GPS测量原理与应用_第四版_徐绍铨_武汉大学出版社_考试复习资料
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文章目录
名词解释
- 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（从北向南的交点为秋分点) 。
- 真近点角： 卫星与近地点所对应地心夹角,是时间的函数。
- 升交点赤经： 升交点与春分点所对应的地心夹角称升交点赤经。
- 近地点角距： 在轨道平面上近地点与升交点所对应的地心夹角。
- 卫星无摄运动： 假设地球为匀质球体，其质量集中于球体的中心，这时由地球引力所决定的卫星运动，称为无摄运动。
- 卫星受摄运动： 考虑了摄动力作用的卫星运动成称为卫星的受摄运动。
- 卫星星历： 描述卫星运行轨道和状态的各种参数值，是计算卫星瞬时位置的依据，实质就是赋值后的轨道参数。
- 广播星历： 由接受导航电文获得的卫星星历,也称作预报星历。
- 精密星历： 是一些国家某些部门，根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料计算的卫星星历, 又称后处理星历。
- 导航电文： 是利用GPS进行定位和导航的数据基础,包含卫星星历、时钟改正、电离层延迟改正、卫星工作状态信息以及由C/A码捕获P码信息等。
- 伪距： 由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得到的站星距离。
- 伪距测量： 通过测定测距码得到站星距离的方法。
- 绝对定位： 又称单点定位，确定待定点在WGS-84坐标系中的绝对位置。
- 相对定位： 定位时，采用2台或2台以上接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定接收机天线之间的相对位置。
- 静态定位： 接收机天线处于静止状态下,确定观测站坐标的方法称为静态绝对定位。
- 动态定位： 接收机天线处于运动状态下,确定观测站坐标的方法称为静态绝对定位。
- 整周跳变： 如果在跟踪卫星过程中，由于某种原因，如信号被阻挡暂时中断，或受无线电信号干扰造成失锁。这样，计数器计数不连续。因此，当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但不到一个整周的相位观测值仍是正确的。这种现象称为周跳。
- 基线： 两测量点之间的连线，在此2点上同步接收相同的GPS卫星信号，并采集其观测数据。
- 观测时段： 测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段。
- 同步观测： 两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。
- 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构成的闭合环，简称同步环。
- 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，简称异步环。
- 独立观测环： 由独立观测（非同步观测）获得的基线向量构成的闭合环。
- 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）不同而引起的卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象。
- 多路径误差： 由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。
- 子午卫星导航系统： GPS前身
第一章 绪论
1、四大全球卫星导航系统
中国的BDS（北斗），美国的GPS，俄罗斯的GLONASS（格洛纳斯），欧洲的Galileo（伽利略）
2、GPS基本参数 P2
卫星颗数21+3（都是MEO<中高轨道卫星>，3颗是备用卫星），6个轨道面，卫星高度20200Km,轨道倾角55°，运行周期11 h 58 min
3、BDS基本参数
卫星颗数5（地球静止轨道-GEO）＋27（中高轨道卫星-MEO）＋3（倾斜轨道卫星-IGSO，8字形） 3轨道
4、四大系统参数表 P12
5、GPS系统三大部分 P13
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
6、GPS系统各部分的作用
- GPS卫星的作用：P13
1）向用户发送导航定位信号；
2）接收由地面注入站发送到卫星的导航电文和其他有关信息；
3）接收主控站的调度命令，改正运行偏差或启用备用钟等。 - 地面监控系统组成及作用：P14
