GPS测量与数据处理考点

G P S测量与数据处理考

点

文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

G P S测量与数据处理名词解释。

周跳与特点：整周计数出现系统偏差，而不足一整周的部分仍然保持正确的现象。

多路径效应：经某些物体表面反射后到达接收机的信号与直接来自卫星的信号叠加干扰后进入接收机，将使测量值产生系统误差。

载波：可运载调制信号的高频振荡波。

L1载波：由卫星上的原子钟所产生的的基准频率f0（=）倍频154倍后形成的。

L2载波：由f0倍频120倍后形成的。

L5载波：由f0倍频115倍。

作用：更好地消除电离层延迟，组成更多线性组合观测值。

测距码：用于测定从卫星至接收机间的距离的二进制码。（GPS卫星所用属于伪随机噪声码。）伪随机噪声码相关系数：不同的码相关系数为0或1/n，对齐的码相关系数为1。

GPS测距：卫星发射天线的（平均）相位中心至接收机接收天线相位中心之间的距离。

导航电文：由GPS向用户播发的一组反映卫星在空间的运行轨道、卫星钟的改正参数、电离层延迟修正参数及卫星的工作状态等信息的二进制代码。

卫星星历：用于描述太空飞行体位置和速度的表达式。卫星星历的时间按世界标准时间（UTC）计算。GPS时不跳秒，UTC会跳秒。

广播星历：由GPS的地面控制部分所确定和提供的，经GPS卫星向所有用户公开播发的一种预报星历。采用1984年世界大地坐标系。

精密星历：为满足精密应用领域的需要而研制、生产的一种高精度的事后星历。按一定时间间隔（通常15min）来给出卫星在空间的三维坐标、三维运动速度及卫星钟改正数等信息。

整周模糊度：

相对定位：确定同步跟踪相同的GPS卫星信号的若干台接收机之间的相对位置（坐标差）的定位方法。

静态定位：如果待定点在地固坐标系中的位置只存在可忽略的变化，数据处理时，整个时段内的待定点坐标都可以认为是固定不变的一组常数。确定这些待定点的位置称为静态定位。

动态定位：一个时段内，待定点在地固坐标系中位置有显着变化，数据处理时，每个历元的带顶点坐标均需作为一组未知参数，确定这些载体在不同时刻的瞬时位置的工作称为动态定位。

卫星天线相位中心偏差：卫星天线相位中心与卫星质心之间的差异。

卫星星历误差：卫星星历给出的卫星位置和速度与卫星实际位置与速度之差。

相对论效应：由于卫星钟和接收机钟所处的状态不同而引起的相对钟误差。

电离层延迟（折射）：60km-1000km大气层在紫外线、X射线、γ射线和高能粒子的作用下，该区域内的气体分子和原子产生电离，形成自由电子和正离子，影响无线电信号的传播，使传播速度发生变化，传播路径产生弯曲，使信号传播时间与真空中光速的乘积不等于卫星至接收机间的几何距离。

对流层延迟（折射）：50km以下的大气层，大气折射率取决于气温、气压和相对湿度等因子，信号的传播路径也会产生弯曲。

多路径效应：经某些物体表面反射后到达接收机的信号与直接来自卫星的信号叠加干扰后进入接收机，将使测量值产生系统误差。

相关系数R=（相同码元数-不同码元数）/总码元数。

多余参数：用户不感兴趣，但为了模型精度不得不引入的参数。

基线解算：利用同步观测数据，确定接收机间的相对位置。

固定解：当整周模糊度参数取整数时所求得的基线向量解，也称整数解。

浮点解：当整周模糊度参数取实数时所求得的基线向量解，也称实数解。

单点定位：根据卫星星历给出的瞬间卫星在空间的位置和卫星钟差，由一台接收机测定的从卫星至接收机的距离，通过距离交会法来独立测定该接收机在地球坐标系中的三维坐标（及接收机钟差）的定位方法。

DOP：三维点位精度衰减因子PDOP；时间精度衰减因子TDOP；几何精度衰减因子GDOP；二维平面精度衰减因子HDOP；高程精度衰减因子VDOP。中误差m=m0*DOP。

