卫星导航原理期末考试（卫星导航定位原理与应用试题）
本文目录一览：
GPS卫星导航的原理和导航方法分别是什么
GPS的工作原理，简单地说来，是利用我们熟知的几何与物理上一些基本原理。首先我们假定卫星的位置为已知，而我们又能准确测定我们所在地点A至卫星之间的距离，那么A点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步，我们又测得点A至另一卫星的距离，则A点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测得与第三个卫星的距离，就可以确定A点只能是在三个圆球相交的两个点上。根据一些地理知识，可以很容易排除其中一个不合理的位置。当然也可以再测量A点至另一个卫星的距离，也能精确进行定位。 以上所说，要实现精确定位，要解决两个问题：
其一是要确知卫星的准确位置；
其二是要准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离。下面我们看看怎样来做到这点。
GPS导航示意图
怎样确知卫星的准确位置
要确知卫星所处的准确位置。首先，要通过深思熟虑，优化设计卫星运行轨道，而且，要由监测站通过各种手段，连续不断监测卫星的运行状态，适时发送控制指令，使卫星保持在正确的运行轨道。将正确的运行轨迹编成星历，注入卫星，且经由卫星发送给GPS接收机。正确接收每个卫星的星历，就可确知卫星的准确位置。
这个问题解决了，接下来就要解决准确测定地球上某用户至卫星的距离。卫星是远在地球上层空间，又是处在运动之中，我们不可能象在地上量东西那样用尺子来量，那么又是如何来做的呢？
如何测定卫星至用户的距离
我们过去都学过这样的公式：时间X速度=距离。我们也从物理学中知道，电波传播的速度是每秒钟三十万公里，所以我们只要知道卫星信号传到我们这里的时间，就能利用速度乘时间等于距离这个公式，来求得距离。所以，问题就归结为测定信号传播的时间。
要准确测定信号传播时间，要解决两方面的问题。一个是时间基准问题。就是说要有一个精确的时钟。就好比我们日常量一张桌子的长度，要用一把尺子。假如尺子本身就不标准，那量出来的长度就不准。另一个就是要解决测量的方法问题。
时间基准问题
GPS系统在每颗卫星上装置有十分精密的原子钟，并由监测站经常进行校准。卫星发送导航信息，同时也发送精确时间信息。GPS接收机接收此信息，使与自身的时钟同步，就可获得准确的时间。所以，GPS接收机除了能准确定位之外，还可产生精确的时间信息。
测定卫星信号传输时间的方法
为了避免采用过多的技术术语，我们先作一个不太恰当的比喻。我们在所处的地点和卫星上同时启动录音机来播放“东方红”乐曲，那么，我们应该能听到一先一后两支“东方红”的曲子（实际上，卫星上播放的曲子，我们不可能听见，只是假想能够听到），但一定是不合拍的。为了使两者合拍，我们延迟启动地上录音机的时间。当我们听到两支曲子合拍时，启动录音机所延迟的时间就等于曲子从卫星传送到地上的时间。当然，电波比声波速度高得多，电波也不能用耳朵来接收。所以，实际上我们播送的不是“东方红”乐曲，而是一段叫做伪随机码的二进制电码。延迟GPS接收机产生的伪随机码，使与接收到卫星传来的码字同步，测得的延迟时间就是卫星信号传到GPS接收机的时间。至此，我们也就解决了测定卫星至用户的距离。当然，上面说的都还是十分理想的情况。实际情况比上面说的要复杂得多，所以我们还要采取一些对策。例如：电波传播的速度，并不总是一个常数。在通过电离层中电离子和对流层中水气的时候，会产生一定的延迟。一般我们这可以根据监测站收集的气象数据，再利用典型的电离层和对流层模型来进行修正。还有，在电波传送到接收机天线之前，还会产生由于各种障碍物与地面折射和反射产生的多径效应。这在设计GPS接收机时，要采取相应措施。当然，这要以提高GPS接收机的成本为代价。 原子钟虽然十分精确，但也不是一点误差也没有。GPS接收机中的时钟，不可能象在卫星上那样，设置昂贵的原子钟，所以就利用测定第四颗卫星，来校准GPS接收机的时钟。我们前面提到，每测量三颗卫星可以定位一个点。利用第四颗卫星和前面三颗卫星的组合，可以测得另一些点。理想情况下，所有测得的点，都应该重合。但实际上，并不完全重合。利用这一点，反过来可以校准GPS接收机的时钟。测定距离时选用卫星的相互几何位置，对测定的误差也不同。为了精确的定位，可以多测一些卫星，选取几何位置相距较远的卫星组合，测得误差要小。在我们提到测量误差时，还有一点要提到，就是美国的SA政策。美国政府在GPS设计中，计划提供两种服务。一种为标准定位服务（SPS），利用粗码（C/A）定位，精度约为100m，提供给民用。另一种为精密定位服务（PPS），利用精码（P码）定位，精度达到10m，提供给军方和特许民间用户使用。由于多次试验表明，SPS的定位精度已高于原设计，美国政府出于对自身安全的考虑，对民用码进行了一种称为“选择可用性SA(Selective Availability)”的干扰，以确保其军用系统具有最佳的有效性。由于SA通过卫星在导航电文中随机加入了误差信息，使得民用信号C/A码的定位精度降至二维均方根误差在100米左右。
采用差分GPS技术(DGPS)，可消除以上所提到大部分误差，以及由于SA所造成的干扰，从而提高卫星导航定位的总体精度，使系统误差达到10到15米之内。
