GPS定位原理介绍习题及答案解析(完整版)
14 全球定位系统（GPS）定位原理简介
一、填空题：
1、GPS接收机基本观测值有伪距观测值、载波相位观测值。
2、GPS接收机按用途分，可分为导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机和姿态测量型接收机。其中测地型接收机，按载波频率又可分为单频接收机、双频接收机。
3、GPS接收机主要由GPS接收机天线、GPS接收机主机和电源三部分组成。
4、GPS定位是利用空间测距交会定点原理。
5、全球定位系统（GPS）主要由空间卫星部分、地面监控部分和用户设备三部分组成。
6、GPS卫星星座由 24颗卫星组成。其中21颗工作卫星， 3 颗备用卫星。工作卫星分布在 6 个近圆形的轨道面内，每个轨道上有 4 颗卫星。GPS工作卫星距离地面的平均高度是20200km。
7、地面监控部分按功能可分为监测站、主控站和注入站三种。
8、GPS接收机接收的卫星信号有：伪距观测值和载波相位观测值及卫星广播星历。
9、根据测距原理，GPS卫星定位方法有伪距定位法、载波相位测量定位和 G PS 差分定位。对于待定点位，根据接收机运动状态可分为静态定位和动态定位。根据获取定位结果的时间可分为实时定位和非实时定位。
10、在两个测站上分别安置接收机，同步观测相同的卫星，以确定两点间相对位置的定位方法称为相对定位。
11、载波相位相对定位普遍采用将相位观测值进行线性组合的方法。具体方法有三种，即单差法、双差法和三差法。
12、GPS差分定位系统由基准站、流动站和无线电通信链三部分组成。
13、GPS测量实施过程与常规测量一样包括方案设计、外业测量和内业数据处理三部分。
二、名词解释：
1、伪距单点定位----利用GPS接收机在某一时刻测定的四颗以上GPS卫星伪距及从卫星导航电文中获得的卫星位置,采用距离交会法求定天线所在的三维坐标.
2、载波相位相对定位----用两台GPS接收机，分别安置在测线两端(该测线称为基线)，固定不动，同步接收GPS卫星信号。利用相同卫星的相位观测值进行解算，求定基线端点在WGS一84坐标系中的相对位置或基线向量。当其中一个端点坐标已知，则可推算另一个待定点的坐标。
3、整周跳变----当GPS接收机在跟踪卫星进行载波相位测量过程中，若因某种原因引起对卫星跟踪短暂失锁，如卫星和接收机天线之间视线方向有阻挡物或接收机受到外界电磁干扰等，将造成载波相位整周观测值的意外丢失现象。这种现象称为整周跳变。
4、静态定位---进行GPS定位时，接收机的天线始终处于静止状态，用GPS测定相对于地球不运动的点位。GPS接收机安置在该点上，接收数分钟乃至更长时间，以确定其三维坐标，又称为绝对定位。
5、动态定位----进行GPS定位时，接收机的天线始终处于运动过程中，动态定位
是确定运动物体的三维坐标。
6、伪距测量 ----测定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的距离。
7、载波相位测量 ----是测定GPS卫星载波信号到接收机天线之间的相位延迟
8、GPS差分定位----是在已有精确地心坐标点安放GPS接收机(称为基准站)，利用已知地心坐标和星历计算GPS观测值的校正值，并通过无线电通讯设备(称为数据链)将校正值发送给运动中的GPS接收机(称为流动台)。流动台利用校正值对自己的GPS 观测值进行修正，以消除上述误差，从而提高实时定位精度。
三、选择题：(把正确的答案填入括号内)
1、GPS的优点有（ABCD）
A 全球性、全天侯
B 高精度、快速实时三维导航
C 定位、测速和授时
D 点间无需通视、不建标等优势
2、GPS定位的基本原理采用的方法是（ D）
A 侧方交会
B 前方交会
C 单三角形
D 测边后方交会
3、GPS在测量中的用途( ABCD )
A 大地测量
B 城市和矿山控制测量
C 建筑物变形测量
D 水下地形测量
4、GPS动态差分有多种方法（ABCD ）
A 位置差分
B 伪距差分(RTD)
C 载波相位实时差分(RTK)
D 广域差分
5、GPS接收机按用途分（ABCD）
A 导航型接收机
B 测地型接收机
C 授时型接收机
D 姿态测量型
6、GPS接收机按接收机通道数分（ABC ）
A 多通道GPS接收机
B 序贯通道接收机
C 多路复用通道接收机
7、GPS控制网的技术设计是进行GPS测量的基础，其内容包括（ABCD）
A 测区范围
B 测量精度
C 提交成果方式
D 完成时间
8、GPS网的布设通常有（ ABCD ）。
A 点连式
