GPS复习题

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）。

A、P 码和数据码 B、C/A码、P码和数据码 C、C/A和数据码 D、C/A码、P码 二、名词解释(5×4分)

1、SA技术: 其主要内容是：（1）在广播星历中有意地加入误差，使定位中的已知点（卫星）的位置精度大为降低；（2）有意地在卫星钟的钟频信号中加入误差，使钟的频率产生快慢变化，导致测距精度大为降低。

2、多普勒定位法: 根据多普勒效应原理，利用GPS卫星较高的射电频率，由积分多普勒计数得出伪距差。

3、整周跳变：接收机在信号跟踪接收过程出现信号中断使计数器无法连续计数，恢复正常后小数部分正确，但整周数发生跳跃，即出现整周跳变。

4、相对论效应：GPS测量中由于卫星钟和接收机钟在惯性空间钟的运动速度不同以及所处的位置引力位的不同而引起的测量误差。

5、赤经：指赤道坐标系的经向坐标，过天球上一点的赤经圈与过春分点的二分圈所交的球面角。

三、填空(20×1分)

1、由于地球内部和外部的动力学因素，地球极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象叫 极移。随时间而变化的极点叫 瞬时极 ，某一时期瞬时极的平均位置叫平地极，简称平极 。

2、GPS定位误差中跟卫星有关的误差主要有 星历误差 、 钟误差 、 相对论效应 。

3、在一般的GPS 短基线测量中，向量解的形式应尽量采用双差固定解 。 4、GPS控制网的网形主要有： 点连式、 边连式 、 网连式 。 5、测地型GPS测量时，其基本观测量是 伪距 、 载波相位 。

6、数据码即导航电文，它包含着卫星的星历、卫星、时间系统、运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正、由C/A码捕获P码的信息等。

7、动态定位是用GPS信号地测得运动载体的位置。按照接收机载体的运行速度，又将动态定位分成低动态、中等动态、高动态三种形式。

8、按照《规范》规定，我国GPS测量按其精度依次划分为 AA 、A、B、C、D、E六级，其中D级网的相邻点之间的平均距离为10～5km，最大距离 15 km。 9、GPS通用数据交换格式的名称为： Rinex 。 四、简答题(50分)

1. 简述GPS信号接收设备的其结构和作用。（10分）

答：（1）天线（带前置放大器）；（2）信号处理器，用于信号接收、识别和处理；（3）

微处理器，用于接收机的控制、数据采集和导航计算；（4）用户信息传输，包括操作板、显示板和数据存储器；（5）精密振荡器，用以产生标准频率；（6）电源。 2. 在用GPS信号传递时间时，存在着哪三种时间尺度（时标）？（10分） 答：其一为GPS时间，它是一种全球性的时间信号源，用以进行精确的时间比对；二是每颗GPS卫星的时钟；三是用户的接收机时钟。GPS定时的实质是测定用户时钟相对于GPS时间的偏差，并根据卫星电文给出的有关参数，计算出世界协调时（UTC）。

3、试述历元平天球坐标系到协议地球坐标系的转换过程（15分） 答：

（1）岁差旋转变换

ZM（t0)表示历元J2000.0年平天球坐标系z轴指向，ZM（t）表示所论历元时刻t真天球坐标系z轴指向。两个坐标系间的变换式为：

xxyyR(Z)R()R()zAyAzAzM(t)zM(t0)式中：ζA ，θA，ZA为岁差参数。 （2）章动旋转变换 类似地有章动旋转变换式：

xxyR()R()R()yxzxzc(t)zM(t)

式中：ε为所论历元的平黄赤交角，⊿ψ，⊿ε分别为黄经章动和交角章动参数。 （3）瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的转换关系为：

xxyR()yzGzetzct

下标et表示对应t时刻的瞬时极地球坐标系，ct表示对应t时刻的瞬时极天球坐标系。θG为对应平格林尼治子午面的真春分点时角。 （4）平地球坐标系与瞬时地球坐标系的转换公式：

