《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案

的误差的基础。

17、接收机天线的作用是什么?对其有何要求?

答:接收机天线的作用是:把来自卫星信号的能量转化为相应的电流量，并经过前 置放大器送入射频部分进行频率变换，以便接收机对信号进行跟踪、处理和量测。 对天线的要求有:

1)天线与前置放大器一般应密封为一体，以保障在恶劣的气象环境下能正常工作， 并减少信号损失;

2)天线均应呈全圆极化。要求天线的作用范围为整个上半球，在天顶处不产生死 角，以保障能同样地接收来自天空任何方向的卫星信号:

3)天线必须采取适当的防护与屏蔽措施(例如加一块基板)，以尽可能地减弱信号 的多路径效应、防止信号的干扰;

4)天线的相位中心与其几何中心之间的偏差应尽量小，且保持稳定。由于GPS测 量的观测量，是以天线的相位中心为准的，而在作业中，天线的安置却是以其几何中心 为准，所以在天线的设计中，应尽可能保持两个中心的一致性和相位中心的稳定性。

18, GPS地面监控系统由嘟些部分组成?各部分的主要功能是什么?

答:GPS地面监控系统主要由分布在全球的5个地面站组成，其中包括一个主控站、 三个信息注入站和五个卫星监测站。主控站设在美国本土科罗拉多.斯平士(Colorado Springs)的联合空间执行中心。3个注入站分别设在印度洋的狄哥，伽西亚(Diego Garcia)、南大西洋的阿松森岛(Ascension)和南太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein)。五个 监测站除主控站和注入站外，还在夏威夷设立了一个监测站。 主按站除协调和管理所有地面监控系统的工作外，其主要任务是:

1)根据本站和其它监测站的所有观测资料推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大 气层的修正参数等，并把这些数据传送到注入站。

2)提供全球定位系统的时间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟均应与主控站的 原子钟同步或测出其间时钟差，并把这些钟差信息编入导航电文送到注入站: 3)调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行。 4)启用备用卫星以代替失效的工作卫星。

监测站是在主控站直接控制下的数据自动采集中心，站内设有双频GPS接收机、高 精度原子钟、计算机各一台和若干台环境数据传感器。接收机对GPS卫星进行连续观测， 以采集数据和监测卫星的工作状况;原子钟提供时间标准;环境传感器收集当地的气象 数据。

所有观测资料由计算机进行初步处理(如计算对流层、电离层、天线相位中心、 相对论效应改正数等)，并存储和传送到主控站，用以确定卫星的轨道。 安徽理工大学测绘工程教研室 余学祥 吕伟才 编

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注入站的主要设备包括一台直径为3. 6m的天线，一台C波段发射机和一台计算机。 其主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和 其它控制指令等注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。

整个GPS的地面监控部分，除主控站外均无人值守。各站间用现代化的通讯系统联 系起来，在原子钟、计算机的驱动和精确控制下，各项工作实现了高度的自动化和标准 化。

19, GPS侧量工作包括哪几个阶段?其总的原则是什么?其技术设计的主要内容是 什么? 答:

按照GPS测量实施的工作程序，则大体可分为这样几个阶段:技术设计:选点与建 立标志;外业观测;成果检核与处理。

GPS测量是一项技术复杂、要求严格、耗费较大的工作，对这项工作总的原则是， 在满足用户要求的情足下，尽可能地减少经费、时间、和人力的消耗。因此，对其各阶 段的工作都要精心设计和实施。为了保障观测成果的可靠性和满足用户的要求，GPS测 量作业应遵守统一的规范和细则。

GPS网的技术设计是GPS测量工作实施的第一步，是一项基础性工作。这项工作应 根据网的用途和用户的要求来进行，其主要内容包括精度指标的确定，网的图形设计和 网的基准设计。

20、什么叫GPS网的荟准设计?GPS网的谷准包括哪些? 答:

GPS测量获得的是GPS基线向量，它属于WGS-84坐标系的三维坐标差，而实际我们 需要的是国家坐标系或地方独立坐标系的坐标。所以在GPS网的技术设计时，必须明确 GPS成果所采用的坐标系统和起算数据，即明确GPS网所采用的基准。我们将这项工作 称之为GPS网的基准设计。

GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。方位基准一般以给定的起算方 位角值确定，也可以由GPS基线向量的方位作为方位基准。尺度基准一般由地面的电磁波测距确定，也可由两个以上的起算点间的距离确定，同时也可由GPS基线向量的距离 确定。GPS网的位置基准，一般都是由给定的起算点坐标确定。因此，GPS网的基准设 计，实质上主要是指确定网的位置基准问题。