GPS技术的错差
在GPS定位过程中，存在三部分误差。一部分是对每一个用户接收机所共有的，例如：卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等；第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差；第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。利用差分技术第一部分误差可完全消除，第二部分误差大部分可以消除，这和基准接收机至用户接收机的距离有关。第三部分误差则无法消除，只能靠提高GPS接收机本身的技术指标。对美国SA政策带来的误差，实质上它是人为地增大前两部分误差，所以差分技术也相应克服SA政策带来的影响。
差分GPS技术消除公共误差原理
假如在距离用户500公里之内，设置一部基准接收机。它和用户接收机同时接收某一卫星的信号，那么我们可以认为信号传至两部接收机所途经电离层和对流层的情况基本是相同，故所产生的延迟也相同。由于接收同一颗卫星，故星历误差、卫星时钟误差也相同。若我们通过其它方法确知所处的三维座标（也可以用精度很高的GPS接收机来实现，其价格比一般GPS接收机高得多），那就可从测得伪距中，推算其中的误差。将此误差数据传送给用户，用户就可从测量所得的伪距中扣除误差，就能达到更精确的定位。
GPS数据处理软件是GPS用户系统的重要部分，其主要功能是对GPS接收机获取的卫星测量记录数据进行“粗加工”、“预处理”，并对处理结果进行平差计算、坐标转换及分析综合处理。解得测站的三维坐标，测体的坐标、运动速度、方向及精确时刻。
GPS定位技术是正在发展中的高新技术，数据处理技术也处在不断更新之中，各系列GPS接收机制造厂家研制的处理软件也各具特色。 全球定位系统GPS是近年来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性、全天候性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。在发达国家，GPS技术已经开始应用于交通运输和道路工程之中。目前，GPS技术在我国道路工程和交通管理中的应用还刚刚起步，相信随着我国经济的发展，高等级公路的快速修建和GPS技术应用研究的逐步深入，其在道路工程中的应用也会更加广泛和深入，并发挥更大的作用。 GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能，这些功能包括： 车辆跟踪 利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，并任意放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪。利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输。
提供出行路线规划和导航 提供出行路线规划是汽车导航系统的一项重要辅助功能，它包括自动线路规划和人工线路设计。自动线路规划是由驾驶者确定起点和目的地，由计算机软件按要求自动设计最佳行驶路线，包括最快的路线、最简单的路线、通过高速公路路段次数最少的路线等的计算。人工线路设计是由驾驶者根据自己的目的地设计起点、终点和途经点等，自动建立线路库。线路规划完毕后，显示器能够在电子地图上显示设计线路，并同时显示汽车运行路径和运行方法。
信息查询 为用户提供主要物标，如旅游景点、宾馆、医院等数据库，用户能够在电子地图上根据需要进行查询。查询资料可以文字、语言及图象的形式显示，并在电子地图上显示其位置。同时，监测中心可以利用监测控制台对区域内的任意目标所在位置进行查询，车辆信息将以数字形式在控制中心的电子地图上显示出来。
（4）话务指挥
指挥中心可以监测区域内车辆运行状况，对被监控车辆进行合理调度。指挥中心也可随时与被跟踪目标通话，实行管理。
（5）紧急援助
通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图显示求助信息和报警目标，规划最优援助方案，并以报警声光提醒值班人员进行应急处理。
GPS技术在汽车导航和交通管理工程中的研究与应用目前在中国刚刚起步，而国外在这方面的研究早已开始并已取得了一定的成果。加拿大卡尔加里大学设计了一种动态定位系统，该系统包括一台捷联式惯性系统，两台GPS接收机和一台微机，可测定已有道路的线形参数，为道路管理系统服务。美国研制了应用于城市的道路交通管理系统，该系统利用GPS和GIS建立道路数据库，在数据库中包含有各种现时的数据资料，如道路的准确位置、路面状况、沿路设施等，该系统于1995年正式运行，为城市道路交通管理起到重要作用。近些年来国外研制了各种用于车辆诱导的系统，其中车辆位置的实时确定以往主要依据惯性测量系统以及车轮传感器，随着GPS的发展和所显示出的优越性，有取代前两种方法的趋势。用于城市车辆诱导的GPS定位一般是在城市中设立一个基准站，车载GPS实时接收 基准站发射的信息，经过差分处理便可计算出实时位置，把目前所处位置与所要到达的目标在道路网中进行优化计算，便可在道路电子地图上显示出到达目标的最优化路线，为公安、消防、抢修、急救等车辆服务。
导航卫星的原理是什么，它是怎样进行定位的?