xxyR(x)R(y)yypxpzzet em

下标em表示平地球坐标系，et表示t 时的瞬时地球坐标系，xp,yp 为t时刻以角度表示的极移值。

4、简述所学南方GPS基线处理软件进行控制网内业平差的步骤。（15分） 答：

一、基线向量解算程序： （1）.获取观测数据：

a.选择相应接收机类型后进入文件对话框，找到任意一个GPS数据文件 b.对GPS数据文件取名

（2）信息编辑：输入天线高，测站名和测站坐标。 （3）解算方法及参数选择：

a.L1、L2单频解算；双频宽项(Widelane)解算

b.控制参数(起始历元、总共历元、采样频率、截止角、卫星删除 ) （4）解算 （5）解算成果查询 二、网平差程序：

（1）获取基线数据：建立基线目录，统一基线结果文件格式；选择一个基线结果文件调入。

（2）计算闭合差：选择基线各种不同解以及编辑删除基线;计算基线闭合差;查询计算结果文件 （3）参数选择： ①坐标系选择;

②输入中央子午线和确定投影方式

③选择坐标转换类型。求平移参数(shift),求尺度比参数(scale),求旋转参数(rot) ④选择海拔高拟合方式。简单平移(C)；平面拟和(C+X+Y)；XY二次曲面拟和(C+X+Y+XY)；二次曲面拟和(C+X+Y+XY+XX+YY) （4）平差计算 （5）平差成果查询

第二套

一、单项选择题（每小题1分，共10分）

1.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

2. 在使用GPS软件进行平差计算时，需要选择哪种投影方式（ A ）。 A、横轴墨卡托投影 B、高斯投影 C、等角圆锥投影 D、等距圆锥投影

3. 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

4. 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、4个 C、5个 D、6个

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.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

7.我国在1978年以后建立了1980年国家大地坐标系，采用的是1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会的推荐值，其长半径和扁率分别为（ A ）。

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

8.我国西起东经72°，东至东经135°，共跨有（ D ）个时区，我国采用东8区的区时作为统一的标准时间。称作北京时间。

A、2 B、3 C、4 D、5

9. 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 ）。

A、岁差 B、黄赤交角 C、黄极 D、黄道

10.基准站GPS接收机与TRIMMRKⅡ（UHF）数据链无线电发射机之间的数据传输波特率为（ D ）。

A、4800 B、9600 C、19200 D、38400 二、名词解释（5×4分）

1、WGS-84大地坐标系: 坐标系的原点是地球的质心,Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)方向,X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点,Y轴和Z,X轴构成右手坐标系。

2、多路径效应: 在GPS测量中，测站周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线，并和直接来自卫星信号产生干涉，从而使观测值偏离真值。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。

3、伪距: GPS定位采用的是被动式单程测距。它的信号发射时刻是由卫星钟确定的，收到时刻则是由接收机钟确定的，这就在测定的卫星至接收机的距离中，不可避免地包含着两台钟不同步的误差影响，所以称其为伪距。

4、静态定位: 如果在定位时，接收机的天线在跟踪GPS卫星过程中，位置处于固定不动的静止状态，这种定位方式称为静态定位。

5、广播星历: 卫星将地面监测站注入的有关卫星运行轨道的信息，通过发射导航电文传递给用户，用户接收到这些信号进行解码即可获得所需要的卫星星历，这种星历就是广播星历。

三、填空(20×1分)

1、差分GPS可以分为单站GPS差分（SRDGPS） 、局部差分 、广域差分三种类型。 2、GPS接收机按载波频率分为：单频接收机 、双频接收机。 3、GPS卫星信号包含 载波 、 测距码 、 数据码 三类。

4、数据码即导航电文，它包含着卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正、由C/A码捕获P码的信息等。

5、利用双频技术可以消除或减弱 电离层 折射对观测量的影响，基线长度不受限制，所以定位精度和作业效率较高。

6、GPS是美国的卫星定位系统的简称，目前在运行和正在研制、即将运行的卫星定位系统主要还有俄罗斯的GLONASS、欧盟的伽利略系统GNSS（Galileo）、中国的北斗一号/北斗卫星导航定位系统。

7、考虑到GPS定位时的误差源，常用的差分法有如下三种：在接收机间求一次差；在接收机和卫星间求二次差；在接收机、卫星和 观测历元间 求三次差。 8、GPS接收机检验的主要内容有 一般性检验 、 实质性检验 。

