第一章 绪论
1.GPS组成的三大部分以及各部分的作用
GPS是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。能为给类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。
①GPS卫星星座（空间部分） ②地面监控系统（地面控制部分：一个主控站、三个注入站、五个监测站） ③GPS信号接收机（用户设备部分）
⑴GPS卫星的作用
①用L波段的两个无线载波（19cm和24cm波长）向广大用户连续不断地发送导航定位信号。
②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。
③接收地面主控站处理得到的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。
⑵地面监控系统作用：
①提供GPS卫星所播发的星历；
②监测和控制GPS卫星上各种设备的正常工作，以及卫星沿预定轨道运行；
③保持各颗GPS卫星处于同一时间
标准
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——GPS时间系统。
⑶接收机作用
捕获、接收、跟踪卫星信号，并对所接收到的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。
2.GPS、伽利略、GlONASS、北斗各有什么特点？
①GPS系统的特点: （信号模式：码分多址）24颗6轨倾角55
（1）定位精度高 （2）观测时间短 （3）测站间无需通视
（4）可提供三维坐标 （5）操作简便 （6）全天候作业 （7）功能多，应用广
②GLONASS：（信号模式：频分多址）24颗3轨倾角64.8
与GPS类似，GLONASS系统由空间卫星星座，地面控制系统和用户设备三大部分组成。
优点：可供国防和民间使用，且不带任何限制，也不
计划
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对用户收费。
缺点：由于经济不景气，经费紧张，目前在轨卫星数目较少，不足以精密定位。
③伽利略系统：由空间星座部分（27+3颗卫星3轨）、地面监控与服务部分、用户部分组成。
特点：⑴星座设计更加合理，可视卫星更多，对导航定位精度的影响更小。
⑵更多的载波频率和测距信号；
⑶向用户提供完好性信息
⑷提供SAR搜救服务 ;
⑸提供与外部增值服务的接口
⑹Galileo系统独立于GPS，但将与GPS/GLONASS系统兼容和相互操作等。
④北斗导航定位系统
采用双星进行有源定位，可以全天候提供区域导航、定位、授时和通信等功能的卫星定位系统
空间部分：由3颗地球静止轨道卫星（其中一颗在轨备用）组成；
地面中心站：地面应用系统和测控系统；
用户部分：即车辆、船舶、飞机以及各军兵种低动态及静态导航定位的用户接收机。
3.北斗和GPS系统的区别：
北斗卫星定位系统的原理与GPS相同，但是又从导航体制、测距方法、卫星星座、信号结构及接收机等方面进行全面改进。卫星星座计划由GEO卫星，IGSO卫星和MEO卫星组成。
◆ 5颗相隔60o的地球静止轨道卫星
◆ 3颗倾斜地球同步轨道卫星 ( IGSO星 )
◆ 24颗分布在3个轨道面内倾角为 55°的中高度圆轨道卫星(MEO卫星) 。
GPS设计星座：21颗工作卫星+3颗在轨备用卫星，分别在6个轨道平面，当前星座：28颗
系统比较
l 北斗双星导航定位系统为主动式测距（接收卫星信号，且发射应答信号）隐蔽性差；且用户不能自己处理观测数据获得接收机的导航定位解，需要依靠地面中心站来计算，用户的三维位置由地面中心站计算出后，经卫星广播信号发给用户。
l GPS、GLONASS等定位系统为被动式测距（只接收卫星信号，而不发射任何信号），隐蔽性好；用户可自行处理观测数据，进行导航或定位。
4.应用双定位系统（GPS+GLONASS）的优越性：
（1）增加接收卫星数。一般可接收到得卫星数可达14-20颗
（2）提高效率。由于卫星数的增加，求解整周模糊度的时间缩短，减少了野外观测时间。
（3）提高定位的可靠性和精度。
5.简述GPS的应用：
（1）GPS在道路工程中的应用：
GPS在道路工程中的应用，目前主要是用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。随着高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常规方法难以实现的精度，同时也大大提前了工期。GPS技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中。由于无需通视，可构成较强的网形，提高点位精度，同时对