你手里的导航 相当于被动接受接受的装置 有点类似与收音机。但是信号源不同。GPS信号是垂直的。，来至太空的信号。接收到三个卫星信号 能确定您的位置。四棵就能导航了
卫星导航的原理
卫星导航的原理为：
1、多普勒测速定位：“子午仪”卫星导航系统采取这种方法。用户定位设备根据从导航卫星上接收到的信号频率与卫星上发送的信号频率之间的多普勒频移测得多普勒频移曲线。
2、时间测距导航定位：“导航星”全球定位系统采用这种体制。用户接收设备精确测量由系统中 不在同一平面的4颗卫星发来信号的传播时间，然后完成一组包括 4个方程式的模型数学运算，就可算出用户位置的三维坐标以及用户钟与系统时间的误差。
扩展资料：
卫星导航的分类：
1、北斗导航
北斗卫星导航系统想象图北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力。
2、GPS导航
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。
参考资料来源：百度百科-卫星导航
求GPS卫星导航与定位技术试卷？
一、名词解释：（每空2分，共10分）
1、WGS-84坐标系
2、GPS卫星星历
3、相对论效应
4、同步观测环
5、大地高
二、填空题：（每题1分，共20分）
1、1973年美国国防部开始研制新一代卫星导航系统，即为当前的“授时与测距导航系统NAVSTAR”，又称为 。
2、美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的伽利略GALILEO系统和中国北斗二代Compass系统将共同构成 。
3、GPS是一种全球性、全天候的连续实时定位系统，它可以为用户提供动态目标的 、三维速度和时间信息。
4、在GPS定位测量中， 是一种与地球自转无关的坐标系，用于描述GPS卫星的运行位置和状态。
5、为精密导航和测量的需要，GPS建立了专用的时间系统— ，它属于原子时系统，并由GPS主控站控制，只是与国际原子时（ATI）有不同的原点。
6、在对卫星所有的作用力中, 是最主要的作用力。若将它的引力视为1，则其它作用力均小于10-5。
7、GPS卫星星历分为 和精密星历，根据卫星星历可以推算出任意时刻的卫星位置和速度。
8、GPS导航电文是以二进制码的规定格式组成，并按“帧”为基本单位播发给用户，因此又称为 。
9、为使低频的测距码和导航电文发送到地面，GPS卫星将其调制到了高频的L1载波和 上。
10、按照定位过程中所需接收机台数，GPS定位可以分为 和相对定位。
11、根据GPS接收机的观测值类型的不同，可将GPS定位的方法分为测码伪距测量法和 法。
12、在静态相对定位中，按照观测值的求差元素，可以将差分类型分为站间差分，星间差分和 。
13、在GPS载波相位测量中，确定整周未知数和修复 是提高GPS定位精度的关键性问题。
14、根据差分改正值类型，可将差分GPS分为伪距差分、 和载波相位差分。
15、GPS测量的误差可分为系统误差和偶然误差，系统误差主要有 误差、 卫星钟差 、接收机钟差和大气折射误差等。
16、在GPS定位测量中，观测值都是以接收机的相位中心位置为准的，但实际工作中天线相位中心与 不一致，这种差别称为天线相位中心位置偏差。
17、当GPS卫星信号穿过对流层时，信号的传播路径会发生弯曲，传播速度会发生变化，由此导致卫星与测站距离产生的偏差称为 。
18、GPS基线向量的弦长中误差使用s=[a2+(b*d*10-6)2]1/2 来表示，其中a称为GPS接收机标称精度的 ，b称为GPS接收机标称精度的比例误差。
19、GPS数据处理的基本流程分为数据采集、数据预处理、 、GPS网平差。
20、根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有点连式、 、网连式及边点混合连接四种基本方式。
三、选择题：（每题2分，共30分）
1、GPS系统的空间部分由24卫星组成，它们均匀分布在 相对与赤道的倾角为55°的近似圆形轨道上。
A、3个 B、6个 C、5个 D、10个
2、在每颗GPS工作卫星上都装有2台 和2台铷原子钟 ，为GPS定位提供高精度的时间标准。
A、石英钟 B、氢原子钟 C、电子钟 D、铯原子钟