9、天线的定向标志线应指向 正北 。其中A与B级在顾及当地磁偏角修正后，定向误差不应大于 ±5°。天线底盘上的圆水准气泡必须居中。

10、在对卫星所有的作用力中, 地球重力场 的引力是最重要的。如果将它的引 力视为1，则其它作用力均小于10-5。

四、简答题(50分)

1、 GPS技术设计中应考虑哪些因素？（10分）

答：技术设计主要是根据上级主管部门下达的测量任务书和GPS测量规范来进行的。它的总的原则是，在满足用户要求的情况下，尽可能减少物资、人力和时间的消耗。在工作过程中，要考虑下面一些因素：（1）测站因素；（2）卫星因素；（3）仪器因素；（4）后勤因素。 2、 试说明载波相位观测值的组成部分（10分）

答：完整的载波相位观测值是由三部分组成的：即载波相位在起始时刻沿传播路径延迟的整周数 ，和从某一起始时刻至观测时刻之间载波相位变化的整周数 ，以及接收机所能测定的载波相位差非整周的小数部分 。

3、详细阐述GPS测量数据处理的具体过程。（16分） 答：（1）数据采集。野外数据采集。

（2）数据传输。数据传输并分流生成四个文件：载波相位和伪距观测方程，星历参数文件，电离层参数和UTC参数文件，测站信息文件。

（3）数据预处理：对数据进行平滑滤波检验、剔除粗差，统一数据文件格式并将各类数据文件加工成标准化文件。找出整周跳变点，修复观测值，对观测值进行模型改正。

○1GPS卫星轨道方程标准化 Pi（t）=ai0+ai1*t+……+ ain*tn

○2卫星钟差标准化 Δt=a0+a1（t-t0）+ a2（t-t0）2 ○3观测文件的标准化

（4）GPS向量的解算。利用载波相位观测值双差求解或向量解算法求解基线向量，是一复杂的平差过程。 ○1观测值残差分析 ○2基线长度精度 ○3基线向量环闭合差及检核

（5）GPS网平差。以GPS基线向量为观测值以其方差阵之逆阵为权，进行平差计算消除多种图形闭合条件不符值，求定各GPS网点坐标并进行精度评定。

4、阐述伪距测量和载波相位测量的基本原理，并写出它们的观测方程。（14分） 答：伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测得四颗以上GPS卫星的伪距及已知的卫星位置，采用距离交会法求定接收机天线所在点的三维坐标。GPS卫星依据自己的时钟发出某一结构测距码，该测距码经过t时间传播后到达接收机。接收机同时产生一组结构完全相同测距码（复制码）并通过时延器进行相关处理使两者完全对齐，则其延迟时间即为传播时间，与光速乘积即得伪距观测值。

观测方程：[（Xjs-X）2+（Xjs-X）2+（Xjs-X）2]1/2-cδtk=ρj+δρj1+δρj2- cδtj

载波相位测量以GPS接收机接收到的载波信号与本振参考信号的相位差作为观测量，接收机跟踪卫星信号，不断测定小于一周的相位差。对载波相位观测量运用各种求差模型解算接收机天线的位置。

观测方程：Φjk=f/c*ρ+f*δta- f*δtb-f/c*δρ1-f/c*δρ2+Njk

第三套

一、单项选择题（每小题1 分，共10 分）

1.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 2.在使用GPS软件进行平差计算时，需要选择哪种投影方式（A）。 A、横轴墨卡托投影 B、高斯投影 C、等角圆锥投影 D、等距圆锥投影

3.我国西起东经72°，东至东经135°，共跨有（ D ）个时区，我国采用东8区的区时作为统一的标准时间。称作北京时间。

A、2 B、3 C、4 D、5

4.在进行GPS—RTK实时动态定位时，需要计算在开阔地带流动站工作的最远距离，已知TRIMMRKⅡ（UHF）数据链无线电发射机天线的高度为9m，流动站天线的高度为2m，则流动站工作的最远距离为（ A ）。

A、18.72m B、16.72m C、18.61m D、16.61m

5. 1884年在美国华盛顿召开的国际会议决定采用一种分区统一时刻，把全球按经度划分为24个时区，每个时区的经度差为15 °，则相邻时区的时间相差1h。这种时刻叫（ D ）。