21, GPS网图形设计的一般原则是什么? 答:

GPS网的图形设计，也就是根据对所布设的GPS网的精度要求和其他方面的要求， 设计出由独立GPS边构成的多边形网(或称为环形网)。GPS网的图形设计主要取决于用 安徽理工大学测绘工程教研室 余学祥 吕伟才 编

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户的要求、经费、时间、人力以及所投入接收机的类型、数量和后勤保障条件等。GPS 网图形设计的一般原则是:

1) GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如三角形、多边形或附合线路， 以增加检核条件，提高网的可靠性。

2) GPS网点应尽量与原有地面控制网点相重合。重合点一般不应少于3个(不足时 应联测)且在网中应分布均匀，以便可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。 3)GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点一般应根据要求以水准测量方法(或 相当精度的方法)进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点，以便为大地水准面 的研究提供资料。

4)为了便于观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和容易到达的地方。 5)为了便于用经典方法联测或扩展，可在网点时近布设一通视良好的方位点，以 建立联测方向。方位点与观测站的距离，一般应大于300m

22、在GPS外业观测工作中，操作人员应注意哪些事项? 答:在GPS外业观测工作中，操作人员应注意以下问题:

1)当确认外接电源电缆及天线等各项联结完全无误后，方可接通电源，启动接收 机。

2)开机后接收机的有关指示和仪表数据显示正常时，方能进行自测试和输入有关 测站和时段控制信息。

3)接收机在开始记录数据后，用户应注意查着有关接收卫星数量、卫星号、相位 测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质记录等情况。

4)在观测过程中，接收机不得关闭并重新启动;不准改变卫星高度角的限值，不 准改变天线高。

5)每一观测时段中，气象资料一般应在时段始末及中间各观测记录一次，当时段 较长时(如超过60分)应适当增加观测次数。

6)观测站的全部预定作业项目，经检查均已按规定完成，且记录与资料均完整无 误后方可迁站。

23、在GPS外业观测工作中，对于观测记录有何要求? 答:在GPS外业观测工作中，对观测记录提出了以下要求:

1)观测前和观测过程中应按要求及时填写各项内容，书写要认真细致，字迹清晰、 工整、美观。

2)各项观测记录一律使用铅笔，不得开刀和涂改，不得转抄和追记，如有读、记 错误，可整齐划掉，将正确数据写在上面并注明原因。其中天线高，气象读数等原始记 录不得连环涂改。

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3)手簿整饰，存储介质注记和各种计算一律使用蓝黑墨水书写。

4)外业观测中接收机内存储介质上的数据文件应及时拷贝成一式两份，并在外存 储介质外面适当处制贴标签，注明网区名、点名、点号、观测单元号、时段号、文件名、 采集日期、测量手薄编号等。两份存储介质应分别保存在专人保管的防水、防静电的资 料箱内。

5)接收机内存数据文件卸到外存介质上时，不得进行任何剔除、删改和编辑。 6)测量手簿应事先连续编印页码并装订成册，不得缺陨。 7)其他记录，亦应分别装订成册。

24、在GPS测It中，对于三角形网、环形网和星形网各有何优缺点?适用于何种情 况?(配合圈形解释) 答:

GPS网图形的基本形式主要有三角形网、环形网和星形网，各有优缺点及适用条件。 1)三角形网

GPS网中的三角形由同步的独立观测边组成。这种图形的几何结构强，具有良好的 自检能力，能够有效的发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性。同时经平差后网中相邻点间基线向量的精度分布均匀。

这种网形的主要缺点是观测工作量较大，尤 其当接收机的数量较少时，将使观测工作的总 时间大为延长。

通常只有当网的可靠性和精度要求较高时， 才单独采用这种图形。 2)环形网

由若干含有多条独立观测边的闭合环所组 成的网，称为环形网。这种网形与经典大地测 量中的导线网相似，其图形的结构强度比三角

网为差。网的自检能力和可靠性与闭合环中所含基线边的数量有关，因此，一般根据网的不同精度要求，规定闭合环中包含的基线边

不超过一定的数量。例如，对于一、二、三等网，基线边数分别不超过4, 5, 6条。 环形网的优点是观测工作量较小，且具有较好的自检 性和可靠性。

其缺点主要是非直接观测的基线边(或间接边)精度 较直接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀。 三角形网和环形网是大地测量和精密工程测量中普 通采用的两种基本图形。通常，根据情况往往采用上述两 安徽理工大学测绘工程教研室 余学祥 吕伟才 编

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