 根据测距的原理,可将GPS定位的方法分为()、载波相位测量定位和()三种。 3. GPS卫星发送的信号是由载波、()和()三部分组成的。 4. GPS测量中,减弱电离层影响的措施包括()、()和利用同步观测求差。

GPS测量原理及应用各章知识点总结

GPS测量原理及应用各章知识点总结 桂林理工大学测绘08-1 JL(纯手打) 第一章绪论 1、GPS系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统,具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。能为各个用户提供三维坐标和时间。 2、GPS卫星位置采用WGS-84大地坐标系 3、GPS经历了方案论证、系统论证、生产试验三个阶段。整个系统包括卫星星座、地面监控部分、用户接收机部分。 4、GPS基本参数为:卫星颗数为21+3,卫星轨道面个数为6,卫星高度为20200km,轨道倾角为55度,卫星运行周期为11小时58分,在地球表面任何时刻,在高度较为15度以上,平均可同时观测到6颗有效卫星,最多可以达到9颗。 5、应用双定位系统的优越性: 能同时接收到GPS和GLONASS卫星信号的接收机,简称为双系统卫星接收机。(1)增加接收卫星数。这样有利于在山区和城市有障碍物遮挡的地区作业 (2)提高效率。观测卫星数增加,所以求解整周模糊度的时间缩短,从而减少野外作业时间,提高了生产效率。 (3)提高定位的可靠性和精度。因观测的卫星数增加,用于定位计算的卫星数增加,卫星几何分布也更好,所以提高了定位的可靠性和精度。 6、在GPS信号导航的定位时,为了解算测站的三维坐标,必须观测4颗(以上)卫星,称为定位星座。 7、PRN----------卫星所采用的伪随机噪声码 8、在导航定位测量中,一般采用PRN编号。 9、用于捕获信号和粗略定位的为随机码叫做C/A码(又叫S码),用于精密定位的精密测距码叫P码 10、GPS系统中各组成部分的作用: 卫星星座 1、向广大用户发送导航定位信息。 2、接收注入站发送到卫星的导航电文和其他相关信息,并通过GPS信号电路,适时的发送给广大用户。 3、接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令,适时的改正运行偏差和启用备用时钟等。

《gps测量原理及应用》题库

GPS 一、单选题 1、GPS卫星星座配置有( D )颗在轨卫星。 A. 21 B. 12 C. 18 D. 24 2、UTC是指( C )。 A. 协议天球坐标系 B. 协议地球坐标系 C. 协调世界时 D. 国际原子时 3、AS政策是指( D )。 A. 紧密定位服务 B. 标准定位服务 C. 选择可用性 D. 反电子欺骗 4、GPS定位中,信号传播过程中引起的误差主要包括大气折射的影响和( A )影响。 A. 多路径效应 B. 对流层折射 C. 电离层折射 D. 卫星中差 5、一般地,单差观测值是在( A )的两个观测值之间求差。 A. 同卫星、同历元、异接收机 B. 同卫星、异历元、异接收机

C. 同卫星、同历元、同接收机 D. 同卫星、异历元、异接收机 6、双差观测方程可以消除( D )。 A. 整周未知数 B. 多路径效应 C. 轨道误差 D. 接收机钟差 7、C/A码的周期是( A )。 A. 1ms B. 7天 C. 38星期 D. 1ns 9、在GPS测量中,观测值都是以接收机的( B )位置为准的,所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。 A、几何中心 B、相位中心 C、点位中心 D、高斯投影平面中心 10、岁差和章动旋转变换是用于哪两个坐标系之间的转换( A )。 A、瞬时极天球坐标系与平天球坐标系 B、瞬时极天球坐标系与平地球坐标系 C、瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系 D、平天球坐标系与平地球坐标系 11、GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知数据,采用(A )的方法,确定待定点的空间位置。 A、空间距离后方交会 B、空间距离前方交会

GPS测量原理及应用实验报告

《GPS测量原理及应用》 实 验 报 告 班级:XXXXXX 姓名:XXX 学号:XXXXXXX XXXXXXXXXXXXX 二〇一〇年六月

一、序言 1、实习名称 《GPS测量原理及应用》课程实习 2、目的 学会使用GPS接收机,学会布设GPS网和数据处理,了解GPS接收机的使用、数据的下载、和数据的处理。 3、时间 2010年六月 4、地点 中国矿业大学南湖校区校园内 5、实习任务及组织情况 完成一个测区的GPS控制网的布设优化,独立处理GPS静态数据并最终上交控制点的坐标。 五个班组成一个测绘队,由实习老师统一指挥。 每班分为四个小组 二、测区概况 测区在中国矿业大学南湖校区内,测区交通便利,车辆较少,气候温和,地势平坦,地形简单,建筑较多。测区内已有部分已知点。 三、执行规范的名称 《全球定位系统(GPS)测量规范》 GB/T 18314-2009 四、控制网的布设、作业计划和作业组织 1) GPS网示意图 2) 起算数据

