GPS测量与数据处理自学指导及参考习题第一部分内容提要：本部分主要教授全球定位系统的产生、发展及前景和GPS的应用。
与GPS的产生背景有关部分，重点介绍第一代卫星导航定位系统——子午卫星系统的原理及其局限性。
与GPS应用有关的部分，重点介绍GPS在军事、交通运输、及测量等领域中的应用。
习题：1、举例说明GPS在测量领域中的应用。
答：（1）用GPS建立和维持全球性的参考框架；（2）建立各级国家平面控制网；（3）布设城市控制网、工程测量控制网，进行各种工程测量；（4）在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的应用。
（《GPS测量与数据处理》，P7）2、“Transit系统是一个连续、独立的卫星导航系统”这种说法正确吗，为什么？答：这种说法不正确。
子午卫星系统（Transit）中没有采用频分、码分、时分等多路接收技术。
接收机在某一时刻只能接收一个卫星信号，这就意味着子午卫星星座中所含的卫星数不能太多。
为防止在高纬度地区的视场中同时出现两颗子午卫星从而造成信号相互干扰的可能性，子午卫星星座中的卫星一般不超过6颗，从而使中低纬度地区两次卫星通过的平均间隔达1.5h 左右。
由于各卫星轨道面进动的大小和方向不一，最终造成各轨道面之间的间隔疏密不一。
相邻轨道面过密时会导致两颗卫星同时进入用户视场，造成信号相互干扰，此时控制中心不得不暂时关闭一颗卫星使其停止工作。
轨道面过疏时用户的等待时间有可能长达8～10h。
导航定位的不连续性使子午卫星系统无法称为一种独立的导航定位系统，而只能成为一种辅助系统。
（《GPS测量与数据处理》，P3）3、名词解释：多普勒计数答：若接收机产生一个频率为的本振信号，并与接收到的频率为的卫星信号混频，然后将差频信号（）在时间段[，]间进行积分，则积分值，称为多普勒计数。
第二部分内容提要：本部分主要部分授GPS各部分，包括空间部分、地面监控部分和用户部分的组成与功能。
在用户部分中，重点介绍与GPS接收机有关的基本概念，例如天线平均相位中心偏差，接收通道等。
习题：1、GPS系统由哪几部分组成，并说明其作用？答：GPS系统由三个部分组成：空间部分（GPS卫星）、地面监控部分和用户部分。
各部分作用如下：（1）GPS卫星可连续向用户播发用于进行导航定位的测距信号和导航电文，并接收来自地面监控系统的各种信息和命令以维持正常运转。
（2）地面监控系统的主要功能是：跟踪GPS卫星，确定卫星的运行轨道及卫星钟改正数，进行预报后再按规定格式编制成导航电文，并通过注入站送往卫星。
地面监控系统还能通过注入站向卫星发布各种指令，调整卫星的轨道及时钟读数，修复故障或启用备用件等。
（3）用户则用GPS接收机来测定从接收机至GPS卫星的距离，并根据卫星星历所给出的观测瞬间卫星在空间的位置等信息求出自己的三维位置、三维运动速度和钟差等参数。
2、GPS系统中卫星的广播星历是由（）编制的：答案：BA卫星上的处理器B主控站C监测站D注入站3、GPS测量中，如何消除天线平均相位中心偏差的影响？答：由于天线平均相位中心偏差的存在，GPS测量所得的位置并非标石中心的位置。
解决这个问题的一般方法有：（1）归心改正法。
进行GPS测量时若将接收机天线指标线指北，则有当基线两端使用不同类型的GPS接收机天线时，可用上述方法分别进行改正，将成果归算至标石中心。
（2）消去法。
在相对定位时，若使用的均是同一类型的GPS接收天线，将各站的天线指标线指北即可。
4、什么是接收通道？序贯通道与多路复用通道的工作原理有何区别？答：接收机中用来跟踪、处理、量测卫星信号的部件，由无线电元器件、数字电路等硬件和专用软件所组成，称为接收通道。
一个通道在一个时刻只能跟踪一个卫星某一频率的信号。
序贯通道的循环周期大于20ms；多路复用通道的循环周期小于或等于20ms。
由于导航电文中每个比特持续的时间为20ms，故多路复用通道可同时采集到各卫星的导航电文，而序贯通道则不能（必须通过其他渠道获得导航电文）。
5、名词解释：天线的平均相位中心偏差，天线高答：GPS测量中，天线对中是以接收机天线的几何中心（位于天线纵轴的中心线）为准的，而测量的却是平均相位中心的位置。
由于天线结构方面的原因，平均相位中心和几何中心往往不重合，两者之差称为平均相位中心偏差，其值由生产厂商给出。
天线平均相位中心至标石中心的垂直距离H称为天线高。
第四部分内容提要：本部分主要部分授GPS卫星的信号结构。
包括载波、测距码与导航电文各部分的功能与结构。
重点教授载波的频率特性、测距码的分类、导航电文三个数据块的基本构成以及GPS信号调制的模式。
习题：1、GPS卫星信号由哪几部分组成？答：GPS卫星发射的信号由载波、测距码和导航电文三部分组成。
其中：（1）可运载调制信号的高频振荡波称为载波。
GPS卫星所用的载波有两个：L1（）和L2（）；（2）测距码是用于测定从卫星至接收机间的距离的二进制码，包括C/A码和P码。
（3）导航电文是由GPS卫星向用户播发的一组反映卫星在空间的位置、卫星的工作状态、卫星钟的修正参数、电离层延迟修正参数等重要数据的二进制代码，也称数据码（D码）。
2、GPS导航电文包含以下哪些内容：答案：ABCA.卫星星历B.卫星钟改正数C.电离层延迟改正参数D.C/A码距离观测值3、对于GPS卫星导航电文的第二数据块，下列那些说法正确?答案：ACDA.由第二、三子帧中的内容构成B.包含该卫星钟的改正参数C.包含该卫星的广播星历参数D.包含该卫星星历的数据龄期4、试对课本上P33页的图2－9进行说明。