精密单点定位（PPP）：利用载波相位观测值以及由IGS等组织提供的高精度的卫星星历及卫星钟差来进行高精度单点定位的方法。

差分GPS：

RTK：利用GPS载波相位观测值进行实时动态相对定位的技术。

CORS系统：连续运行参考系统，以提供卫星导航定位服务为主的多功能服务系统。

闭合环及环闭合差

同步观测环

RINEX格式：与接收机无关的通用标准格式。

基线向量：由2台以上GPS接收机所采集的同步观测数据形成的差分观测值，通过参数估计方法所计算出的接收机间的三维坐标差。

网平差

简答。

C/A码（粗码）的作用：

1.捕获卫星信号；

2.粗略测距。

【P码为精码，原本用于军方严格保密。现被Y码取代。】

信号调制：

1.调幅；

2.调频；

3.调相。

4.GPS卫星信号采用二进制相位调制法。

GPS测量中的误差：

1.与卫星有关的误差：

a)卫星星历误差：卫星星历给出的卫星位置和速度与卫星实际位置与速度之差。

b)卫星钟的钟误差：卫星钟读数与真实的GPS时间之差。

c)相对论效应：由于卫星钟和接收机钟所处的状态不同而引起的相对钟误差。

d)信号在卫星内的时延：开始生成测距信号至信号生成并离开发射天线相位中心间的时

间。

e)卫星天线相位中心偏差：卫星天线相位中心与卫星质心之间的差异。

2.与信号传播有关的误差：

a)电离层延迟（折射）：60km-1000km大气层在紫外线、X射线、γ射线和高能粒子的

作用下，该区域内的气体分子和原子产生电离，形成自由电子和正离子，影响无线电

信号的传播，使传播速度发生变化，传播路径产生弯曲，使信号传播时间与真空中光

速的乘积不等于卫星至接收机间的几何距离。

b)对流层延迟（折射）：50km以下的大气层，大气折射率取决于气温、气压和相对湿

度等因子，信号的传播路径也会产生弯曲。

c)多路径效应：经某些物体表面反射后到达接收机的信号与直接来自卫星的信号叠加干

扰后进入接收机，将使测量值产生系统误差。

3.与接收机有关的误差：

a)接收机钟的钟误差。

b)接收机的位置误差。

c)接收机测量的噪声。

d)接收机天线相位中心误差。

e)信号在接收机内的时延。

消除或削弱GPS误差影响的方法和措施：

1.模型改正法。（理论公式/经验公式。）

2.求差法。（误差具有较强的相关性。）

3.参数法。（参数估计。）

4.回避法。

电离层改正：

1.经验模型改正。

2.双频改正模型。

3.三频观测值改正。

高精度GPS测量中的对流层改正：

1.待定参数法。

2.随机模型法。

削弱多路径误差的方法：

1.选择合适的站址；

2.选择合适的接收机；

3.适当延长观测时间；

4.数据处理。（参数法、模型法等。）

测距码测距的特点：

1.易于将微弱的卫星信号提取出来；

2.与脉冲信号相比可提高测距精度；

3.便于用CDMA（码分多址）技术对卫星信号进行识别和处理；

4.便于对系统进行控制和管理。

伪距观测值：ρ波浪线=卫星与接收机真正距离ρ-（电离层延迟改正Vion）-（对流层延迟改正Vtrop）+c*卫星钟改正数Vts-c*接收机钟改正数VtR.

至少要观测四个卫星才能获得接收机位置。

精度较低。

载波相位测量：

优点：精度高

缺点：整周模糊度问题（：平方法恢复的是半波长的载波，难以确定）；整周跳变问题。

1.重建载波（：码相关法、平方法、互相关技术、Z跟踪技术。）

2.周跳；

3.整周模糊度。

载波相位观测值Φ=N0+整周计数IntΦ+不足整周部分Fr（Φ）。

单差、双差、三差观测值：（消除钟差、整周模糊度等未知参数。）

站间一次差分：在接收机之间求一次差。

站间星间：在接收机和卫星间求二次差。

站间、星间、历元间各求一次：三次差。

1.数据利用率低。（只有同步数据才能进行差分。）

2.引入基线矢量替代了位置矢量。

3.差分观测值间有相关性，使问题复杂化。

4.解的通用性差，某些参数无法求出。

周跳与特点：（电源故障或振荡器本身故障不属于整周跳变。）

产生周跳的原因：

1.障碍物阻挡。

2.接收机天线运动。

3.接收卫星信号信噪比低。

4.接收机卫星故障。

周跳的特点：

1.全波长载波相位观测值周跳大小为载波波长的整数倍。

2.平方法的观测值周跳为kλ/2.

3.如果在历元T1与T2之间发生了周跳，从T2历元开始的后续各历元上整周数减少了n

周，曲线会变得不连续不规则，用户只需将后半段有周跳的曲线平行上移与前半段保持平滑连续就能完成周跳的修复。

探测周跳的方法：

1.高次差法：将误差的量逐次放大。

2.多项式拟合法。

3.双频相位拟合法。

4.外部约束法。

整周模糊度：

确定方法：

1.取整法；

2.置信区间搜索法。

3.FARA法、已知基线法、交换天线法等。

意义：

1.获得高精度定位结构的必要条件；

2.对作业效率具有决定性作用。

基线解算的过程：

1.求初始解；

2.将整周模糊度固定为整数；（重点）

3.求固定解。

相对定位的优缺点：（与所用的星历属同一坐标系。）

优点：高精度

缺点：至少需要2台接收机同步观测；数据处理较麻烦；不能直接获取绝对坐标。

网络RTK的组成：

1.基准站网；

2.数据处理中心及数据播发中心；

3.数据通信链路；

4.用户。

差分GPS：

1.单点定位。

2.将GPS单点定位结果与已知站坐标比较。

3.计算较为简单，数据传输量也少，

4.基准站与流动站需要观测相同的一组卫星。（不需完全相同，不能完全不同。）

差分改正数：

1.距离改正数：基站坐标与卫星星历计算的站星距-观测距离。

2.位置改正数：接收机对卫星进行观测确定的观测坐标与已知坐标之差。

广域差分与单站、局域差分的基本区别在于：后两者将综合影响播发给用户，前者将误差分别估算出来播发给用户。

影响基线解算结果的因素：

1.基线解算时所设定的起点坐标不准确。

2.少数卫星观测时间太短，导致这些卫星的整周未知数无法准确确定。

3.周跳探测、修复不正确。（可通过残差图判别。）

4.观测时段内，多路径效应比较严重，观测值的改正数普遍较大。

5.对流层或电离层折射影响过大。

无电离层观测值进行基线解算可以改善残差系统分布趋势，但残差显着增大。

声学定位系统：

长基线声学定位系统：船上的换能器，海底应答器（三个以上），三点交会。

优点：精度高，换能器易安装。

缺点：系统繁杂，操作复杂，费用昂贵。

短基线：船上三个以上换能器，海底一个应答器。

优点：操作方便，空间固定值，便宜。

缺点：深水测量一般基线大于40km，极易受噪声影响。

超短基线：船上小的声基阵，海底一个应答器。

优点：便宜，噪声小，安装方便。

缺点：校准难以准确，依赖外围设备精度。