检测
工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训
常规测量的支点也非常有效。GPS技术在隧道测量中也具有广泛的应用前景，GPS测量无需通视，减少了常规方法的中间环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。
（2）GPS在个人定位中的应用
国内首款语音彩信GPS定位器-- 昱读全资科技语音彩信GPS定位器为列，它内置全国的地图数据，无需后 台支持，结合了GPS全球定位系统、GSM通信技术、嵌入式语音播报技术、GIS技术、GIS搜索引擎、图像处理技术和图像传输技术，直接回复终端中文地址、彩信、或语音播报地理位置
（3）GPS在汽车导航和交通管理中的应用
三维导航是GPS的首要功能，飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新
GPS应用
型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理机、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。
(4)GPS在长途客运车辆管理中的应用（举例）
以国内首套专业的GPS长途客运车辆管理系统——它就是结合了卫星定位技术、GPRS/CDMA通讯业务、GIS技术、图像采集技术、计算机网络和数据库等技术，在客运公司建立一个总控（C/S结构和B/S结构相结合），其它设为分控，公安部门和运管部门等各部门建立专控的中心系统，系统由控制中心系统、无线通信平台（GPRS/CDMA）、全球卫星定位系统（GPS）、车载设备四部分组成一个全天候、全范围的驾驶员管理和车辆跟踪的综合平台；系统可对注册车辆实施动态跟踪、监控、拍照、行车记录、管理、数据分析等功能，监控车辆可以在电子地图上显示出来，并保存车辆运行轨迹数据；操作终端可任意选择服务器内部局域网或国际互联网对中心进行访问并可通过IE浏览器提供网上综合客车管理数据分析控制系统（B/S结构）；
(5)GPS在汽车跟踪器中的应用
GPS利用全球导航系统，可以通过接收卫星信号来适时确定地面位置。现代科技通过GSM无线网络，将GPS确定的地面位置传递到一些专业的定位平台，并在平台上标注出当前位置。用户可以用此方法很方便的得到目标的位置。
GPS在汽车跟踪器中的应用，已经应用到了生活的方方面面，在警用调查中，GPS汽车跟踪器是决对不可缺少的一部分，警察将GPS定位器放到犯罪分子的行动工具上后，可以在警用监控中心很方便的看到犯罪分子所有的区域和行动路线，达到及时发现犯罪窝点，解决治安隐患。
GPS在汽车跟踪中，平台是必不可少的，目前在国内有很多这样的平台，里面内置有各种最新的电子地图和GOOGLE卫星图片。时时的标注GPS汽车跟踪器上传的位置信息，让用户一目了然的了解目标的位置。
第二章 坐标系统与时间系统
１．坐标系统概述
天球坐标系－空固系，与地球自转无关，用于描述卫星的运行位置和状态。
地球坐标系－地固系，随同地球自转，点位坐标不会随地球自转而变化。
用于表达地面观测站的位置和处理GPS观测数据。
轨道坐标系－用于研究卫星在其运行轨道上的运动。
2. 岁差: 地轴相对于空间的变化
章动: 地轴方向相对于空间的变化
极移: 地轴相对于地球本身相对位置变化,只影响地球坐标系.
春分点：当太阳在黄道上，从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点。
3.坐标系统实际确定
(1). 瞬时坐标系统
瞬时坐标系是以历元t的瞬时基准定义的。特点是变化大，不唯一。
(2).平坐标系统
平坐标系通常是指经过对瞬时坐标系进行一定改正后的某历元t的瞬时基准定义的。
特点是有变化规律，不唯一。
(3).协议坐标系统
约定的某瞬间坐标系统。特点是唯一。
4. 常用天球坐标系
(1). 时角赤道坐标系
(2). 赤经赤道坐标系
(3). 天球地平坐标系
(4). 空间直角坐标系: x轴指向春分点，z轴指向北天极
9. 常用地球坐标系
1. 54北京坐标系
2. 80西安坐标系
3. 2000国家坐标系
4. WGS-84坐标系
5. PZ-90坐标系
5. 瞬时天球坐标系：以瞬时北天极和瞬时春分点为基准点建立的天球坐标系。
平天球坐标系：选择某一历元时刻t，将此瞬间的地球自转轴和春分点方向，经该瞬时的岁差和章动改正后，分别作为z轴和x轴的指向，y轴按构成右手坐标系取向，坐标系原点仍取地球质心。
协议天球坐标系：从1984年1月1日起采用以J2000.0 (2000年1月15日)的平赤道和平春分点为依据的协议天球坐标系。
平极天球坐标系和瞬时天球坐标系坐标转换：通过岁差和章动旋转变换来实现。