答：图2－9为GPS卫星信号构成示意图。
图中说明卫星发射的所有信号分量都是根据同一基准频率F经倍频或分频后产生的。
这些信号分量包括L1载波、L2载波、C/A码、P码和数据码。
经卫星天线发射出去的信号包括C/A码信号、码信号和码信号。
实施SA 政策时基准频率F中将加入快速抖动信号。
实施AS政策时P码将和W码进行模二相加，形成保密的Y码。
5、测距码调制到载波上的基本原理是怎样的？答：GPS卫星信号采用的是二进制相位调制法。
其基本原理是先将导航电文调制在测距码上，然后再将组合码调制到载波上。
6、名词解释：导航电文答：导航电文是由GPS卫星向用户播发的一组反映卫星在空间的位置、卫星的工作状态、卫星钟的修正参数、电离层延迟修正参数等重要数据的二进制代码，也称数据码（D码）。
它是用户利用GPS进行导航定位时一组比不可少的数据。
第五部分内容提要：本部分主要部分授第三章“GPS定位中的误差源”的前三节。
首先对GPS误差源进行概述，包括与卫星有关的误差、与信号传播有关的误差和与接收机有关的误差三大类。
对每类误差产生的原理、性质进行综述。
对消除和削弱这些误差影响的主要方法进行介绍。
在此基础上，对两类误差包括钟误差和相对论效应进行了重点介绍。
习题：1.与卫星有关的误差包括哪几类？答：与卫星有关的误差包括：卫星星历误差；卫星钟的钟误差；相对论效应。
2.总体而言，消除和减弱各种误差影响的方法有哪些？答：消除和减弱各种误差影响的主要方法有：（1）模型改正法原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正。
适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公式。
所针对的误差源：相对论效应，电离层延迟，对流层延迟，卫星钟差。
限制：有些误差难以模型化。
（2）求差法原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响。
适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。
所针对的误差源：对流层延迟、电离层延迟、卫星轨道误差、卫星钟差、接收机钟差。
限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱。
（3）参数法原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来。
适用情况：几乎适用于任何的情况。
限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计。
（4）选择较好且适用的软硬件和选择合适的测量地点与方法。
3．用广播星历钟的卫星钟差改正数进行改正后，卫星钟差残余量在什么量级？进一步进行改正的方法有哪些？答：用广播星历的卫星钟差改正数改正后,卫星钟差残余量为5～10ns，对测距的影响为1.5~3.0m。
为了适应更高精度的应用，进一步的改进方法有：1.利用测码伪距单点定位方法来确定接收机钟的钟差，精度估计可以达到0.1~0.2。
2.通过各种渠道获得精确的卫星钟钟差值，一般IGS是比较好的数据来源，目前IGS给出的卫星钟差的精度可以达到0.1ns。
3通过观测值相减来消除公共的钟差项。
4．为什么GPS测量中必须仔细地消除钟误差？答：在GPS测量中我们是以及卫星信号的传播时间来确定从卫星至接收机的距离的。
其中为卫星钟所测定的信号离开卫星的时刻，为接收机钟所测定的信号到达接收机的时刻。
若信号理论卫星时卫星钟相对于标准的GPS时的钟差为，信号到达接收机时接收机钟相对于标准的GPS时的钟差为，那么上述钟误差对测距所造成的影响为。
由于信号的传播速度c的值很大，因此在GPS测量中必须十分仔细地消除钟误差。
5．相对论效应的影响下，卫星钟频率是变快还是变慢？如何改正？答：相对论效应的影响下，卫星钟频率变快。
解决方法是在地面上生产原子钟时将钟的频率降低，f为卫星的真近点角。
另外为了求得相对论效应的精确值，用户还需加上一项改正：由于卫星钟的频率误差而引起的卫星信号传播时间的误差和测距误差为：其中e为卫星轨道的偏心率，E为偏近点角。
6．名词解释：物理同步误差，数学同步误差答：由GPS卫星上的卫星钟所直接给出的时间与标准的GPS时之差称为卫星钟的物理同步误差。
顾及改正数后的卫星钟读数与标准的GPS时间之差称为卫星钟的数学同步误差，其中。
数学同步误差是由卫星导航电文中所给出的钟差参数的预报误差以及被略去的随机项引起的。
第六部分内容提要：本部分主要部分授第三章“定位中的误差源”的第四、五节。
在卫星星历误差部分，重点从星历获取的来源、星历的精度等角度对广播星历与精密星历进行比较，分析星历误差对相对定位的影响，提出减弱星历误差的相应措施。
在电离层部分，重点部分授电离层误差的产生原理与双频改正模型。
习题：1．试对广播星历与精密星历进行比较。
答：卫星的广播星历是由全球定位系统的地面控制部分所确定和提供的，经卫星向全球所有用户公开播发的一种预报星历，其精度较差。
SA政策取消后，广播星历与IGS精密星历之差一般在10m以内。
精密星历则是为满足大地测量、地区动力学研究等精密应用领域的需要而生产的一种高精度的后处理星历（目前IGS也开始提供精密预报星历，以满足高精度实时定位用户的需要）。
目前的精密星历主要有两种：由美国国防制图局（DMA）生产的精密星历以及由国际服务（IGS）生产的精密星历。
前者的星历精度约为2m；后者的精度则优于5cm。