A、世界时 B、历书时 C、恒星时 D、区时

6. 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）。

A、岁差 B、黄赤交角 C、黄极 D、黄道

7.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，它们的频率和波长分别为（ C ）：

A、f11575.02MHz，119.13cm f21227.60MHz，224.22cm B、f11575.32MHz，119.23cm f21227.66MHz，222.42cm C、f11575.42MHz，119.03cm f21227.60MHz，224.42cm D、f11575.62MHz，119.53cm f21227.06MHz，224.12cm

8.测量工作的直接目的是要确定地面点在空间的位置。早期解决这一问题都是采用( B )测量的方法。

A、卫星 B、天文 C、大地 D、无线电

9.单频接收机只能接收经调制的L1 信号。但由于改正模型的不完善，误差较大，所以单频接收机主要用于（ A )的精密定位工作。

A、基线较短 B、基线较长 C、基线≥40km D、基线≥30km

10.GPS接收机天线的定向标志线应指向（ D ）。其中A与B级在顾及当地磁偏角修正后，定向误差不应大于±5°。

A、正东 B、正西 C、正南 D、正北

二、名词解释(5×4分)

1、世界协调时：一种以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折中的时间系统。

2、参考站:在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别固定在一个或几个测站上，一直保持跟踪卫星，其余接收机在这些测站的一定范围内流动站作业，这些固定测站就称为参考站。

3、被动式测距:发射站在规定的时刻内准确地发出信号，用户则根据自己的时钟记录信号到达的时间，根据这一时差 求得单程距离 。由于用户只需被动的接收信号，故将这种测距方式称为被动式测距。

4、导航电文：包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（或D码），是利用GPS进行定位的数据基础。

5、多普勒定位法 : 根据多普勒效应原理，利用GPS卫星较高的射电频率，由积分多普勒计数得出伪距差。 三、填空(20×1分)

1、GPS全球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、定位和定时功能。能为各类用户提供精密的 位置 、速度和时间。

2、定义一个空间直角坐标系需要确定的三个要素是坐标原点的位置、3个坐标轴的指向、长度单位 。

3、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6个轨道上，距地面的平均高度为20200km，运行周期为11小时58分。GPS接收机进行伪距定位时，至少需要同时观测4颗卫星。

4、在GPS测量定位中，与接收机有关的误差主要有接收机钟误差、接收机位置误差、 中心位置 误差和载波相位观测误差等。

5、GPS接收机按接收载波的频率可分为：导航型接收机和测地型接收机。 6、确定GPS卫星轨道平面的参数是升交点赤经，轨道面的倾角。

7、降低GPS测量过程中的多路经效应的影响主要措施有选择合适的站址和对接收机天线的要求。

8、在定位工作中，可能由于卫星信号 被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫 整周跳变 。 9、GPS接收机重建载波的主要方法有平方法、码相关法。 四、简答题(30分)

1、简述GPS载波相位测量中，产生整周未知数的原因以及在观测过程中是如何让其保持固定值？（10分）

答：对于第一个历元观测时刻（to时刻），载波相位观测中，φ0 =N0+Fr0 ,实际观测值是Fr0 ，是不足一周的小数部分波长，而整数部分的波长N0是无法测得的，这就是产生的整周未知数。

要让它保持固定值就要进行连续观测，对于后续的历元观测时刻，载波相位观测中φi=N0+Fri+INT(φi),实际观测值是Fri和整周计数INT(φi)。所以通过两个以上历元的连续观测，未知数没有变化，观测方程个数增加，就可以求解整周未知数。

2、简述实测星历的概念及意义。（10分）

答：它是根据实测资料进行拟合处理而直接得出的星历。它需要在一些已知精确位置的点上跟踪卫星来计算观测瞬间的卫星真实位置，从而获得准确可靠的精密星历。这种星历要在观测后1~2个星期才能得到，这对导航和动态定位无任何意义，但是在静态精密定位中具有重要作用。