瞬时极天球坐标系和协议天球坐标系坐标转换：只需将瞬时极天球坐标系和平天球坐标系坐标转换中的观测历元t改为协议坐标系历元（2000年1月15日0时0分0秒）。
6.瞬时极地球坐标系和协议地球坐标系是如何建立的？
1、瞬时极地球坐标系
原点位于地球质心；
z轴指向瞬时地球自转轴方向；
x轴指向瞬时赤道面和瞬时地球自转轴与平均天文台赤道参考点的子午面之交点；
y轴构成右手坐标系取向。
2、协议地球坐标系－－平地球坐标系
原点位于地球质心；
z轴指向CIO：1900.00～1905.00年地球自转轴瞬时位置的平均位置作为地球的固定极；
x轴指向协议地球赤道面和包含CIO与平均天文台赤道参考点的子午面之交点；
y轴构成右手坐标系取向。
7.常用的地球坐标系的几种形式：
1、地心空间直角坐标系
l 坐标原点位于地球质心M；
l Z轴指向地球北极；
l X轴指向格林尼治平子午面与地球赤道的交点E；
l Y轴垂直于xMz平面，与x轴和z轴构成右手坐标系统。
2、地心大地坐标系
B—大地纬度 L—大地经度 H—大地高
3、站心（左手）地平直角坐标系P1-xyz
测站P1为原点；
线为z轴（指向天顶为正）；
子午线方向为x轴（向北为正）；
y轴与x、z轴垂直（向东为正）并构成左手坐标系。
4、站心地平极坐标系P1－rAh
l 以测站P1为原点
l 用测站P1至卫星s的距离r
l 卫星的方位角A
l 卫星的高度角h
站心（左手）地平直角坐标系与地心空间直角坐标系之间的转换
站心地平直角坐标系，通过旋转变换转换为站心赤道直角坐标系（测站为原点，且与地心空间直角坐标系的坐标值相平行的直角坐标系），再通过平移变换转换为地心空间直角坐标系。
8. 天球坐标系与地球坐标系之间的坐标转换
1. 瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的坐标转换
二者只是x轴的指向不同，故只存在简单的旋转关系。
2. 协议天球坐标系与协议地球坐标系的坐标转换
协议天球坐标系通过岁差和章动转换为瞬时极天球坐标系，再经过简单旋转为瞬时极地球坐标系，然后通过极移转换为协议地球坐标系。
10. 时间系统（主要有3种）
（1）世界时系统：以地球自转运动为基准建立的时间系统，包括：恒星时ST、太阳时（真太阳时、平太阳时、世界时）等
（2）力学时系统：以地球公转运动为基准的建立的时间系统
（3）原子时系统：以物质内部原子运动为基础的原子时系统
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
春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一恒星日。
特点：（1）恒星时具有地方性
（2）由于岁差、章动的影响，地球自转轴在空间的指向是变化的，春分点在天球上的位置并不固定。因此，有真恒星时和平恒星时之分。
真太阳时：以真太阳作为基本参考点，由其周日视运动确定的时间
真太阳连续两次经过某地的上子午圈（上中天）所经历的时间为真太阳日。
特点：不均匀性； 地方性
平太阳：为了弥补真太阳时不均匀的缺陷，假想一个太阳，称之为平太阳，并有如下特点：
◆ 周年视运动周期与真太阳的周年视运动周期相同；
◆ 周年视运动轨道在赤道上，而不是在黄道上；
◆ 视运动在赤道上是匀速的
平太阳时：假设以平太阳作为参考点，其速度等于真太阳周年运动的平均速度。平太阳连续两次经过同一子午圈的时间间隔，称为一个平太阳日。
特点：以平子夜开始；地方性
世界时UT：以格林尼治平子夜为零时起算的平太阳时称为世界时。
力学时
原子时：原子时秒长被定义为铯原子Cs133基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡9192631170周所持续的时间。
协调世界时UTC：采用原子时秒长，但因原子时比世界时每年快约1秒，两者之差逐年积累，便采用跳秒（闰秒）的方法使协调时与世界时UT1的时刻相接近，其差不超过1秒。
GPS时间系统 GPST：原子时秒长作为时间基准，时间起算原点为1980年1月6日UTC 0时
第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历
1.无摄运动：二体问题下的卫星运动，即只考虑地球质心引力作用的卫星运动。
受摄运动：卫星运动的真实情况，即考虑在地球质心引力和各种摄动力影响下的卫星运动。
摄动力：非球形对称的地球引力场对卫星产生非中心的引力，再加上日、月引力，大气阻力，太阳光压，地球潮汐力等一起称为摄动力。
二体问题：忽略所有的摄动力，仅考虑中心引力对卫星的作用，来研究卫星相对于地球的运动，称之为二体问题。
卫星星历：是描述卫星运动轨道信息的一组数据，即是一组对应某一时刻的轨道参数及其变率。
