长 安 大 学 ---- 学年第 学期期终考试试题（A ）卷答案及评分标准
学生姓名
班级 学号 课程名称 GPS 原理与应用 考试日期 共4题
一、填空题（每空1分，共23分；用英文字母缩写填写答案也算正确）
半导体模块1、一般来说，空间大地测量包括（甚长基线干涉测量，或VLBI ）、（激光测月，或LLR ）和（卫星大地测量）三种技术。
2、GPS 系统的三大组成部分分别是：（空间部分，或GPS 卫星星座）、（地面监控部分）和（用户接收设备部分，或GPS 接收机）。 3、二体问题意义下，人造地球卫星运动的六个正常轨道参数分别是：（，轨道平面倾角）
、（Ω，升交点赤经）、（，轨道椭圆长半径）
、（e ，轨道椭圆离心率）、（ω，近升角距）和（τ，卫星通过近地点的时刻）。
i a 4、GPS 卫星信号包括（测距码）、（导航电文或D 码）和（载波）三种。 5、GPS 卫星的星历一般分为两种，它们分别是（预报星历，或广播星历）和（后处理星历，或精密星历）。
6、从误差来源分析，GPS 测量误差大体上可分为以下三类：（与GPS 卫星有关的误差）、（与GPS 卫星信号传播有关的误差）和（与GPS 信号接收机有关的误差）。
7、大地测量中常用的三种高程系统分别是：（正高系统）、（正常高系统）和（大地高系统）。
二、选择题（每题3分，共15分；多选、少选或错选均不能得分）
1、ABC ；
2、C ；
3、BC ；
4、ABCD ；
5、ABC 。
三、名词解释（每题2分，共12分；表述出各名词的主要内容即可得分）
1、章动：是指真北天极绕平北天极所作的顺时针椭圆运动。椭圆形轨迹的长半径约9.2″，短半径约
6.9″。章动周期为18.6a，与岁差相比是一种短周期运动。
2、协调世界时：由于地球自转速度长期变慢的趋势，近几十年来，世界时每年比原子时约慢1s ，两者之差逐年积累。为了避免发播的原子时与世界时之间产生过大的偏差，所以，从1972年起便采用了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衷的时间系统，这种时间系统称为协调世界时(UTC)，或简称协调时。协调世界时的秒长严格等于原子时的秒长，采用闰秒(或跳秒)的办法使协调时与世界时的时刻相接近。
3、异步图形（环）：即由不同时段的基线向量首尾相接构成的闭合图形。
4、静态绝对定位：是指在GPS 接收机天线处于静止状态下，确定测站的三维地心坐标。 5、周跳（整周跳变）：由于仪器线路的瞬间故障、卫星信号被障碍物暂时阻断、载波锁相环路的短暂失锁等因素的影响，引起计数器在某一个时间无法连续计数，这就是所谓的整周跳变现象(简称周跳)。
6、基线向量：空间任意两点在协议地球参考系中的三维空间直角坐标差（ΔX，ΔY，ΔZ），因其带有方向性，故称之为基线向量。
四、简答题（第6题10分，其余各题每题8分，共50分；表述清楚主要内容即可得分）
1、试写出GPS 定位测量中测距码伪距测量的基本原理和观测方程。（共8分） 答案要点：
（1）测距码伪距测量的基本原理是（5分）：码相关法伪距测量是通过调整自相关函数R（t）的值，测定测距码信号由卫星到达地面测站的传播时间实现的。
定义自相关函数：dt t U t t U T
t R T )('*)(1)(0τ∫−∆−= ——测距码传播时间； t ∆)('τ−t U ——接收机复制的测距码信号；
——卫星发射的测距码信号； )(t t U ∆−τ——复制延迟； T ——测距码信号周期；
铝方通吊顶工艺当卫星发射的测距码信号经过秒传播时间后到达接收机时，接收机立即产生出一个结构完全相同的复制码序列，并在时延器的控制下不断调整t ∆τ，直到R （t ）=1为止。这时即有：τ=，信号传播时间一旦测定，只要乘以光速c ，即可获得卫星至测站的距离，但是由于其中包含卫星钟和接收机钟的不同步误差，因此称为伪距。
t ∆t ∆ （2）测距码伪距测量的观测方程（3分）：
trop ion j
i j i j i t c S S δρδρδ+++=*~
2、试写出静态相对定位中载波相位的双差（先测站之间求差，后卫星之间求差）观测值方程，并说明该方程可以消除或削弱的误差类型。（共8分）
答案要点：答出（1）得4分；答出（2）得4分。 ()[]1212121212121212012012121212120121
*12p q pq q p q p q p pq q p pq pq pq f t t t D t D t f V t V t N t N t c
f t t t D t N t c
t t ϕϕϕϕϕϕϕ⎡⎤=−=
−+−−−⎣⎦=−=−（）以测站、卫星之间求双差为例，静态相对定位中载波相位的双差观测值方程为：（）（）（）（）（）（）（）（）（）即：（）（）（）（）（）（）——于观测历元，测站（、）、卫星（、）间的双121201*********q p V t t N t q N t p 差观测值；（）——于观测历元，接收机、间的钟差之差；