3) 实习的任务分工 共12台GPS 接收机 1,2班共8组(提供8台仪器) 3,4,5 班共12组,(提供12台仪器) 五个班完成整个网的布设,观测时段为2个,第一个时段8台仪器,第二时段12台仪器。 观测两个时段,第一时段: 人员:1,2班1-8个组分别观测; I01-I15-I14-I13-I06-I05-I07-I12 人员:3,4,5班9-20组分别观测; I12-I07-I05-I04-I08-I11-I09-I10-I64-I63-I23-I54-I53-I52-I21 4) GPS 观测 各个小组按计划准时到各测站安置好仪器,沿三个不同方向测量GPS 接收机的斜高,然后准时开机观测四十分钟,统一时间停止观测,再次测量接收机的斜高。 五、GPS 静态相对定位测量 1、数据处理 GPS 网平差报告 1 坐标系统 1.1 坐标系统名称

GPS测量原理及其应用

存档编号: 武汉大学测绘学院 毕业实践报告题目 GPS测量原理及应用 专业:工程测量技术 年级: 2013级 学习形式:函授 学号: 133122064170091 报告作者:李伟 报告指导教师:黄海兰 指导教师职称: 武汉大学测绘学院: 2.5年制 完成时间: 2014 年10月10日

摘要 本文主要介绍了GPS技术的基本知识,包括GPS系统的组成、GPS定位的基本原理、GPS 测量的误差来源、GPS数据处理流程以及GPS在测绘领域中的应用,并对每一点都进行了具体的分析。 其中,GPS系统主要由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)组成。GPS定位的基本原理是空间距离的后方交会。GPS 测量的主要误差包括与GPS卫星有关的误差、与信号传播路径有关的误差和与接收设备有关的误差。最后,又以专业软件为例介绍了数据处理流程,并简单介绍了GPS技术在测绘领域中的应用。 关键词:测量原理应用

目录 摘要 (1) 目录 (2) 绪论 (3) 1.1 选题的背景及意义 (3) 1.2 国内外研究现状 (4) GPS测量原理及其应用 (5) 1.1 GPS系统的组成 (5) 1.1.1 GPS卫星星座(空间部分) (5) 1.1.2 地面监控系统(地面控制部分) (5) 1.1.3 GPS信号接收机(用户设备部分) (6) 2.2 GPS定位的基本原理 (7) 2.2.1 GPS定位方法简介 (7) 2.2.2 GPS静态相对定位原理 (7) 2.3 GPS测量的误差来源 (8) 2.3.1 与卫星相关的误差 (8) 2.3.2 与传播路径相关的误差 (9) 2.3.3 与接收设备相关的误差 (10) 2.3.4 其他误差 (10) 2.4 GPS数据处理流程 (11) 2.5 GPS在测绘领域中的应用 (11) 2.5.1 在大地测量中的应用 (12) 2.5.2 在工程测量中的应用 (12) 2.5.3 在变形监测中的应用 (12) 2.6 小结 (13) 参考文献 (14) 谢辞 (14)

GPS测量原理与应用试卷及答案

《GPS测量原理及应用》试卷 姓名年级 1.计量原子时的时钟称为原子钟,国际上是以()为基准。 A、铷原子钟 B、氢原子钟 C、铯原子钟 D、铂原子钟 2.我国西起东经72°,东至东经135°,共跨有5个时区,我国采用()的区时作为统一的标准时间。称作北京时间。 A、东8区 B、西8区 C、东6区 D、西6区 3.卫星钟采用的是GPS 时,它是由主控站按照美国海军天文台(USNO) ()进行调整的。在1980年1月6日零时对准,不随闰秒增加。 A、世界时(UT0) B、世界时(UT1) C、世界时(UT2) D、协调世界时(UTC) 4.在20世纪50年代我国建立的1954年北京坐标系是()坐标系。 A、地心坐标系 B、球面坐标系 C、参心坐标系 D、天球坐标系 5. GPS定位是一种被动定位,必须建立高稳定的频率标准。因此每颗卫星上都必须安装高精确度的时钟。当有1×10— 9s的时间误差时,将引起()㎝的距离误差。 A、20 B、30 C、40 D、50 6. 1977年我国极移协作小组确定了我国的地极原点,记作()。 A、JYD1958.0 B、JYD1968.0 C、JYD1978.0 D、JYD1988.0 7. 在GPS测量中,观测值都是以接收机的()位置为准的,所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。 A、几何中心 B、相位中心 C、点位中心 D、高斯投影平面中心 8.在20世纪50年代我国建立的1954年北京坐标系,采用的是克拉索夫斯基椭球元素,其长半径和扁率分别为()。 A、a=6378140、α=1/298.257 B、a=6378245、α=1/298.3 C、a=6378145、α=1/298.357 D、a=6377245、α=1/298.0 9.GPS 系统的空间部分由21 颗工作卫星及3 颗备用卫星组成,它们均匀分布在()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。 A、3个 B、四个 C、五个 D、6个