B 边连式
C 网连式
D 边点混合式
四、判断题：（正确的划“√”，错误的划“×”）
（√）1、卫星从2万公里高空向地面传输，空中经过电离层、对流层，会产生时延。所以接收机测的距离含有误差。
（√） 2、GPS三维定位至少需要四颗卫星，当地面高程已知时也可用三颗卫星定位。
（√）3、卫星同时在地平线以上至少有4颗，最多可达11颗。这样的布设方案将保证在世界任何地方，任何时间，都可以进行实时三维定位。
（√）4、GPS卫星主要功能是接收并存储由地面监控站发来的导航信息。
（√） 5、用户设备是指用户GPS接收机，其主要任务是捕获卫星信号,跟踪并锁定卫星信号。
（√）6、用户设备是指用户GPS接收机，对接收的卫星信号进行处理，测量出GPS 信号从卫星到接收机天线间的时间。
（√）7、以载波相位观测值为主的相对定位法是当前GPS精密测量中普遍采用的方法。
（ √ ）8、GPS 网的精度指标通常是以网中相邻点之间的距离误差m D 来表示。 （ √ ）9、GPS 控制网可以分级布设，也可以超级布设，或布设同级全面网。 （ √ ）10、GPS 测量时由于不需要点间通视，因此图形设计灵活性比较大。
（ √ ）11、GPS 点虽然不需要通视，但是为了便于用常规方法联测和扩展，要求控制点至少与一个其他控制点通视，或者在控制点附近300m 外布设一个通视良好的方位点，以便建立联测方向。
（× ）12、为了求定GPS 网坐标与原有地面控制网坐标之间的坐标转换参数，要求至少有四个GPS 控制网点与地面控制网点重合。
五、简答题：
1、GPS 全球定位系统由哪些部分组成？各部分的作用是什么？
答：全球定位系统(GPS)主要由空间卫星部分(GPS 卫星星座)、地面监控部分和用户设备三部分组成。
1、GPS 卫星主要功能是接收并存储由地面监控站发来的导航信息。接收并执行主控站发出的控制命令，如调整卫星姿态、启用备用卫星等。向用户连续发送卫星导航定位所需信息，如卫星轨道参数、卫星健康状态，以及卫星信号发射时间标准等。
2、（1）监测站
主要任务是完成对GPS 卫星信号的连续观测，并将搜集的数据和当地气象观测资料经处理后传送到主控站。
（2）主控站
主控站设在美国本土科罗拉多空间中心。它除了协调管理地面监控系统外，还负责将监测站的观测资料联合处理推算卫星星历、卫星钟差和大气修正参数，并将这些数据编制成导航电文送到注入站。此外，它还可以调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行或启用备用卫星。
(3)注入站
其主要任务是将主控站编制的导航电文，通过直径为3.6m 的天线注入给相应的卫星。
3,用户处理是指用户GPS 接收机。其主要任务是捕获卫星信号，跟踪并锁定卫星信号。对接收的卫星信号进行处理，测量出GPS 信号从卫星到接收机天线间的传播时间。能译出GPS 卫星发射的导航电文，实时计算接收机天线的三维坐标、速度和时间。
2、阐述GPS 卫星定位原理？
答：GPS 卫星定位原理是空间距离交会法。根据测距原理，其定位方法主要有伪距法定位、载波相位测量定位和GPS 差分定位。对于待定点位，根据其运动状态可分为静态定位和动态定位。静态定位是指用GPS 测定相对于地球不运动的点位。
(1)伪距观测值及伪距单点定位 伪距单点定位速度快、无多值性问题，因此在运动载体的导航定位上仍应用很广泛。此外伪距还可以作为载波相位测量中解决整周模糊度的参考数据。
(2)载波相位测量相对定位 其具体方法有三种，即单差法、双差法和三差法.
(3) GPS 实时差分定位 (1)位置差分 2）伪距差分（RTD ） (3)载波相位实时差分(RTK)
3、GPS 野外控制测量成果应做哪几项检测？其限差要求是什么？
答：①每个时段同步环检验 σω5n x ≤ σω5n y ≤ σω5
n g ≤
222g
y x ωωωω++= 环闭合差限差： σω5
3n ≤ 式中：σ——规范中规定的中误差；
n ——同步环的点数。
②同步边检验
一条基线在不同时段观测多次，有多个独立基线值，这些边称为重复边。任意两个时段所得基线差应小于相应等级规定精度的22倍。
③异步环检验
4、GPS 内业数据处理应做哪几项工作？
答：(1)基线解算
对于两台及两台以上接收机同步观测值进行独立基线向量(坐标差)的平差计算，称为基线解算，也称观测数据预处理
(2)观测成果检验
(3)GPS 网平差
在各项检查通过之后，得到各独立基线向量和相应的协方差阵，在此基础上便可以进行平差计算。
无约束平差基线向量改正数绝对值应满足：
基线无约束平差改正数的较差应符合下式要求：