GPS章节要义（补充计算题）

第一章 绪论
1.1.6 北斗卫星导航实验系统
1、特点：系统的空间卫星数目少、用户终端设备简单。
2、组成：包括空间部分、地面控制部分和用户接收部分。
3、定位原理：北斗卫星导航实验系统的定位原理是利用两颗地球同步卫星进行双向测距，配合数字高程地图完成三维坐标。
4、优缺点：
优点：卫星数量少，投资小；用户设备简单、廉价；能实现一定区域的导航定位；卫星还具备短文报通信功能，可满足当前我国陆、海、空运输导航定位需求。
缺点：不能覆盖两极地区，赤道附近定位精度差；只能二维主动式定位，且需提供用户高程数据，不能满足高动态和保密的军事用户要求，用户量受到一定限制。
5、系统的功能：渔船出海导航；北斗系统短报文通信!

1.1.7 全球卫星导航系统（GNSS）
1、概念：全球卫星导航系统是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的。如美国的GPS系统、中国的BDS系统等
2、使用GNSS接收机的优越性：
（1）增加接收卫星数。使用GPS接收机时，接收到的卫星数一般为5_{11颗；而使用GNSS接收机时，一般可接收到的卫星数达20}30颗，这样非常有利于在山区或城市有障碍物遮挡的地区作业。

1.2 GPS系统组成
GPS系统包括三大部分：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。
1.3 BDS系统组成
1、概述：北斗卫星导航系统（BDS）是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。
2、主要功能：定位、单双向授时、短文报通信。
3、组成：北斗卫星导航系统由空间星座、地面控制和用户终端等三大部分组成。

1.4.1 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）操作简单 （6）全天候作业 （7） 功能多，应用广

第二章 坐标系统和时间系统
如何定义一个空间直角坐标系？
完全定义一个空间直角坐标系必须明确：
（1）坐标原点的位置；（2）三个坐标轴的指向；（3）长度单位。
2.1.3 站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系
使用站心地平坐标系能够比较直观方便地描述卫星与观测站之间的瞬时距离、方位角和高度角，了解卫星在天空的分布情况。

2.3 坐标系统之间的转换
计算
中央子午转换计算！
第三章 卫星运功基础及GPS卫星星历
3.1 概述：
卫星运动与地球运动无关！地球质心引力作用的卫星运行称为卫星的无摄运动！
3.3 卫星的受摄运动
1、影响卫星在其轨道上运行的摄动力：地球引力、日月引力、太阳辐射压力、地球潮汐作用力、大气阻力。
2、卫星在轨道运行中的开普勒三定律：
（1）卫星运动的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球质心重合。
（2）卫星到地心的距离在相等的时间内所扫过的面积相等。
（3）卫星运行周期的平方，与轨道椭圆长半经的立方之比为一常量。

3.4 GPS卫星星历
1、概述：描述卫星运动轨道的信息（一组对应某一时刻的轨道参数及其变化率）
2、预报星历
（1）概述：预报星历又叫广播星历，通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正项参数。相应参考历元的卫星开普勒轨道参数也叫参考星历。
（2）优点：实时；
（3）缺点：精度较低，一般约为20~40m.
3、后处理星历
（1）概述：根据地面跟踪站所获得的精密观测资料计算而得到的星历，是一种不包含外推误差的实测星历。
（2）优点：轨道参数非常准确，也称精密星历。
（3）缺点：不能做到实时。
（4）获取方式：用磁带或通过电视、电传、卫星通讯等方法向用户提供以往观测时刻的星历。

第四章 GPS卫星信号和导航电文
4.1 GPS卫星信号
1、概述：GPS卫星信号是GPS卫星向广大用户发送的用户导航定位的调制波，它包括（GPS卫星信号组成）载波、测距码和数据码。
（1）载波L1、L2相当于运载工具（载波的作用）；
（2）测距码：C/A码、P码
（3）导航电文：数据码、D码。
2、使用L1、L2两种载波的目的：为了测量出或消除掉由于电离层效应而引起的延迟误差。