2.卫星的6个轨道参数
开普勒轨道参数（轨道根数）
在二体问题的研究中，通常选用 等6个参数来描述卫星的无摄运动，称为开普勒轨道参数，或称轨道根数。
① a——为轨道的长半径
② e——为轨道椭圆偏心率
以上两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。
③ Ω——为升交点赤经：即地球赤道面上升交点与春分点之间的地心夹角。
④ i——为轨道面倾角：即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。
这两个参数唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定。
⑤ ω——为近地点角距：即在轨道平面上，升交点与近地点之间的地心夹角。
该参数表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。
⑥V——为卫星的真近点角：即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。
该参数为时间的函数，确定卫星在轨道上的瞬时位置。
3. GPS卫星星历的分类。
GPS卫星星历是描述卫星运动轨道信息的一组数据，即是一组对应某一时刻的轨道参数及其变率
1.预报星历（广播星历）：包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正项参数的一组星历数据。
2.参考星历：参考星历是相应参考历元的卫星开普勒轨道参数。利用轨道参数的摄动项对已知卫星参考星历加以改正，就可以外推出任一观测历元的卫星星历。
3.后处理星历（精密星历）：一些国家的某些部门或某些国际性组织，根据各自建立的卫星跟踪站所获得的对GPS卫星的精密观测资料，而计算的卫星星历。
4.两种星历的比较
预报星历，是首先利用跟踪站以往时间的观测资料，来推求卫星的参考轨道参数；并以此为基础，加入轨道摄动改正而外推的星历。
优点：用户在观测时，可通过导航电文实时地得到卫星的预报星历，这对导航或实时定位是非常重要的。
缺点：预报星历的精度较低，难以满足精密定位工作的要求。
精密星历不是通过GPS卫星的导航电文实时地向用户传递，目前主要是利用Internet网络方式，无偿地为全球GPS用户提供下载服务。
优点：精度高。 缺点：不能实时。
第四章 GPS卫星的导航电文和卫星信号
1.GPS导航电文的概念、作用、主要内容
导航电文：就是包含有关卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、卫星工作状态信息以及由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（或D码），是用户用来定位和导航的数据基础。
内容：遥测码、转换码、第一数据块（包括时延差改正、卫星时钟改正等）、第二数据块（开普勒轨道6参数、轨道摄动9参数、时间2参数）、第三数据块（包括所有GPS卫星的历书数据）。
2.GPS卫星信号的分类和用途
GPS卫星信号包含三种信号分量：载波、测距码和数据码。
GPS卫星取L波段的两种不同电磁波频率为载波，在L1载波上，调制有C/A码、P码（或Y码）和数据码；在L2载波上，只调制有P码（或Y码）和数据码。
GPS卫星的测距码和数据码是采用调相技术调制到载波上，且调制码的幅值只取0或1。
3.伪随机码产生的原理及特点
伪随机噪声码：是一组具有良好的自相关特性、且按照某种确定的编码规则产生的具有一定周期、容易复制、取值0和1的二进制码序列。
原理：GPS技术采用m序列，即产生于最长线性反馈移位寄存器。何一个n级移位寄存器，经过适当的反馈，就能构成一个m序列。
特点：均衡性、游程分布、移位相加特性、自相关性、可复制。
4.粗码和精码
C/A码是由两个10级反馈移位寄存器相组合而产生的组合码。
特点：（1）码长很短，易于捕获
（2）码元宽度较大，测距精度较低
P码产生的基本原理与C/A码相似，是由两个伪随机码PN1(t)和PN2(t)的乘积得到的。
而伪随机码PN1(t)和PN2(t)分别是由两个12级反馈移位寄存器构成的m序列。
特点：（1）码长很长，不易捕获。
（2）P码的码元宽度仅为C/A码的码元宽度的1/10，测距精度较高。
（3）P码是专为军用的。
5. 卫星位置计算的过程
1、根据卫星电文提供的轨道参数，计算卫星的平均角速度、归化时间、平近点角、偏近点角、真近点角、升交距角、摄动改正项以及经摄动改正的升交距角、卫星矢径、轨道倾角。
2.求得卫星在轨道平面直角坐标系中的坐标；
3、把卫星在轨道平面直角坐标系中的坐标进行旋转变换，得到卫星在地心固定坐标系中的三维坐标；