组成：包括1个主控站，3个注入站，5个监测站
主控站的作用：收集数据，处理数据，编制导航电文，监测调度，控制卫星；
注入站的作用：将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器
监测站的作用：为主控站提供卫星的观测数据。 - GPS信号接收机的作用：捕捉卫星信号，达到定位和导航的目的。
7、GPS系统的特点
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。
8、卫星信号→监测站→主控站产生导航电文→注入站→卫星
第二章 坐标系统和时间系统
1、根据坐标轴指向的不同分为两类坐标系
- 天球坐标系
天球坐标系与地球自转无关，便于描述人造地球卫星的位置。 - 地球坐标系
地球坐标系随同地球自转，可看作固定在地球上的坐标系，便于描述地面观测站的空间位置；
2、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（从北向南的交点为秋分点）。
3、岁差： 回归年与恒星年的时间差。（长期） 章动：月球引力导致地球在公转轨道上左右摆动。（短期）
4、极移： 地球瞬时自转轴在地球上随时间而变。
5、GPS单点定位的坐标以及相对定位中解算的基线向量属于WGS-84大地坐标系。
- WGS-84大地坐标系（三维）的几何定义是：原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z、X轴构成右手坐标系。
- 1954年北京坐标系：采用克拉索夫斯基椭球元素，原点在普尔科沃；
- 1980国家大地坐标系，原点在陕西省泾阳县永乐镇。
6、时间系统与坐标系统一样，应有其尺度（时间单位）与原点（历元）。只有把尺度与原点结合起来，才能给出时刻的概念
7、卫星测量常用坐标系
- 瞬时极天球坐标系
- 瞬时极地球坐标系
- 固定极天球坐标系（平天球坐标系）
- 固定极地球坐标系（平地球坐标系）
8、坐标系按原点不同分为：
- 参心坐标系（以参考椭球中心为原点）：1954年北京坐标系，1980年国家大地坐标系
- 质心坐标系（以地球质心为原点）：WGS-84坐标系（GPS用），CGCS2000坐标系（北斗用），PZ-90坐标系（GLONASS用）
❀ 高斯平面直角坐标系是二维（x,y）平面坐标系，其他坐标系均为三维
❀ 两个二维坐标系转换，有4个参数，至少需要两个点（列4个方程）
❀ 两个三维坐标系转换，布尔莎七参数，至少需要3个起算点（可列9个方程）
第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历
1、GPS卫星运动所受的摄动力有哪些？ P39
地球引力、日月引力、大气阻力、太阳光压、地球潮汐力等。地球引力是主要的。
❀ 二体问题： 仅考虑地球质心引力研究卫星相对于地球的运动 P39
2、考虑了摄动力作用的卫星运动为卫星的受摄运动。 只考虑地球质心引力作用的卫星运动称为卫星的无摄运动。P39
3、无摄运动（即卫星理想状态）遵循开普勒三大天体运行规律：
1）卫星运动的轨道是一个椭圆，地球位于其一个焦点上
2）卫星地心向径r在相同的时间内所扫过的面积相等
3）卫星运动周期T的平方与轨道长半轴a的三次方之比为一常量，即K=T²/a³
4、开普勒轨道6参数是什么？各参数的作用？ P40
①椭圆长半轴a及其偏心率e：确定轨道椭圆的形状和大小；
②真近角点V：确定卫星在轨道上的瞬时位置；
③升交点的赤径Ω以及轨道面倾角i：唯一确定卫星轨道平面与地球体之间的相对定向；
④近地点角距ω：表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。
5、什么是GPS卫星星历 ？分类？ P47
卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，分为预报星历（也叫广播星历）和后处理星历（也叫精密星历）
❀广播星历和后处理星历的区别
广播星历：实时性，精度较低
后处理星历：不具实时性，精度高
❀GPS广播星历参数共有17个，其中2个参考时刻，6个对应参考时刻的开普勒轨道参数和9个反映摄动力影响的参数。
6、名词解释
- 真近点角
- 升交点赤经
- 近地点角距
- 卫星的无摄运动：只考虑地球质心引力作用的卫星运动称为卫星的无摄运动
- 卫星的受摄运动：考虑了摄动力作用的卫星运动为卫星的受摄运动
- 卫星星历：卫星星历是描述卫星运动轨道的信息
- 广播星历：由接受导航电文获得的卫星星历,也称作预报星历。
- 后处理星历：是一些国家某些部门，根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料计算的卫星星历, 又称后处理星历。