（）——测站、在卫星处求单差时的整周未知数之差；
（）——测站、在卫星处求单差时的整周未知数之差；（）此方程可消除或削弱的误差类型：
接收机钟差和卫星钟差已完全消除；大大削弱了电离层和对流层折射误差；盲点侦测系统
大大削弱了卫星星历误差，在短距离内几乎可以完全消除。
3、在载波相位观测量之间求差有何优缺点？（共8分）
答案要点：
（1）优点（4分）：
（a）可以消除或削弱卫星星历误差、卫星钟误差、接收机钟误差、对流层折射误差、电离层折射误差和整周未知数的影响，极大地提高定位精度；
（b）可以消去多余未知参数，使求解简单易行。
（2）缺点（4分）：
（a）求差使观测方程数大大减少，使许多有效的观测数据不能得以利用，导致观测数据利用率低；
（b）求差后得到的虚拟观测值之间产生相关性，随着求差次数的增加，其相关性也随着显著地的增强，从而导致解的精度和可靠性降低。
4、试简述载波相位差分GPS定位的基本思想。（共8分）
答案要点：
载波相位差分GPS定位与伪距差分GPS原理相类似，其基本思想是：在基准站上安置一台GPS 接收机，对卫星进行连续观测，并通过无线电传输设备实时地将观测数据及站坐标信息传送给用户站（4分）；用户站一方面通过接收机接收GPS卫星信号，同时还通过无线电接收设备接收基准站传送的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地进行数据处理，并实时地以厘米级的精度给出用户站的三维坐标（4分）。
5、试简述GPS网选点的一般原则。（共8分）
答案要点：
在布设GPS控制网的选点工作中，一般应注意：
(1)点位应紧扣测量目的布设。（2分）
(2)应考虑便于其他测量手段联测和扩展，通常最好能与相邻一至二个点通视。（1分）
(3)点应选在交通方便、便于到达的地方，便于安置接收设备。视野开阔，视场内周围障碍物的高度角一般应小于15°。（1分）
(4)点位应远离大功率无线电发射源和高压输电线，以避免周围磁场对GPS信号的干扰。（1分）
(5)点位附近不应有对电磁波反射强烈的物体，以减弱多路径效应的影响。（1分）
(6)点位应选在地面基础坚固的地方，以便于保存。（1分）
(7)点位选定后，均应按规定绘制点之记。（1分）
6、如何用布尔沙（Bursa）模型实现WGS-84坐标与C80国家坐标系坐标的转换？（共10分） 答案要点：（若用文字将两坐标系的转换过程叙述清楚，则写出一个布尔沙模型方程或变形后的布尔沙模型方程即可得分）
GPS定位成果属于WGS-84坐标系，而实用的测量成果是属于某一国家坐标系或地方坐标系的，因此必须解决定位成果的坐标转换问题。（2分）
（1）应用布尔沙（Bursa）模型，WGS-84坐标系中的控制点经平移、旋转、缩放后可化算为C80国家坐标系坐标，其数学模型如下：
848480010000100001−−⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦
七彩山鸡养殖⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡∆∆∆⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡−−−=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡WGS Z Y X WGS C Z Y X dm Z Y X X Y Z X Z Y Y Z X Z Y X εεε （3分） （2）同理，应用上述模型，C80国家坐标系中的控制点经平移、旋转、缩放后也可化算为WGS-84坐标系的坐标：
808084010000100001C Z Y X C WGS Z Y X dm Z Y X X Y Z X Z Y Y Z X Z Y X ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡∆∆∆⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡−−−=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡−εεε （3分）
当已知七个坐标转换参数时，可由上述布尔沙（Bursa）模型直接进行不同坐标系统间的三维坐标转换。反之，若不知转换参数，但已知若干点（至少3个点）在两个坐标系中的坐标，可利用公共点的坐标确定坐标系统间的转换参数。（2分）