3、怎样用双频观测值来消除电离层延迟误差（10分）

答：双频是同时接收L1.L2载波的信号，利用两频率对电离层延迟的不一样，可消除电离层对电磁波延迟的影响.对于所有的GPS观测数据而言，电离层的误差都是固有的，但通过结合两个频率的卫星观测信息，可以通过建立模型有效的消除这种误差。 五、论述及分析题（20 分）

1.根据下列控制网的图形，用三台双频GPS接收机作业，相临点之间的距离约1km，仪器迁移时间约20～30分钟，已知接收机的使用序号和天线编号如下表，时间为2005年1 月17日。请回答下列问题。（15分） 序 号 机 号

1 2919 2 2930 d

3 5306

①根据右图编写定位的先后次序，并根据考试当天的时间在相应位置上写出GPS文件格式；

②根据下图PDOP值选择最佳的观测时段，填入GPS作业调度表中； ③根据控制网的图形的观测顺序和观测时间填写GPS作业调度表；

时段 编号 0 1 观测时间 8：10～8：40 8：50～9：20 测站号/名 机号 a 2919 c 2919 测站号/名 机号 b 2930 b 2930 测站号/名 机号 d 5306 d 5306 时间为2005年1月17日，故GPS文件格式为：

第一个三角形a：29190170.dat b：29300170.dat c：53060170.dat 第二个三角形d：29190171.dat b：29300171.dat c：53060171.dat 注：除4时和8时左右外，观测时间可以任选。

2.已知权系数阵为：

试从权系数阵中取出若干权系数元素，写出平面位置的图形强度因子HDOP

和及其相应的平面位置精度，空间位置的图形强度因子PDOP和及其相应的三维位置精度。（5分）

答：①平面位置的图形强度因子：HDOPq11q22

相应的平面位置精度：

mHHDOP0

②空间位置的图形强度因子：相应的三维位置精度：

PDOPq11q22q33

mPPDOP0第四套

一、单项选择题（每小题1分，共10分）

1.在进行GPS—RTK实时动态定位时，基准站放在未知点上，测区内仅有两个已知点，（ C ）定位测量的精度最高。

A、两个已知点上 B、一个已知点高，一个已知点低 C、两个已知点和它们的连线上 D、两个已知点连线的精度高

2.在进行GPS—RTK实时动态定位时，需要计算在开阔地带流动站工作的最远距离，已知TRIMMRKⅡ（UHF）数据链无线电发射机天线的高度为9m，流动站天线的高度为2m，则流动站工作的最远距离为（ A ）。

A、18.72m B、16.72m C、18.61m D、16.61m

3.基准站GPS接收机与TRIMMRKⅡ（UHF）数据链无线电发射机之间的数据传输波特率为（ B ）。

A、4800 B、9600 C、19200 D、38400

4. 1884年在美国华盛顿召开的国际会议决定采用一种分区统一时刻，把全球按经度划分为24个时区，每个时区的经度差为15 °，则相邻时区的时间相差1h。这种时刻叫（ D ）。

A、世界时 B、历书时 C、恒星时 D、区时

5. 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 ）。

A、岁差 B、黄赤交角 C、黄极 D、黄道

6. 我国西起东经72°，东至东经135°，共跨有5个时区，我国采用（ C ）的

区时作为统一的标准时间。称作北京时间。

A、东六区 B、东七区 C、东8区 D、东9区

7. 按照《规范》规定，我国GPS测量按其精度依次划分为AA、A、B、C、D、E六级，最大距离可为平均距离的 （ B ）倍。

A、1～2 B、2～3 C、1～3 D、2～4

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，它们的频率和波长分别为（ C ）：

A、f1 1575.02MHz，l1 19.13cm 2 2 f 1227.60MHz，l 24.22cm B、1 1 f 1575.32MHz，l 19.23cm 2 2 f 1227.66MHz，l 22.42cm C、1 1 f 1575.42MHz，l 19.03cm 2 2 f 1227.60MHz，l 24.42cm D、1 1 f 1575.62MHz，l 19.53cm 2 2 f 1227.06MHz，l 24.12cm

10.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 二、名词解释(5×4分)

1、GPS时间系统：GPS时间系统采用原子时ATI秒长作为时间基准，时间起算原点定义在1980年1月6日UTC0 时。

2、静态相对定位：接收机处于相对周围建筑静止状态下，采用至少两台GPS接收机同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。