4.1.2 伪随机噪声码的产生及特性
1、产生：因为随机码虽具有良好的自相关性，但由于它是一种非周期性的码序列，没有确定的编码规则，所以实际上无法复制和利用。而伪随机噪声码刚好可以解决这些问题。
2、特点（特性）
（1）具有类似随机码的良好自相关特性；
（2）具有某种确定的编码规则；
（3）是可人工复制的码序列。

4.5 GPS接收机基本工作原理
1、GPS接收机的组成与分类
（1）GPS接收机的组成：天线单元、主机单元和电源。
（2）GPS接收的分类：
 按接收机用途可分为：导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机；
 按接收机的载波频率分类：单频接收机、双频接收机；
 按接收机工作原理分类：码相关型接收机、平方型接收机等。

2、GSP工作原理
（1）GPS接收机天线。天线由接收机天线和前置放大器两部分组成。
 GPS接收机的天线类型有：单板天线、四螺旋形天线、微带天线、锥形天线
（2）接收主机。
 接收主机主要包括：变频器及中频放大器、信号通道、存储器、微处理器、显示器。
（3）电源。GPS接收机电源有两种，一种为内电源，另外一种为外接电源。

第五章 GPS卫星定位基本原理
5.1 概述
1、卫星定位的基本原理：运用空间距离前方交会的方法求出卫星的位置；运用空间距离后方交会的方法求测站点的位置。观测值是距离。

2、GPS定位的实质：由GPS接收机在某一时刻，同时接受四颗以上的GPS卫星信号，测量出GPS接收机到GPS卫星的距离，根据空间距离后方交会的方法求测站点的位置。

3、GPS定位分类：
（1）根据定位所采用的观测值分为：伪距定位和载波相位定位。
伪距定位：所采用的观测值为GPS伪距观测值，既可以是C/A码伪距，也可以是P码伪距。优点是数据处理简单，容易实现实时定位。缺点是观测值精度低。
载波相位定位：所采用的观测值为GPS载波相位观测值，即L1，L2或它们的某种线性组合。优点是观测值精度高。缺点是数据处理过程复杂。
（2）根据定位模式分为：绝对定位和相对定位。
绝对定位：又称单点定位。即利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中相对于坐标原点——地球质心的绝对坐标。GPS绝对定位又分为静态绝对定位和动态绝对定位。
相对定位：又称差分定位，这种定位模式采用两台以上的接收机同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机相互位置间的关系。
（3）根据获取定位结果的时间分为：实时定位和非实时定位；
（4）根据定位时接收机的运动状态分为：静态定位和动态定位。
静态定位：就是整个观测过程中，接收机的位置是不变的。
动态定位：就是整个观测过程中，接收机的位置是变化的。

5.2 伪距测量
1、伪距测量的概念
伪距法定位：是由GPS接收机在某一时刻测出四颗以上的GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用空间距离后方交会的方法求定天线所在点的三维坐标。

5.3 载波相位测量
1、概念：载波相位测量的观测量是GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振信号的相位差。

5.4 整周跳变的修复
1、概念：卫星信号失锁，使接收机的整周计数不正确，但不到一整周的相位观测值仍是正确的。这种现象称为周跳。
2、周跳产生的原因：
（1）建筑物或树木等障碍物的遮挡
（2）电离层电子活动剧烈
（3）卫星信噪比（SNR）太低。
3、如何修复整周跳变？
利用屏幕扫描法、高次差或多项式拟合法、在卫星间求差法、用双频观测值修复周跳等方法进行修复。
屏幕扫描法：根据卫星的相对观测值变化率的图像的连续性进行手动修复。

5.7 差分GPS定位原理
1、差分GPS定位技术是将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接受到基准站的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。
2、差分GPS的类型有：单基准站差分、具有多个基准站的局部区域差分和广域差分三种类型。
3、差分改正数的类型：
（1）距离改正数：利用基准站坐标和卫星星历可计算出站星间的计算距离，计算距离减去观测距离即为距离改正数。
（2）位置（坐标改正数）改正数：基准站上的接收机对GPS卫星进行观测，确定出测站的观测坐标，测站的已知坐标与观测坐标之差即为位置的改正数。
5.8 CORS及网络RTK技术
1、CORS的组成：由若干个连续运行的GPS基准站、数据处理控制中心、数据传输与发播系统和移动站组成。
2、判断题：
（1）一个区域CORS基准站的个数视区域大小决定。
（2）一个区域CORS只建一个数据处理控制中心。