4.考虑极移的影响，求出卫星在协议地球坐标系中的坐标。
6.GPS接收机的组成
l GPS接收机天线
单元
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l GPS接收机主机单元
l 变频器及中频放大器
l 信号通道
l 存储器
l 微处理器
l 显示器
l 电源
7.GPS的分类、通道作用。
（1）按用途：
l 导航型接收机
l 测地型接收机
l 授时型接收机
（2）接收信号的频率： 单频接收机； 双频接收机
（3）信号通道类型：
l 多通道接收机
l 序贯通道接收机
l 多路复用通道接收机
GPS卫星信号通道：GPS卫星信号经由天线进入接收机的“路径”。其作用是分离接收到的不同卫星的信号，实现对各卫星信号的跟踪、处理和量测，获得定位所需要的数据和信息。
第五章 GPS卫星定位基本原理
1.伪距测量的原理（码相位）
伪距：由于卫星钟、接收机钟的误差以及卫星信号经过电离层和对流层的延迟影响，实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离之间，不可避免地会存在一定差值，所以称其为“伪距”。
码相位观测，就是测量GPS卫星发射的测距码信号C/A码或P（Y）码，到达用户接收机天线的传播时间，也称为时间延迟测量。
传播时间中包含了卫星钟差、接收机钟差（卫星钟与接收机钟不同步）以及电离层延迟、对流层延迟等大气延迟的影响。
2.载波相位测量的优缺点。
载波相位测量的观测量是指GPS接收机Ti所接收到的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。
优点：码相位测量的精度较低。 P码伪距量测精度为30 cm，C/A码伪距精度为3m左右。
载波相位测量的精度比码相位测量的精度要高。目前，GPS测地型接收机的载波相位测量精度一般为1~2mm，有的精度更高。
缺点：整周模糊度问题；周跳问题
3.什么叫载波重建，为什么，有什么特点
重建载波：在进行载波相位测量以前，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
码相关法：用户可同时提取测距码信号和卫星电文，但用户必须知道测距码的结构；
平方法：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.周跳概念，产生原因以及怎么处理？
整周跳变：如果在跟踪卫星过程中，由于某种原因，如卫星信号被障碍物挡住而暂时中断，受无线电信号干扰造成失锁，计数器无法连续计数，当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是不足一周的相位观测值仍是正确的。这种现象称为周跳
1．屏幕扫描法
2．用高次差发现周跳
3．用多项式拟合法探测周跳
4. 双频观测值修复
5．在卫星间求差法
6．根据平差后的残差发现和修复整周跳变
5.什么是整周未知数，如何求解
1. 伪距法
伪距法是在进行载波相位测量的同时又进行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值后即可得到整周未知数。
2. 将整周未知数当作平差中的待定参数——经典方法
（l）整数解 （2）实数解
3．多普勒法（三差法）
经过观测方程的线性组合，去掉共同项，即可求得整周未知数。
4．快速确定整周未知数法：利用快速模糊度解算法进行快速定位的方法。
6.绝对定位的精度
评价
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一般均采用精度因子DOP来对绝对定位的结果进行评价：
定义中误差与DOP精度因子的关系：
因此，精度因子DOP可由平差参数的协因数阵中的主对角线元素来定义。
常用的精度因子有：
（1）平面位置精度因子HDOP及其平面位置精度
（2）高程精度因子VDOP及其高程精度
（3）空间位置精度因子PDOP及其三维定位精度
（4）接收机钟差精度因子TDOP及其钟差精度
（5）几何精度因子GDOP及其三维位置和时间误差综合影响的中误差MG
利用上述各精度因子，可从不同的方面对绝对定位的精度做出评价。
7.静态相对定位有哪些组合方式？
GPS静态相对定位：采用两台GPS接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，确定基线端点的相对位置或基线向量（坐标差）。
1. 一次差分
一次差分：将原始观测值直接相减。
单差观测值：求一次差分所获得的结果被当作虚拟观测值。
常用的一次差分：
在接收机间求一次差分（站间单差观测值） 特点：可以消除与卫星有关的误差项影响
在卫星间求一次差分（星间单差观测值） 特点：可以消除与接收机有关的误差项影响
