GPS测量原理及应用考试重点

GPS测量原理及应用考试重点

上海海洋大学

第一讲：

现有的全球卫星导航系统包括哪些？

GPS卫星导航系统/GLONASS全球卫星导航系统/伽利略GNSS系统/双星导航定位系统（北斗一号）。

GPS全球定位系统的组成？

3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全球定位系统的三大主要功能？ 定位、授时、测速。 GPS应用

军事上的应用：

协同作战方面：GPS可为各级指挥系统提供各种目标及事件所发生的时间和地点； 导弹的制导，提高命中目标的精度；搜索、救援人员野外定位。 海陆空的导航应用：

海洋运输，利用GPS提供的位置信息，选择最佳路径，节省时间，燃料，并保障安全；陆地车辆导航。

定位：大地测量和工程测量的应用。 授时：电力系统的并网发电。 其他：农业、气象（预报）、休闲等，例如精细农业。

第二讲：坐标系统和时间系统

描述卫星和地面观测站的空间位置，应分别采用何种坐标系？原因是什么？ 1， 描述卫星的位置——天球坐标系

2， 描述地球上的点的位置——地球坐标系 3， 原因：P16

GPS系统使用的是哪种坐标系统？ WGS-84坐标系统 P22

目前使用的时间系统有哪些主要分类？ 恒星时和太阳时：地球的周期性自转。 历书时：地球的周期性公转。

原子时：原子核外电子能级跃迁时辐射的电磁波的频率。 P28

恒星时：选取春分点作为参考点，用它的周日视运动周期来描述时间的时间计量系统。 太阳时：选取太阳作为参考点，用它的周日视运动周期来描述时间的时间计量系统。 平太阳时：以平太阳的周日视运动为基础建立的时间系统。

第三讲：卫星运动基础及GPS卫星星历

卫星的受摄运动与无摄运动：P32~36

二体问题：P32

二体问题：将地球和卫星视为两个质点，仅考虑地球质心引力研究卫星运动规律。

6个积分常数：a---为开普勒椭圆的长半径 ；es ─轨道椭圆的偏心率；i ─轨道倾角，即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角；Ω ─升交点赤经，即在地球赤道平面上升交点与春分点之间的地心夹角，它是卫星由南向北运行时，其轨道通过赤道面的交点；?s ─近地点角距，即在轨道平面上升交点与近地点之间的地心角距；fs ─卫星的真近点角，即在轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。

卫星的受摄运动——在摄动力的影响下，卫星偏离理想轨道的运动。

地球的非中心引力——地球的非球性及其质量分布不均匀而引起的作用力。

太阳的辐射压力——与卫星、太阳、地球之间的相对位置有关，与卫星的反射特性，卫星的解面积质量比有关。

大气阻力——取决于大气密度，卫星的断面与质量比，卫星的速度。 磁力——（卫星在地球的磁场中运动产生的电磁力）。

考虑了摄动力后，卫星的轨道参数随时间变化，不再为常数。

卫星在地球质心引力和各种摄动力总的影响下的轨道参数称为瞬时轨道参数。 卫星运动的真实轨道称为卫星的摄动轨道或瞬时轨道。瞬时轨道不是椭圆，轨道平面在空间的方向也不是固定不变的。

卫星受到的摄动力：P36

卫星星历的概念与分类：P39

卫星星历：一组对应某一时刻的轨道参数及其变率。 由星历可计算出任一时刻的卫星位置及其速度。 分类：预报星历（广播星历）、后处理星历（精密星历）。 第四讲：GPS卫星的导航电文和卫星信号 卫星星历、导航电文与卫星信号的关系：

卫星信号：卫星向广大用户发送的用于导航定位的调制波，包含载波；测距码；数据码。 导航电文包括：卫星星历；时钟改正；电离层时延改正；工作状态信息；C/A码转换捕获P吗的信息等。