第八章 GPS测量的设计与实施
八九章占比50%
8.1.3 GPS网的基准设计
1、GPS测量与常规测量相类似，在实际工作中也可以划分为方案设计、外业实施及内业数据处理三个阶段。
2、GPS网技术设计的主要依据是GPS测量规范和测量任务书。
3、GPS设计内容：网形、精度、基准
3、GPS测量精度标准及分类：各类GPS网的精度设计主要取决于网的用途。GPS测量按照精度和用户分为A、B、C、D、E级（类）。
4、GPS网的基准设计
1、概述：通过GPS控制网获得的是基线向量，属于WGS-84坐标系的三维坐标差，而在实际工作中，需要的是国家坐标系或地方坐标系的坐标。所以在GPS网的技术设计时要明确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。
2、GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。
3、GPS网的基准设计实质上主要是指确定网的位置基准问题。

8.1.4 GPS网构成的几个基本概念及网特征条件
1、GPS网图形构成的几个基本概念
（1）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，间称时段。
（2）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。
（3）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所构成的闭合环，简称同步环。
（4）独立观测环：由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称独立环。
（5）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。
（6）独立基线：对于N台GPS接收机构成的同步观测环，有J条同步观测基线，其中独立基线数为N-1；
（7）非独立基线：除独立基线外的其他基线叫非独立基线，总基线数与独立基线数之差即为非独立基线数。

2、GPS网特征条件的计算
观测时段数：C=n*m/N (C为观测时段数，n为网点数，m为每点设站次数，N为接收机数)
总基线数 ： 公式在课本：P138
必要基线数：
独立基线数：
多余基线数：

3、GPS网的图形设计
GPS网的图形设计主要取决于：用户要求、经费、时间、人力以及接收机类型、数量等条件；
根据不同用途布网形式有：点连式、边连式、网连式、边点混合连接式、三角锁形连接等。

重复基线计算（带上计算器！）！重复表格填写。P141 P165
8.2 GPS测量的外业准备及技术设计书编写
1、拟定观测计划的主要依据：
（1）GPS网的规模大小；
（2）点位的精度要求；
（3）GPS卫星星座几何图形强度；
（4）参加作业的接收机数量；
（5）交通、通信及后勤保障、
2、作业计划的内容
（1）编写GPS卫星预报图；
（2）选择卫星的几何图形强度；
（3）选择最佳观测时段；
（4）观测区域的设计与划分；
（5）编排作业调度表。

8.3.3 观测工作
1、开机观测
一个时段观测过程中，不允许进行以下操作：关闭又重新启动；进行自测试（发现故障除外）；改变卫星高度角；改变天线位置；改变数据采样间隔；按动关闭文件和删除文件等功能。

第九章 测量数据处理
1、GPS静态观测时，接收机采集记录哪些内容？
答：GPS接收机主要采集记录的内容有：GPS接收机至卫星的伪距、载波相位和卫星星历等数据。
2、GPS数据处理包含哪些工作？
数据采集、数据传输、预处理、基线解算、网平差！

