GPS原理及其应用习题(3)

2020-05-12 11:50

所谓预报星历就是卫星GPS将含有轨道信息的导航电文发送给用户接收机,然后经过解码获得的卫星星历。所以也叫广播星历。预报星历通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数以及必要的轨道的摄动改正参数。

后处理星历,是一些国家的某些部门根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料,应用与确定预报星历相似的方法计算的卫星星历。

试通过图表说明GPS卫星是怎样构成的?

包括载波(Carrier)、测距码(Code) 和卫星(导航)电文(Message) 载波:L1,L2

测距码:C/A码(目前只被调制在L1上) P(Y)码(被分别调制在L1和L2上)

数据码:卫星(导航)电文

试写出调制后的GPS信号的表达式。

SL1i(t)=ApPi(t)Di(t)cos(ω1t SL2i(t)=BpPi(t)cos(ω2t φ2i)

其中Ap,Ac,Bp分别为19cm载波L1和24cm的载波L2的振幅;Pi(t),Di(t),Gi(t)分别为 第i颗GPS卫星的P码,C/A码和D码;ω1,ω2分别是L1和L2的角频率,φ1i,φ2i,分别是第i颗GPS卫星的L1载波和L2载波的出项。

绘图说明载波与测距码信号调制的原理。

试述GPS接受机的硬件和软件

φ1i)

AcGi(t)sin(ω1t

φ1i)

GPS接收机的硬件,一般包括主机、天线和电源,是用户设备的核心部分,主要功能是接受GPS卫星信号。GPS软件部分也是构成现代GPS测量系统的重要组成部分之一,它包括内软件和外软件两部分。内软件是指控制接收机信号通道,按时序对卫星信号进行量测以及内务或固化在中央处理器中的自动操作软件。外软件主要是指观测数据后处理的软件。

GPS接收机的分类。

根据GPS用户的不同要求,按用途分,一般可分为导航型、测量型、和授时型。 按接收机的载波频率分类:单频接收机,双频接收机。

按接收机通道类型分类:多通道接收机,序贯通道接收机,多路多用通道接收机。

绝对定位:是以地球质心为参考点,确定接收机天线在WGS—84坐标系中的绝对位置。 相对定位:在地球协议坐标系中,确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。

静态定位:是指将接收机安置在固定不动的特定点上观测数分钟或更长时间以 确定该点的三维坐标。

动态定位:是指至少有1台接收机处于运动状态,确定各观测时刻运动中的接收机的绝对位置。

静态绝对定位:当接收机天线处于静止状态确定观测站绝对坐标的方法。

静态相对定位:用2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GPS卫星,确定基线2个端点在协议地球坐标系中的相对位置。

整周未知数: 由于载波信号是一种周期性的正弦信号,而相对测量只能测定其不足1周的小数部分,因而存在整周不确定问题,这个未知数就是整周未知数。 整周跳变(周跳): 当信号重新被跟踪后,整周计数就不正确,但是不到一个整周的相对观测值仍是正确的。这种现象为周跳。

GPS动态定位:是利用GPS信号测定相对于地球运动用户的状态参数,这些参数包括三维坐标,运动参数和时间7参数。

导航:是测定运动载体的状态参数,并导引运动载体准确的运动到预定的后续位置。

参考站:参考站是由GPS接收机与天线构成,他们以稳定的方式设置在一个电力稳定的安全地方,接收机不间断运行,记录原始数据,也许还要连续输出原始数据流,提供给RTK的接收机,如果需要参考站接受机还与计算机连接,经过处理后的数据发送给GPS用户使用。

差分动态定位:是使用两台接收机分别置于两个测站上,其中一个测站是已知的基准点,称为基准接收机;另一台安设于运动载体上,称为动态接收机。两台接收机同时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号。基准接收机所测得的三维位置与该点已知值进行比较,可以获得GPS定位数据的改正值,据此来改正动态接收机所测得的实时位置。此时多项误差得到抵消,可以得到更为精确的动态用户位置。

RTK:是GPS实时载波相位差分的简称。这是一种将GPS与数传技术相结合,实时解算进行数据处理,在1~2秒的时间里得到高精度位置信息的技术

LADGPS(局部区域差分系统):在局部区域中应用差分GPS技术,应该在区域中布局一个差分GPS网,该网由于若干个差分GPS基准站组成,通常还包含一个或多个监控站,。位于该局部区域的用户根据多个基准站所提供的改正信息,经差分后改正求得自己的该证数。 WADGPS(广域差分GPS系统):WADGPS是针对单基准差分和区域差分GPS所存在的问题,将观测误差按误差的不同来源划分成星历误差,卫星钟差及大气折射误差进行改正,以提高差分的精度和可靠性。

WAAS:利用地球同步卫星,采用L1频段转发差分GPS修改信号,同时发射调制在L1频段上的C/A码伪距的思想,称之为广域增强GPS系统。

观测量的组成及精度

原始观测量:1、测码伪距观测值:C/A码,码元宽293m,精度2.9m P码,码元宽29 . 3m,精度0. 29m 2、测相伪距观测值:L1载波,波长19cm,精度0. 19cm

L2载波,波长24cm,精度0. 24cm

说明完整的载波相位观测值都有哪些部分?

1、卫星发射的载波信号相位。 2、接收机所复制的载波相位 3、信号发送时刻的GPS时 4、信号接收时的GPS时

试写出伪距测量的表达式(顾及大气折射影响),并说明各项符号的意义?

GPS采用单程测距原理,要准确地测定站星之间的距离,必须使卫星钟与用户接收机钟保持严格同步,同时考虑大气层对卫星信号的影响。但是,实践中由于

卫星钟、接收机钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延 误差,导致实际测出的伪距??与卫星到接收机的几何距离?有一定差值。二者之间存在的关系可用下式表示:

设在某测站上的单点定位,静态观测了一个小时,若历元间隔为15秒,问可组成多少伪距观测方程?列出其中一个?

按每15s采集一组野外观测数据计算,一台接收机连续观测1h将有120组数据,可以组成120个观测方程,其中一个方程组为:

试写出TDOP,PDOP,GDOP,VDOP,HODP的定义?

TDOP是时钟精度因子,钟差的确定精度直接关系到定位的精度。

PDOP是三维几何精度因子,单点定位的精度取决于观测量的精度与几何精度因子。 GDOP:几何精度因子,卫星的空间位置对精度的影响。

HODP:平面位置精度因子,定位点在平面位置对精度的影响。 VDOP:高程精度因子,定位点在垂位置对精度的影响。

简单论述卫星空间几何分布对三维定位精度的影响?

在相同的观测精度下,几何精度因子越小,定位精度越高,反之则越低。卫星高度角不能过低(削弱大气折射),尽量使卫星与测站构成的6面体体积最大。

如何由载波相位观测方程转化为测码伪距观测方程?

试写出单差、双差、三差观测方程?并说明它们各自有哪些特点?


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