卫星星历：描述卫星运动轨道的信息(1)开普勒6参数 (2)轨道摄动9参数 (3)时间2参数星历参考时刻 &星历数据龄期。

GPS卫星信号主要由哪几部分组成？它们相互之间有什么关系？

GPS卫星信号：是GPS卫星向广大用户发送的用于导航定位的调制波。 包括：

1. 载波

2. 测距码（C/A码和P码） 3. 数据码（D码，导航电文） 测距码作用：

1给用户传送导航电文（D码）；

2用于测量信号接收天线和GPS卫星之间的距离；

3用于识别来自不同GPS卫星而同时到达接收天线的GPS信号。

GPS卫星导航电文中主要包含哪些信息？

卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息、C/A码转换到捕获P码的信息、 其它卫星的星历。

使用L 波段的优点：减少拥挤，避免―撞车‖ - 频率占用率低 适应扩频，传送宽带信号；

卫星高轨运行能获较大的多普勒频移- 有利于测量用户的行驶速度； 大气衰减小，有益于研制用户设备 。

第四讲：GPS信号接收机

GPS信号接收机—概念：一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星导航定位信号的无线电接收设备，既具有无线电接收设备的共性，又具有捕获、跟踪和处理微弱的GPS卫星信

号的特性。

GPS接收机的组成（三部分）：P53最下面一段。

GPS接收机信号通道的类型：P53中间部分。 按通道数分：

多通道接收机：具有多个信号通道，每个通道只能连续跟踪一个卫星信号。

序贯通道接收机：通常只有1~2个通道，在软件控制下，按时序依次对卫星信号进行跟踪和量测。量测一个循环所需时间较长。

多路多用通道接收机：通常只有1~2个通道，在软件控制下，按时序依次对卫星信号进行跟踪和量测。量测一个循环所需时间较短。 GPS接收机的主要任务：

当GPS卫星在用户视界升起时，捕获到待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行；对所接收到的GPS信号，具有变换、放大和处理的功能，测量出信号从卫星到接收天线的传播时间；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。 GPS接收机的工作原理：码相关技术、平方技术、综合型技术。 码相关技术的特点：

优点： - 既可进行伪距测量，又可进行载波相位测量，并能获得导航电文 - 良好的信噪比

缺点：- 用户须掌握伪随机码的结构。但由于美国的SA政策，一般用户无法采用码相关技术获得L2载波的观测值，因而不能通过双频技术来减弱电离层折射的影响 GPS信号接收机基本性能检验的方法：

1. 零基线检验 2. 超短基线检验

第五讲：GPS卫星定位基本原理（一） GPS卫星定位的基本原理：P58 作业本。

码相关伪距测量的原理：

卫星依据自己的时钟发出一个测距码，经过τ时间后到达接收机；

接收机产生一组结构完全相同的复制码，并通过时延器使其延迟时间τ’；

将两组测距码进行相关处理，直到两组测距码的自相关系数 R(τ’)=1为止，此时，复制码已和测距码对齐，复制码的延迟时间τ’ 就等于卫星信号的传播时间τ； 将τ’ 乘上光速c后即可求得卫星至接收机的伪距。

伪距测量的原理：P59

三种时间系统：各颗GPS卫星的时间标准；各台GPS信号接收机的时间标准；统一上述时间标准的GPS时间系统。

? 伪噪声码从卫星到接收天线的传播时间： ? 伪噪声码从卫星到达接收天线的时元T ? 伪噪声码在其卫星的发射时元t

??T(?R)?t(?S)?? (???)?(dt?dT)

RS

dt — 卫星时钟相对于GPS时间系统的时间偏差（可根据导航电文求得） dT— 接收机时钟相对于GPS时间系统的时间偏差（接收机钟差）

根据图示标出伪噪声码的真实传播时间与观测时间： RS伪噪声码的真实传播时间：(tr-ts) 卫星到接收天线的真实距离： P?C?卫星到接收天线的“伪距（pseudorange）”： ??C(?R??S)

考虑电离层/对流层影响的伪距值：

P?C??C(dt?dT)?dion?dtrop

C (dt – dT ) — 时钟偏差引起的距离偏差； dion电离层效应引起的距离偏差； dtrop对流层引起的距离偏差。

在载波相位测量中，确定整周未知数主要有哪些方法？P63

伪距测量和载波相位测量的观测方程中各项的意义，以及两个观测方程的联系？P61 伪距测量的基本方程：

?? (???)?(dt?dT)??

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kvjv.html