在观测历元间求一次差分（历元间单差观测值）特点：可以消除整周模糊度参数
2. 二次差分（双差）
二次差分：对载波相位观测值的一次差分观测值继续求差。
双差观测值：二次差分所得的结果被当作虚拟观测值，称为二次差分观测值或双差观测值。
求二次差分的方法有：
星站或站星双差：可以消除与卫星、接收机有关的误差项影响。
星际历元双差：消除接收机误差和整周模糊度参数。
站际历元双差：消除与卫星误差和整周模糊度参数。
3.三次差分（三差）:消除了接收机钟差和卫星钟差以及整周模糊度的影响
8.动态差分GPS定位
1、位置差分
根据基准站的精密坐标
和基准站GPS接收机测出的坐标
求出其坐标改正数（
,
,
）, 然后基准站通过数据链，将坐标改正数发送出去，用户GPS接收机接收并在解算时加入坐标改正。
优点：计算简单，适用于各种型号的GPS接收机。满足米级定位精度，广泛应用于导航、水下测量等。
缺点：基准站与用户站必须观测同一组卫星，使基准站和用户站所受到的各种误差对GPS接收机坐标的影响，是相同或相近的，即具有强相关性；这在近距离可以做到，但距离较长时很难满足。故位置差分，只适用于100km以内。
2、伪距差分
基本原理：在基准站上，观测所有卫星，计算每颗卫星对应每一观测时刻到基准站的真正距离
，然后，根据基准站接收机对卫星j的伪距观测值计算伪距改正数
和伪距改正数的变化率
。基准站将j和dj通过数据链发送给用户，用户接收后，在测出的伪距观测值j(t)上加入伪距改正，求出经改正后的伪距。
优点：基准站提供所有卫星的改正数，用户接收机观测任意4颗卫星，就可完成定位。
伪距差分属“修正法”，能满足米级定位精度，广泛应用于导航、水下测量等。
缺点：差分定位的精度随基准站到用户的距离增加而降低。
3、载波相位差分
又称RTK(Real Time Kinematic)技术，即实时处理两个测站（基准站和流动站）载波相位观测量的差分定位方法。载波相位差分方法分为两类：
修正法：即将基准站载波相位修正值发送给用户，改正用户的载波相位观测值，再求解坐标。
差分法：即将基准站采集的载波相位观测值发送给用户，用户求取基准站和流动站间的差分观测值，然后再解算坐标。
优点：结构和算法简单，技术上较为成熟。
缺点：受到基准站至用户站距离（作用距离）的限制，用户接收机距离基准站的距离不能太远，一般为几十公里。因此主要用于小范围的差分定位工作。
第七章
1.GPS测量的误差来源：
1与信号传播有关的误差：电离层折射、对流层折射、多路径误差
2与卫星有关的误差：卫星星历误差、卫星钟误差 、相对论效应
3与接收机有关的误差：接收机钟误差、接收机的位置误差 、天线相位中心位置的偏差
4其他误差：地球自转的影响 和地球潮汐改正
2.各种误差的特点，消除方法，怎么产生的，与哪些因素有关
（1）电离层折射特点
测码伪距的电离层折射改正和测相伪距的电离层折射改正大小相同，符号相反。码相位滞后，载波相位超前。电离层折射改正的大小主要取决于电子总量和信号频率
减弱措施：利用双频或多频观测技术
利用电离层改正模型加以修正
利用同步观测值求差
（2）对流层折射特点
电磁波在对流层中的传播与频率无关。对流层中电磁波传播的折射率略大于1，随高度的增加而逐 渐减小，当接近对流层的顶部时，其值趋近于1。对流层折射的影响还与卫星的高度角有关。
减弱措施：（1）采用对流层模型加以改正；
（2）引入描述对流层折射影响的附加待估参数，在数据处理中一并求得；
（3）利用同步观测量求差；
（4）利用水汽辐射计直接测定信号传播的影响
（3）多路径误差
在GPS测量中，测站周围的反射物所反射的卫星信号（反射波）进人接收机天线，并和直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值。
多路径效应：由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应。
减弱措施 （1）选择合适的站址
（2） 选择造型适宜、屏蔽良好的天线
（3）延长观测时间，消弱多路径效应的周期性影响
（4）改善GPS接收机的电路设计，以减弱多路径效应的影响。
（4）卫星星历误差
由卫星星历所给出的卫星在空间的位置与实际位置之差。
减弱措施 （1）建立自己的卫星跟踪网独立定轨
（2）轨道松弛法（轨道改进法）视卫星轨道
的改正数为未知数。通过平差同时求得测站位置及轨道的改正数
（3）同步观测值求差法
（5）卫星钟误差
卫星钟时间和标准GPS时之间的时间偏差。包括由钟差、频偏、频漂等产生的误差，也包含钟的随机误差。
减弱措施 （1）可用二阶多项式进行改正卫星钟差；
（2）在接收机间求差；
（3）采用精密卫星钟差等方法来进一步消除。
（6）接收机钟误差
接收机钟时间和标准GPS时之间的时间偏差