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---- 学年第学期期终考试试题（B）卷答案及评分标准
学生姓名 班级 学号
课程名称GPS原理与应用考试日期共4题
一、填空题（每空1分，共22分；用英文字母缩写填写答案也算正确）
1、一般来说，卫星大地测量包括（卫星三角测量，或卫星摄影测量）、（全球卫星导航定位系统，或GNSS）、（卫星激光测距，或SLR）、（卫星测高，或SA）、（卫星跟踪卫星，或SST）和（卫星梯度测量，或SG）六种技术。
2、卫星定位测量技术发展的三个阶段分别是：（卫星三角测量）、（卫星多普勒定位测量）和（GPS卫星定位测量）。
3、GPS的地面监控系统按其功能可以分为：（主控站）、（注入站）和（监测站）三种。
4、GPS信号接收机按其用途可以分为（导航）型、（测量）型和（授时）型三种。
5、实时动态GPS测量系统（RTK GPS）构成主要包括三部分：（GPS信号接收设备）、（数据传输系统）和（软件系统）。
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6、GPS网的布设按网的构成形式分为：（星形）式、（点连）式、（边连）式和（网连）式四种形式。
二、选择题（每题3分，共15分；多选、少选或错选均不能得分）
1、AB；
2、D；
3、ABC；
4、ABCD；
5、ABCDE。
三、名词解释（每题2分，共12分；表述出各名词的主要内容即可得分）
1、岁差：就是指平北天极以北黄极为中心，以黄赤交角ε为半径的一种顺时针圆周运动。
2、卫星星历：是一系列描述卫星运动及其轨道的参数。
3、静态相对定位：用两台或两台以上接收机分别安置在各基线的两端点，其位置静止不动，同步观测相同的4颗或4颗以上GPS卫星，确定各基线两端点的相对位置，这种定位模式称为静态相对定位。
4、同步图形（环）：同步观测时各GPS点间的基线向量首尾相接组成的闭合图形称为同步图形。
5、GPS动态测量：是利用GPS卫星定位系统实时地测得连续运动着的物体的运动状态参数。
6、局域差分GPS：在一个较大的区域布设多个基准站，以构成基准站网，其中常包含一个或数个监控站，位于该区域中的用户根据多个基准站所提供的改正信息经平差计算后求得用户站定位改正数，这种差分GPS定位系统称为具有多个基准站的局部区域差分GPS系统。
四、简答题（第4题11分，其余各题每题8分，共51分；表述清楚主要内容即可得分）
1、试简述全球定位系统（GPS）的组成以及各部分在导航定位中的作用。（共8分）
答案要点：
1、空间部分——GPS工作卫星星座（2分）
21颗工作卫星，3颗备用卫星，均匀分布在6个轨道上。
GPS卫星的作用：
（1） 向用户连续发送导航定位信号；
（2） 接收地面注入站发射的导航电文和其他信息并把这些信息转换成GPS信号，再发送给用户；
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（3） 接收主控站的调度命令。
2、地面监控系统（4分）
主控站：设在Colorado Springs 联合空间执行中心（SOC）；
注入站：分别设在南大西洋的Ascension ，印度洋的Dieg Gercia，南太平洋的Kwajalein。
监测站：以上四个站同时是监测站，再加上Howaii。
地面监控系统的作用：
（1）主控站——协调管理所有地面监控系统
（2）注入站——将主控站推算的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令注入相应卫星的存储系统，并监测注入信号的正确性。
（3）监测站——主控站控制下的数据采集中心，连续接收卫星信号。
3、用户设备部分——GPS接收机（2分）
（1）天线——接收GPS卫星信号，滤波、放大；
（2）主机——对GPS信号进行“解码”，计算卫星位置，计算站星间的“伪距”（包含钟差改正数），解算出测站坐标（WGS-84坐标系）。
（3）输入/输出系统——操作键盘，显示器，通讯接口，记录器。
2、试简述将在协议天球坐标系中的卫星坐标转换到协议地球坐标系的基本思路或过程。（共8分）
答案要点：
a、将协议（历元平）天球坐标系转换为观测平天球坐标系：将协议（历元平）天球坐标系的坐标轴进行岁差旋转；（2分）
b、将观测平天球坐标系转换为瞬时极真天球坐标系：将观测平天球坐标系的坐标轴进行章动旋转；（2分）
c、将瞬时极真天球坐标系转换为瞬时极真地球坐标系：将瞬时极真天球坐标系的X坐标轴进行旋转，旋转角为真春分点时角θ；（2分）
d、将瞬时极真地球坐标系转换到协议地球坐标系：将瞬时极真地球坐标系进行极移旋转。（2分）
或用图示表示如下也可得满分：
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