3、原子时：1967年国际计量委员会决定采用铯原子零场在基态的两个超精细能级结构间跃迁辐射频率9192631770个周期的时间间隔为1秒，这样长度的秒，定义为原子时秒，以此为基准的时间系统，称为原子时。

4、多路径效应：在GPS测量中，测站周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线，并和直接来自卫星信号产生干涉，从而使观测值偏离真值。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。

5、黄道：地球绕太阳公转的轨道面与天球相交的平面称为黄道面，相交的大圆称为黄道。

三、填空(20×1分)

1、GPS系统主要由卫星星座 、地面控制系统、用户设备三部分组成。

2、在进行GPS 测量时，观测量中存在着 系统误差 和偶然误差。其中 系统 误差影响尤其显著。

3、GPS网一般是求得测站点的三维坐标，其中高程为 大地 高，而实际应用的高程系统为 正常 高系统。

4、GPS接收机主要由 天线 、 主机 、 电源 三部分组成。

5、在对卫星所有的作用力中, 地球重力场的引力 的引力是最重要的。如果将它的引力视为1，则其它作用力均小于10。

6、单站GPS差分按基准站发送信息的方式分：位置差分 、 伪距差分 、 载波相位差分 。

7、就整个地球空间而言，参心坐标系的不足之处主要表现在：它不适合建立全球统一坐标系的要求、它不便于研究全球重力场、平、高控制网分离，破坏了空间点三维坐标完整性。

8、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的起算数据，采取 空间距离后方交会的方法，确定待定点的空间位置。

9、用GPS定位的方法大致有四类：多普勒法、伪距法、射电干涉测量法、

载波相位测量法。目前在测量工作中应用的主要方法是静态定位中的伪距法和 载波相位测量法。

四、简答题(50分)

1、简述GPS定位技术相对于常规测量技术的优点。(10分)

答：（1）选点灵活，无需通视（2）精度提高，耗费降低（3）操作简便，效益增加；（4）全天候作业，变被动为主动。

2、GPS测量误差主要来源于哪几个方面？并根据测量误差对定位结果的影响说明在外业工作中，选择GPS点时的注意事项。(12分)

答：误差源：卫星部分、信号传播、信号接收、其他影响 （一）卫星部分 ①星历误差②钟误差③相对论效应 （二）信号传播 ①电离层②对流层③多路径效应

（三）信号接收 ①接收机钟误差②位置误差③天线相位中心变化 （四）其他影响 ①地球潮汐②负荷潮

选择GPS点时的注意事项：主要要考虑消除多路径效应

测站应远离大面积平静水域。灌木丛、草和其他地面植被能较好吸收微波信号的能量，是较为理想的设站地址。

测站不宜选择在山坡、山谷、和盆地中。以避免反射信号从天线抑径板上方进入天线，产生多路径效应。

测站设置应远离高层建筑物。

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3、简述进行GPS卫星位置计算的具体步骤。（14分） 答：

1 计算卫星运行的平均角速度n 。 n0=GM/a3 n=n0+Δn ○

2计算归化时间tk 。 tk=t-toe ○

3观测时刻卫星平近点Mk的计算。 Mk=M0+n tk ○

4计算偏近点角Ek 。 Ek= Mk+eSinEk ○

5计算真近点角Vk 。 Vk=arctan[(1e2*sinEk)/(cosEke) ○

6升交距角φk的计算。φk =Vk+ω ○

7摄动改正项δu，○，δr，，δi的计算 δu，=Cuc*cos（2φk）+Cus*sin（2φk） δr，=Crc*cos（2φk）+Crs*sin（2φk） δi，=Cic*cos（2φk）+Cis*sin（2φk）