4、基线处理完成后，应进行哪些分析和检核？
（1）观测残差分析。当餐查查分布中出现突然的跳变时，表明周跳未处理成功。
（2）基线长度的精度。处理后基线长度中误差应在标称精度值内。
（3）基线向量环闭合差的计算及检核。由同时段的若干基线向量组成的同步环和不同时段的若干基线向量组成的异步环，其闭合差应能满足相应等级的进度要求。
5、基线解算结果的质量评定指标（检核内容）有哪些？
（1）RMS均方误差；（2）数据删除率；（3）RATIO（一般设置为>=3）
（3）PDOP：定位精度因子（设置<8）（4）同步环闭合差
（5）异步环闭合差；（6）重复基线互差。
6、基线解算的过程？
（1）原始观测数据的读入
（2）外业输入数据的检查与修改
（3）设置基线解算的控制参数
（4）基线解算；（5）基线解算质量的检核；（6）结果：.查看解算报告
7、影响GPS基线解算结果因素的判别及应对措施？
（1）基线起点坐标不准确的判别。解决办法：在进行基线解算时，使用坐标准确度较高的点作为基线解算的起点。例如使用WGS-84坐标系。
（2）卫星观测时间短的判别。措施：某颗卫星的观测时间太短，则可以删除该卫星的观测数据，不让它们参数基线解算。
（3）周跳太多的判别。对于卫星观测值中周跳太多的情况，可以从基线解算后所获得的观测值残差上来分析。措施：若多颗卫星在相同的时间段内经常发生周跳时，则可采用删除周跳严重的时间段的方法来改善基线解算结果的质量。
（4）多路径效应严重、对流层或电离层折射影响过大判别。措施：剔除多路径效应严重的时间段。
8、GPS定位结果的表示方法？以及不同坐标系之间的转换方法？
（1）定位结果的表示方法有单点绝对定位和点间相对定位两种方法。单点定位确定的是点在WGS-84坐标系中的位置。大地测量中点的位置常用大地纬度B、大地经度L和大地高H表示，也常用三维直角坐标X、Y和Z表示。
相对定位确定的是点之间的相对位置。因而可以用直角坐标差△X、△Y、△Z表示。也可以用大地坐标差△B、△L和△H表示。
（2）不同坐标系之间的转换方法（WGS-84坐标系->国家或地方坐标系下的坐标）：
①利用已知重合点的三维直角坐标进行坐标转换；
②利用已知重合点的三维大地坐标进行坐标转换；
③利用已知重合点的二维高斯平面直角坐标进行坐标转换；
④利用已知重合点的二维大地坐标进行坐标转换。
9、GPS网平差的目的？
（1）消除GPS网几何上的不一致性。闭合条件、重复条件、符合条件；
（2）评定GPS网的内符合精度；
（3）确定点在指定参照系下的坐标。引入位置基准；引入其他的起算条件。
10、GPS网平差的类型有哪些？每种类型的观测值、起算数据、平差结果分别是什么？
（1）无约束平差/自由网平差；
平差时固定网中某一点的坐标，平差目的是检验
网本身的内部符合精度以及基线向量之间有无明显的
系统误差和粗差，调整各基线向量观测值的权，确定
各点在地心地固系下的相对位置关系
（2）约束平差；（3）联合平差
11、何谓大地高、正高、正常高？GPS水准高程是如何实现的？
（1）大地高：某点的大地高，是该点沿椭球的法线方向到参考椭球面的距离。一般用H表示，大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一点在不同的基准下具有不同的大地高。利用GPS定位技术，可以直接测定观测站在WGS－84中的大地高程。
（2）正高：某点的正高是该点沿铅垂线方向到大地水准面的距离。一般用Hg来表示。
（3）正常高：某点的正高是该点沿铅垂线方向到似大地水准面的距离。一般用Hr来表示。
（4）GPS水准高程实现的方法有：绘等值线图法、解析内插法、曲面拟合法、移动曲面法。