减弱措施 (1)把每个观测时刻的接收机钟差当做一个独立的未知数，在数据处理中 一并求解。
(2）将接收机钟差表示为时间的多项式然后在平差计算中以多项式系数为参数进行解算
(3)通过在卫星间求一次差的方法来消除接收机的钟差。
（7）接收机位置误差：
指接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差。
减弱措施 （1）仔细操作，以尽量减少这种误差的影响
（2）采用有强制对中装置的观测墩
（8）天线相位中心的位置偏差：
即观测时相位中心的瞬时位置与理论上的相位中心位置之间的差别。
减弱措施 （1）改善天线设计 （2）利用同步观测值求差
（9）相对论效应：
由于卫星钟和接收机钟所处的状态（运动速度和重力位）不同而引起卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象。
减弱措施 制造卫星钟时预先把频率降低4.449×10－10f。
（10）地球潮汐改正
1. 固体潮：因为地球并非是一个刚体，所以在太阳和月球的万有引力作用下，固体地球所产生的周期性的弹性形变。
2. 负荷潮：在日月引力的作用下，地球上的负荷所发生的周期性变动，使地球产生周期的形变，称为负荷潮汐，例如海潮。
第八章
1、GPS网图形构成的几个基本概念
①观测时段：测站开始接受卫星信号到观测停止（包括信号中断），连续工作的时间段。
②同步观测：两台或两台以上接收机同时对一组卫星进行的观测。
③同步观测环 :三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。
④独立观测环：独立观测的基线向量构成的闭合环。
⑤异步观测环：在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该多边形环路叫异步观测环。
⑥独立基线：N台GPS接收机构成的同步观测环，独立基线数为N-1。
⑦同步环的闭合差：指同步闭合环中各GPS边的坐标差之和。
异步图形的构成：由GPS网中的独立边构成的一定的几何图形。
数据删除率：在基线解算时，如果观测值的改正数大于某一个阈值时，则认为该观测值含有粗差，需要将其删除。被删除观测值的数量与观测值的总数的比值，就是数据删除率。
2.GPS测量的外业实施
一、选点
二、标志埋设
三、观测工作
1、观测工作依据的主要技术指标：《规范》、《规程》
2、天线安置
3、开机观测
4、观测记录
3.GPS测量的作业模式
一、经典静态相对定位
二、快速静态相对定位
优点：作业速度快、精度高、能耗低；
缺点：两台接收机工作时，构不成闭合图形，可靠性较差。
三、准动态相对定位
四、往返式重复设站
五、动态相对定位
六、 RTK作业模式
（1）快速静态RTK测量
（2）准动态RTK测量
（3）动态RTK测量
第九章
1.GPS测量数据处理过程
数据采集->数据传输->数据预处理->基线解算->GPS网平差
（1）数据传输（分流 ）：从原始记录中，通过解码将各种数据分类整理，剔除无效观测值和冗余信息，形成各种专用数据文件。
①观测值文件：包含观测历元时间、卫星编号、测码伪距、载波相位观测值等
②测站信息文件：测站名、测站号、测站的概略坐标、接收机编号、天线号、天线高、观测的起止时间、记录的数据量等
③导航文件：包括星历参数、电离层延迟改正参数和UTC参数
（2）数据预处理的目的：①对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差；
②统一数据文件格式并将各类数据文件加工成标准化文件；
③找出整周跳变点并修复观测值；
④对观测值进行各种模型改正。
（3）数据文件标准化：包括GPS卫星轨道方程、卫星钟差的标准化、观测值文件的标准化
RENIX标准格式文件：即“与接收机无关的数据交换格式”
2. GPS定位成果的转换
1. 利用重合点三维转换
（1）七参数法：（平移、旋转、尺度） 注意H引起的误差
（2）局部地区四参数法：（
,
,
,尺度）精度较好
（3）约束平差法：将地面已知数据作为限制条件进行平差计算
2. 利用重合点二维转换
四参数法进行转换：
3、转换到地方独立坐标系
第一步将GPS坐标转换到国家大地坐标系
第二步再将国家大地坐标系转换到地方坐标系
一般地方坐标系与国家大地坐标系的椭球参数只是长半径a有差别。
4 GPS基线向量网平差
★ GPS基线向量网
在各项质量检核符合要求后，将不同时段观测的所有独立基线向量互相联结成的网。
★ GPS基线向量网平差
以三维GPS基线向量（坐标差）为观测值，以其协因数阵之逆阵为权，通过平差计算，消除许多图形闭合条件不符值，以及求定各GPS网点的坐标并进行精度评定。
5.平差的整个过程，每种平差为什么采用，有什么作用?