8计算经过摄动改正后升角距uk、卫星矢径日rk、○、轨道倾角ik 。 9计算卫星在轨道平面坐标系得坐标。 ○

xk=rkcosuk yk=rksinuk 10观测时刻升交点经度Ωk的计算 ○

Ωk=Ω—GAST

11计算卫星在地心固定坐标系中的直角坐标 ○

Xk= xkcosΩk- ykcosiksinΩk Yk=xksinΩk+ykcosikcosΩk Zk=yksinik

12卫星在协议地球坐标系中坐标计算，考虑极移影响。 ○

XCTS= Xk+ XP* Zk YCTS= Yk- YP* Zk

ZCTS=- XP* Xk+ YP* Yk+ Zk

4、根据所学的专业知识，阐述GPS的应用概况和应用前景。（14分） 答：

一、GPS应用于导航

主要是为船舶,汽车,飞机等运动物体进行定位导航。例如： 船舶远洋导航和进港引水 飞机航路引导和进场降落 汽车自主导航

地面车辆跟踪和城市智能交通管理 紧急救生

个人旅游及野外探险

个人通讯终端（与手机，PDA，电子地图等集成一体） 二、GPS应用于授时校频

电力，邮电，通讯等网络的时间同步 准确时间的授入 准确频率的授入 三、GPS应用于高精度测量

各种等级的大地测量，控制测量 道路和各种线路放样 水下地形测量

地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测 GIS应用

工程机械（轮胎吊，推土机等）控制 精细农业

GPS应用于智能运输系统（ITS） GPS车辆监控调度系统

正如人们所说：\"GPS的应用，仅受人们的想象力制约。\"GPS问世以来，已充分显示了其在导航，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。 第五套

一、单项选择题（每小题1分，共10分）

1.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（ C ）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 2.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L2上调制有（ A ）。

A、P码和数据码 B、C/A码、P码和数据码 C、C/A和数据码 D、C/A码、P码

3.在定位工作中，可能由于卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫（ A ）。

A、 整周跳变 B、相对论效应 C、 地球潮汐 D、负荷潮

4.我国自行建立第一代卫星导航定位系统 “北斗导航系统”是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统，它由（ B ）组成了完整的卫星导航定位系统。

A、两颗工作卫星 B、两颗工作卫星和一颗备份星 C、三颗工作卫星 D、三颗工作卫星和一颗备份星

5.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）的（ 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）

6.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

7.我国在1978年以后建立了1980年国家大地坐标系，采用的是1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会的推荐值，其长半径和扁率分别为（ A ）。

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

8.我国西起东经72°，东至东经135°，共跨有（ D ）个时区，我国采用东8区的区时作为统一的标准时间。称作北京时间。

A、2 B、3 C、4 D、5

9.在进行GPS—RTK实时动态定位时，需要计算在开阔地带流动站工作的最远距离，已知TRIMMRKⅡ（UHF）数据链无线电发射机天线的高度为9m，流动站天线的高度为2m，则流动站工作的最远距离为（ A ）。

A、18.72m B、16.72m C、18.61m D、16.61m

10.基准站GPS接收机与TRIMMRKⅡ（UHF）数据链无线电发射机之间的数据传输波特率为（ D ）。

A、4800 B、9600 C、19200 D、38400

二、名词解释(5×3分)

1.黄极：过天球中心垂直于黄道面的直线与天球的交点称为黄极。

2.被动式测距：发射站在规定的时刻内准确地发出信号，用户则根据自己的时钟记录信号到达的时间，根据这一时差t求得单程距离。由于用户只需被动的接收信号，故将这种测距方式称为被动式测距。

3.导航电文：GPS卫星的导航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码转换到捕捉P码的信息。

4.静态定位：如果在定位时，接收机的天线在跟踪GPS卫星过程中，位置处于固定不动的静止状态，这种定位方式称为静态定位。

5. 伪距：GPS定位采用的是被动式单程测距。它的信号发射时刻是由卫星钟确定的，收到时刻则是由接收机钟确定的，这就在测定的卫星至接收机的距离中，不可避免地包含着两台钟不同步的误差影响，所以称其为伪距。

三、填空(20×1分)

1. 1957 年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功，标志着人类进入了空间技术的新时代。

2.我国的GPS卫星跟踪网是由拉萨 、乌鲁木齐、北京、武汉、上海、长春 、昆明等七个跟踪站组成的。

3.当地球自转360°时，卫星绕地球运行两圈，环绕地球运行一圈的时间为 11 小时58分。地面的观测者每天可提前4min见到同一颗卫星，可见时间约为 5 小时。这样，观测者至少能观测到4颗卫星，最多可观测到11颗卫星。