GPS测量原理及应用复习重点(成都理工大学)

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

GPS测量原理及应用考试复习要点

GPS测量原理及应用 第一章绪论 1、GPS的含义?与其他导航定位系统和经典大地测量相比,GPS有何特点? 答:GPS的含义是“Navigation Satellite Timing and Ranging / Global Positioning System”的英文缩写,其意为“卫星测时测距导航/全球定位系统”,简称GPS系统。 GPS的与其他导航定位系统相比特点:①全球地面连续覆盖②功能多,精度高③实时定位速度快④抗干扰性能好,保密性强 GPS与经典大地测量相比的特点:①选点灵活,无需通视②定位精度高③观测时间短④提供三维坐标⑤操作简便⑥全天候作业 2、GPS卫星的作用是什么?什么叫“定位星座”?什么叫“卫星星历”? 答:GPS卫星的作用: ①接受地面注入站发送的导航电文。 ②接受地面主控站命令,适时改正运行偏差或启用备用时钟等。 ③连续地向用户发送GPS卫星导航定位系统,并用电文的形式提供卫星的现势位置与其他在轨卫星的概略位置。 ④通过星载高精度原子钟,提供精确的时间标准,使各卫星处于同一时间标准——GPS时。定位星座:在用GPS卫星进行导航定位时,为了求得测站的三维位置,必须观测4颗GPS 卫星,称之为定位星座。 卫星星历:是一系列描述卫星运动及其轨道的参数。 3、GPS系统由哪些部分组成?地面监控系统由哪些部分组成? 答: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。 地面监控系统由一个主控站、三个信息注入站和五个卫星监测站组成。 4、什么是GPS信号接收机?其作用是什么?它由哪几部分组成?有哪几种分类方式?GPS信号接收机:是一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星信号的接收设备,称之为GPS信号接收机。 作用:①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截止高度角所选择的待测卫星,并能够跟踪这些卫星的运动。 ②对所接收到的GPS信号具有变换、放大和处理的功能,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卫星所发射的导航电文,实时地计算出测站的三维位置,甚至三维速度和时间,从而实现导航和定位。 组成部分:主要包括有GPS接收机及其天线,微处理器及其终端设备以及电源等。 分类方式:①按接收机的载波频率分类:单频接收机、双频接收机、双系统接收机 ②按接收机的用途分类:导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机 ③按接收机通道数分类:多通道接收机、序贯通道接收机、多路复用通道接收机 ④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、接收机天线的作用是什么?对其有何要求?有哪几种类型? 天线的作用:把来自卫星信号的能量转化为相应的电流量,并经过前置放大器送入射频部分进行频率变换,以便接收机对信号进行跟踪、处理和量测。

GPS测量原理及其应用复习资料

GPS测量原理及其应用 第一章绪论 一:全球导航卫星系统GNSS 美国的GPS系统,俄罗斯的GLONASS系统,欧盟的伽利略(GALILEO)系统和中国的北斗二号卫星导航定位系统。 二:GPS系统组成合各部分的作用 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。 GPS工作卫星及其星座的作用: 1)提供星历和时间信息 2)发射伪距和载表信息,提供其他辅助信息 地面监控系统的作用: 1)监测卫星是否正常工作 2)跟踪计算卫星的轨道参数并发送给卫星 3)保持各颗卫星时间同步 GPS接收机的作用: 接受GPS卫星发射的无线电信号,获得必要的信息并经数据处理完成定位工作。 三:GPS系统的特点 定位精度高;观测时间段;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 第二章坐标系统和时间系统

各时间系统的应用 1)恒星时:以春分点为参考点,由春分点的周日视运动所定义的时间系统为恒星时系统。恒星时在天文学中有着广泛的应用。2)平太阳时MT:以平太阳为参考点,由平太阳的周日视运动所定义的时间系统为平太阳时系统,平太阳时与日常生活中使用的时间系统是一致的。 3)世界时UT:以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时定义为世界时UT,用于天球坐标系与地球坐标系之间的转换计算。4)原子时:这一时间尺度被广泛用于动力学作为时间单位。5)协调世界时:既保持时间尺度的均匀性,又能近似地反映地球自转的变化。 第三章卫星运动基础及GPS卫星星历 一:人造卫星所受的作用力有地球对卫星的引力,太阳、月亮对卫星的引力,大气阻力,太阳光压,地球潮汐力等。二体问题是忽略所有的摄动力,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,称之为二体运动。 二:GPS卫星星历分为预报星历和后处理星历。 三:GPS卫星广播星历预报参数(p40) 第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号 一:GPS卫星的导航电文(简称卫星电文) 是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括:卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码转换到捕

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