第四章 GPS卫星信号和导航电文
1、GPS卫星信号的内容及其作用 P51
- 内容：载波、测距码（又称P码（精码）和C/A码（粗码））和数据码（又导航电文或D码）
- 作用：
载波：加载和传送码信号，其本身也是重要的测量对象。
测距码：测定站星距离。
数据码：确定卫星的瞬时位置。
❀时钟基本频率为f0=10.23MHz。
L1载波：fL1=154f0=1575.42MHz，波长λ1=19.032cm；
L2载波：fL2=120f0=1227.6MHz，波长λ2=24.42cm； λf=c（3108m/s）
新增L5载波：fL5=115f0=1176.45MHz，波长λ5=25.48cm。
补：选择L1、L2载波，目的在于测量出或消除电离层延迟误差。
❀λ越小，测距精度越高
2、简述C/A码和P码各自特点？
- C/A码码长很短，码元宽度较大，易于捕获。
- P码码长较长，码元宽度较小，不易捕获。
3、GPS接收机由哪几个单元组成的？（P69）
GPS接收机一般由天线单元、接收单元（主机）和电源组成。
4、名词解释
- 调制信号：在无线电通信技术中，为了有效地传播信息，都是将频率较低的信号加载在频率较高的载波上，此过程称为调制。（去掉调制信号的过程称为解调） P51
- 载波：加载和传送码信号，其本身也是重要的测量对象。
- 导航电文：是用户用户用来定位和导航的数据基础
5、m序列的特性
①均衡性②游程分布③移位相加特性④自相关
6、接收机分类：
7、导航电文的基本构成，其内容有哪些
导航电文是用户用户用来定位和导航的数据基础，他主要包括卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码转换到捕获P码的信息。
8、伪随机噪声码又叫伪随机码或伪噪声码，简称PRN，是一个具有一定周期的取值为0和1的离散符号串。
第五章 GPS卫星定位基本原理
1、试述GPS测距和单点定位原理？写出方程式。
-
GPS测距基本原理：
测得卫星信号到达接收机的时间差( Δ t Δt Δt)，求出站星之间的距离 ρ ’ = c ⋅ △ t ρ’=c·△t ρ’=c⋅△t （式中，c为电磁波传播速度）则
ρ = c ⋅ △ t + c ( V t i − V T ) ρ=c·△t+c(V_ti-V_T) ρ=c⋅△t+c(Vti−VT)
V t i V_ti Vti:卫星钟差，随导航电文得到。
V T V_T VT：接收机钟改正数，作为未知变量，定位时一并求解。 -
单点定位原理：将卫星的瞬时空间位置作为已知点，采用空间后方距离交会，得到待定点的空间位置。 ρ i 2 = ( X P − X i ) 2 + ( Y P − Y i ) 2 + ( Z P − Z i ) 2 ， i ＝ 1 , 2 , 3 , 4 ρi^2=(X_P-X_i)^2+(Y_P-Y_i)^2+(Z_P-Z_i)^2，i＝1,2,3,4 ρi2=(XP−Xi)2+(YP−Yi)2+(ZP−Zi)2，i＝1,2,3,4, 即
ρ 1 2 = （ X P − X 1 ) 2 + （ Y P − Y 1 ) 2 + （ Z P − Z 1 ) 2 ρ_1^2=（X_P-X_1)^2+（Y_P-Y_1)^2+（Z_P-Z_1)^2 ρ12=（XP−X1)2+（YP−Y1)2+（ZP−Z1)2
ρ 2 2 = （ X P − X 2 ) 2 + （ Y P − Y 2 ) 2 + （ Z P − Z 2 ) 2 ρ_2^2=（X_P-X_2)^2 +（Y_P-Y_2)^2+（Z_P-Z_2)^2 ρ22=（XP−X2)2+（YP−Y2)2+（ZP−Z2)2
ρ 3 2 = （ X P − X 3 ) 2 + （ Y P − Y 3 ) 2 + （ Z P − Z 3 ) 2 ρ_3^2=（X_P-X_3)^2+（Y_P-Y_3)^2+（Z_P-Z_3)^2 ρ32=（XP−X3)2+（YP−Y3)2+（ZP−Z3)2
ρ 4 2 = （ X P − X 4 ) 2 + （ Y P − Y 4 ) 2 + （ Z P − Z 4 ) 2 ρ_4^2=（X_P-X_4)^2+（Y_P-Y_4)^2+（Z_P-Z_4)^2 ρ42=<以上是关于GPS测量原理与应用_第四版_徐绍铨_武汉大学出版社_考试复习资料的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
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启动脚本_《UNIX/LINUX 系统管理技术手册 第四版》
2018-04-26 《鸟哥的Linux私房菜 基础学习篇(第四版)》 第21章 软件安装_原始码与Tarball 笔记