4.1968年国际时间局（BIH）决定，采用通过国际协议原点（CIO）和原格 林尼治天文台的经线为起始子午线。起始子午线与相应于CIO的赤道的交点E为经度零点。这个系统称为“1968BIH ”系统。

5. 利用GPS进行定位有多种方式，如果就用户接收机天线所处的状态而言，定位方式分为静态 定位和 动态 定位；若按参考点的不同位置，又可分为单点定位和相对定位。

6.美国国防部制图局（DMA）于1984年发展了一种新的世界大地坐标系，称之为美国国防部1984年世界大地坐标系，简称 WGS—84 。

7.协调世界时是综合了世界时与原子时的另一种记时方法，即秒长采用原子时的秒长，时刻采用 世界时 的时刻。

8.我国西起东经72°，东至东经135°，共跨有 5个时区，我国采用东8区的区时作为统一的标准时间。称作北京时间。

9.在对卫星所有的作用力中, 地球重力场 的引力是最重要的。如果将它的引力视为1，则其它作用力均小于10。

10.用GPS定位的方法大致有四类：多普勒法 、伪距法、射电干涉测量法、载波相位测量法。目前在测量工作中应用的主要方法是静态定位中的伪距法和载波相位测量法。

11.在接收机和卫星间求二次差，可消去两测站接收机的 相对钟差改正。在实践中应用甚广。

12.卫星星历误差实际上就是卫星位置的确定误差。也是一种 起始数据误差，其

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大小主要取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度。

13.理想情况下的卫星运动，是将地球视作匀质球体，且不顾及其它摄动力的影响，卫星只是在地球质心引力作用下而运动。

14. 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6个轨道上，距地面的平均高度为 20200 km，运行周期为11小时58分。

四、简答题(50分)

1、 如何减弱GPS接收机钟差。（10分）

答：①把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数，在数据处理中与观测站的位置参数一并求解。

②认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的，像卫星钟那样，将接收机钟差表示为时间多项式，并在观测量的平差计算中求解多项式的系数。此法可大大减少未知数，其成功与否关键在与钟误差模型的有效程度。 ③通过在卫星间求一次差来消除接收机的钟差。 2、 简述GPS网的布网原则。（10分）

答：为了用户的利益，GPS网图形设计时应遵循以下原则：

（1）GPS网的布设应视其目的，作业时卫星状况，预期达到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照优化设计原则进行。

（2）GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如一个或若干个独立观测环，或者附合路线形式，以增加检核条件，提高网的可靠性。

（3）GPS网内点与点之间虽不要求通视，但应有利于按常规测量方法进行加密控制时应用。

（4）可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。

（5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程

3、如何重建载波？其方法和作用如何？（10分）

答：在GPS信号中由于已用相位调整的方法在载波上调制了测距码和导航电文，因而接收到的载波的相位已不在连续，所以在进行载波相位测量之前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取载波。

重建载波一般可采用两种方法：一是码相关法，另一种是平方法。采用前者，用户可同时提取测距信号和卫星电文，但用户必须知道测距码的结构；采用后者，用户无须掌握测距码的结构，但只能获得载波信号而无法获得测距码和卫星电文。

4、简述卫星大地测量的作用。（10分）

答：卫星大地测量的作用分为如下几方面：

（1）精确测定地面点地心（质心）坐标系内的坐标，从而能够将全球大地网

连成整体，建成全球统一的大地测量坐标系统。

（2）精确测量地球的大小和形状、地球外部引力场、地极运动、大陆板块间

的相对运动以及大地水准面的形状，为大地测量和其他科学技术服务。 （3）广泛地应用于空中和海上导航，地质矿产勘探及军事等方面。 5、简述美国海军导航卫星系统的建立。（10分）

答：美国海军导航卫星系统（NNSS）是美国第一代卫星导航系统，由于该系统卫星轨道都通过地球极点，故也称“子午（Transit）卫星系统”，该系统于1964年建成，1967年7月该系统解密，提供民用，它的投入使用，充分显示了利用人造地球卫星进行导航定位的优越性。该系统由三部分（即空间部分、地面监控部分和用户部分）组成。