一.无约束平差
1. 定义:平差时不引入会造成GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。即无约束平差一般没有起算数据或没有多余的起算数据。
通常，无约束平差只固定网中某一点的WGS-84系三维坐标作为网平差时的位置基准。
2. 作用
（1）检验网本身的内部符合精度以及发现和剔除基线向量观测值的系统误差和粗差；
（2） 提供各GPS网点在WGS-84系下的三维坐标；
（3）计算各GPS网点的大地高程数据。
3. 无约束平差方法
（1）位置基准设计的常用方法（属WGS-84坐标系）
①将高级GPS点的坐标作为网平差时的位置基准；
②取网中任一点的伪距单点定位坐标作为网平差时的位置基准；
③亏秩自由网基准。
（2）误差方程的列立
(3) 法方程式的组成及解算
(4) 基线向量的改正数检核
（5）精度评定
二、三维GPS约束平差
1.定义：在国家坐标系或地方坐标系下，以某些点的坐标、边长或方位角为约束条件，同时顾及GPS网与地面网之间的坐标转换参数进行的平差计算，包括三维和二维约束平差。
2. 作用：提供各GPS网点在国家或城市坐标系中的三维或二维坐标；
获得坐标转换参数及其精度信息。
3. 三维约束平差的特点
GPS基线向量网的三维约束平差可以在国家（或地方）坐标系中进行；三维约束平差结束后，同时完成WGS－84坐标系到国家（或地方）坐标系统的转换；
约束条件包括：
l GPS网点在地面网国家坐标系下的固定坐标；
l 固定空间弦长；
l 某一固定大地方位角。
4.方法：（1）将WGS-84下的观测值换算到国家坐标系
(2) 列基线向量的观测方程
(3) 列基线向量的误差方程
(4) 列约束条件方程（固定点、固定边、固定大地方位角条件方程）
(5) 法方程组成与解算
(6) 精度评定
三、二维约束平差
1. 空间直角坐标观测值转换到平面坐标
2. 列立误差方程
3. 列立约束条件方程
4. 解算
5. 精度评定
6.GPS高程的3种形式
1. 大地高：地面点沿法线到地球椭球面的距离。
2. 正常高：地面点沿垂线方向到似大地水准面的距离。
3. 高程异常：参考椭球面到似大地水准面的距离。
确定GPS点的高程（正常高）的方法
（一）GPS水准高程
利用GPS测定的大地高和水准测量测定的正常高数据，确定测区的似大地水准面（或高程异常分布），从而确定测区内各GPS点高程异常和正常高的方法
1. 等值线图法
2. 解析内插法（多项式拟合法、三次样条曲线、Akima法）
3. 曲面拟合法（多项式曲面拟合法、多面函数法、曲面样条拟合法）
4. 移动曲面法
（1）确定假定坐标 （2）确定各点的权
（3）确定参加内差的点 （4）采用契比雪夫多项式计算
5. 地形改正法
（二） GPS重力高程
利用重力资料求得点的高程异常，结合GPS测定的大地高，再求出GPS点的正常高（或正高）的一种方法。
注：实际计算时可用GPS水准高程和GPS重力高程相结合的途径计算。
（三）GPS三角高程
GPS三角高程是在GPS点上加测各GPS点间的高度角（或天顶距），利用GPS确定的边长，按三角高程测量公式计算GPS点间的高差，从而求出GPS点的正常高（或正高）的一种方法。
08级考试题已用红色字体标出，其余的部分考题有：
一、名词解释
1开普勒轨道方程
2GPS时间系统
3春分点
4国际地球参 考系统(ITRS)：是一种协议地球参考系统(CTRS),定义为CTRS的原点为地心，并且是指包括海洋和大气在内的整个地球的质心
5精密卫星星历
6信号通道
7绝对定位
8载波重建
9多普勒计数
10周跳
11几何精度
12多路径误差
13观测时段
14同步观测环
15无约束平差
二、简答：
1.WGS-84坐标系中的（x，y）坐标如何转换为大地坐标系的（B,L）坐标？
假设Xg、Yg、Zg表示WGS84地心坐标系的三坐标轴，Xt、Yt、Zt表示当地坐标系的三坐标轴，那么自定义基准面的7参数分别为：三个平移参数ΔX、ΔY、ΔZ表示两坐标原点的平移值；三个旋转参数εx、εy、εz表示当地坐标系旋转至与地心坐标系平行时，分别绕Xt、Yt、Zt的旋转角；最后是比例校正因子，用于调整椭球大小。(WGS84---西安80)
2.解释说明或者作图说明时角赤道坐标系
3.伪随机噪声码特点、原理、用途。
4.简单说明开普勒轨道参数
5.简述GPS卫星信号的三个分量
6.GPS接收机根据用途的分类。
7.整周跳变的概念和修复方法
8.多路径误差特点及消弱的方法
9.GPS数据处理过程及预处理的内容
10.约束平差的作用及约束的条件有哪些
11.卫星位置计算的过程
三、论述：
1.简述GPS的三种高程形式
2.GPS的应用
浙公网安备 33021202002483