专业术语（名词解释）：
1、2000国家大地坐标系：由国家建立的高精度、地心、动态、实用、统一的大地坐标系，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。
2、正常高：地面点沿正常重力线到似大地水准面的距离。
3、高程异常：似大地水准面至地球椭球面的高度。
4、全球导航卫星系统控制网：使用全球导航卫星定位技术建设的测量控制网，简称GNSS控制网或GNSS 网。
5、全球导航卫星系统高程测量：利用GNSS技术测量得的大地高，结合测量点的高程异常值，获得的该点的正常高的方法。
6、实时动态测量：通过基准站和流动站的同步观测，利用载波相位观测值实现快速高精度定位功能的差分测量技术，简称RTK测量。
7、实时伪距差分：通过基准站和流动站的同步观测，利用基准站所测得的伪距误差数据改正流动站上定位结果的卫星定位，简称RTD。
8、大地高geodetic height：一点沿椭球法线到椭球面的距离。
9、北斗卫星导航系统BeiDou navigation satellite systc：由中国自主建设、独立运行的卫星导航系统,是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务，并具有短报文通信能力的国家重要空间基础设施,简称BDS。
10、 星历ephemeris：不同时刻卫星轨道位置的一组轨道参数。
11、精密星历precise ephemeris 利用全球或区域卫星跟踪站网的观测数据,经后处理确定卫星轨道位置的一组精密轨道参数。
12、广播星历 broadcast ephemeris 实时发播预报的卫星轨道位置的一组轨道参数。
13、源节点mountpoint 充当信源发送原始数据包的网络节点，即通过NTRIP协议提供系统服务时，利用该节点对服务数据来源、计算方法或格式进行标识，以便用户能够准确地选择服务。
14、观测时段observation session 测站上开始记录卫星观测数据到停止记录的时间间隔。
15、同步观测simultaneous observation 两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行观测的工作方法。
16、同步观测环simultaneous observation loop 三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称同步环。
17、异步观测环 由非同步观测所犹侍的塞文问里人H -步环。
18、 独立基线independent baseline 线性无关的一组观测基线。
19、单基线single baseline 由两台接收机同步观测数据解算得到的基线向量。
20、多基线multiple baseline 由两台以上接收机同步观测数据解算得到的所有独立基线向量。
22、数据剔除率percentage of data rejection 同一观测时段中未采用的观测值个数与获取的同类观测值总数的比值。
23、 GNSS水准点GNSS eveling point 大地高由GNSS测定，正常高由水准测量测定的控制点。
24、单差Single differential 两个不同观测站GNSS接收机同步观测同一卫星相位观测值之差。
25、双差Double differential 两个不同观测站GNSS接收机同步观测两颗卫星所得两个单差之差。
26、三差Tripel differential 两个不同观测站对同一卫星不同历元的两个双差之差。

计算题
平顶山某点的西安80高斯平面直角坐标值为(3738898.886,38423824.411)。

1. 该坐标所处投影带的带号是多少？

2. 该坐标系采用的是几度分带？

3. 该坐标所处投影带的中央子午线的经度值是多少？

4. 该点位于中央子午线哪一侧？
   （判断方法用坐标y值-500000；如果值为负数，则是在左边，否则则是在右边！）

5. 38

6. 3°分带

   西安80的三度带范围为25—45，六度带范围为13—23。

7. 6度带带号=(经度+6°)%6

   3度带带号=(经度+1.5°)%3

   6度带中央经线=(6度带带号*6)-3

   3度带中央经线=3度带带号*3

8. 114°

   	带号	中央经线
   3°带	3度带带号×3	(经度+1.5°)%3
   6°带	(6度带带号×6)-3	(经度+6°)%6

9. 假设正好在该区的中央子午线上，将其带入算出的带号为36，比38小所以一定在西侧或左侧。

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看例题：

大题
一、坐标转换
老师PPT第二章 85页 坐标案例分析！

二、综合分析

1、GPS网构成的几个基本概念及网特征条件

(1)计算网特征条件（计算公式P138）

(2)设计网形（按边连式的方式来设计）

（3）作业调度

(1）观测时段1:A点(接收机1) .B点(接收机2)、D点（接收机3)；
观测时段2:A点(接收机1)、B点(接收机2)、C点(接收机3)；
观测时段3:B点(接收机2)、C点（接收机3)、D点(接收机1)；

作业调度无非就是先固定点观测，观测一段时间后，在移动一些点，在进行观测。将点名跟接收机名填入表格中即可！

（4）重复基线、同步环检核（判断条件在P165 2、3题）

看到这里一般都是爱学习的了，再给你送点礼物：

当然，这题听课的同学肯定是懂得啦，不巧的是我刚好是第二种！这里还请懂得同学私信指点一下，双手奉上，万分感谢！！！