3、在日月引力和其他天体引力对地球隆起部分的作用下，地球直转轴方向不再保持不变，使春分点在黄道上产生缓慢西移的现象，称为 。
A、岁差 B、极移 C、摄动 D、章动
4、在20世纪50年代我国建立的1954年北京坐标系，采用的是克拉索夫斯基椭球元素，其长半径和扁率分别为 。
A、a=6378140m、α=1/298.257 B、a=6378245m、α=1/298.3
C、a=6378145m、α=1/298.357 D、a=6377245m、α=1/298.0
5、在使用GPS软件进行平差计算时，需要选择哪种投影方式 。
A、等角圆锥投影 B、高斯-克吕格投影
C、横轴墨卡托投影 D、等距圆锥投影
6、在GPS卫星发射的测距码中，C/A码的数码率和长度分别为 。
A、1227.60MHz，24.42cm； B、10.23Mb/s，29.31m；
C、1575.42MHz，19.03cm； D、1.023Mb/s，293.1m；
7、在下列各种GPS定位的类型中，定位精度最高的是 。
A、静态绝对定位 B、动态绝对定位
C、静态相对定位 D、动态相对定位
8、在GPS静态相对定位中，通过对观测值进行 的方法，可以消除观测方程中的整周未知数。
A、单差 B、双差 C、三差 D、四差
9、由两台或两台以上接收机同时对同一组卫星的观测称为同步观测，同步观测不能消除下列的那种影响 。
A、多路径效应 B、大气折射误差
C、卫星钟差 D、卫星星历误差
10、由于狭义相对论效应作用下，在太空中运动的GPS卫星钟会产生频率偏移，这导致运动中的GPS卫星钟比静止在地球上的同类钟 。
A.走快了 B.走慢了 C.不快也不慢
11、设GPS网的边数为J，同步闭合环数为T，如果有5台GPS接收机，它们可以组成的GPS网的边数和同步闭合环数分别为 。
A、J=6，T=3； B、J=10，T=8；
C、J=10，T=6； D、J=15，T=10；
12、GPS接收机天线的定向标志线应指向 ，以减弱相位中心偏差的影响，其中A与B级在顾及当地磁偏角修正后，定向误差不应大于±5°。
A、正东 B、正西 C、正南 D、正北
13、根据GPS卫星的可见性预报图编制作业调度计划时，下列选项中最佳的观测时段为 。
A、卫星≥4颗，PDOP值≤6； B、卫星≤4颗，PDOP值≥6；
C、卫星≥2颗，PDOP值≤3； D、卫星≥2颗，PDOP值≤3；
14、GPS控制点位置的选择，应该遵守下列原则 。
A、视野狭窄，远离磁场 B、视野狭窄，靠近磁场
C、视野开阔，远离磁场 D、视野开阔，靠近磁场
15、在三边的同步闭合环的检核中，第三边处理结果与前两边的代数和之差值应小于 倍基线弦长中误差。
A、√3/5 B、2 C、2√2 D、2√n
四、简答题：（每题5分，共20分）
1、简述GPS定位系统的构成，并说明GPS卫星的基本功能。
2、简述两种测距码--C/A码和P码的特点。
3、简述削弱和消除GPS测量误差的主要措施。
4、已知测码伪距观测方程如下,解释等式右边各项表示的含义。
五、分析题：（每题10分，共20分）
1、已知权系数阵为：
试从权系数阵中取出若干权系数元素，列出四种几何精度因子，并说明GPS定位误差与精度因子的基本关系。
2、根据GPS控制网的图形（如图1），在野外使用3台GPS接收机观测3个时段，各观测时段长度为40分钟。已知接收机的使用序号和天线编号（如表1），试根据PDOP值变化情况（如图2），选择最佳观测时段完成GPS作业调度表。
序号 接收机编号
1 3209
2 2810
3 2196
时段
编号 观测时段 测站号/名 测站号/名 测站号/名
机号 机号 机号
1 10：00～10：40 A B C
3209 2810 2196
2 B C
2810 2196
3
卫星导航的原理是什么？
卫星导航的原理是各导航卫星不断地向地面传送本身随时间变化的精确位置，飞机、轮船等交通工具上的卫星定位接收仪接收到这些信息后，会迅速计算出自身的位置，从而达到导航的目的。
在第一颗人造地球卫星成功发射后不久的1957年底，美国霍普金斯大学应用物理实验室的两名博士用一台无线电接收机接收到前苏联这颗人造卫星发出的无线电信号。他们一位叫吉勒，另一位叫韦芬巴克，都是无线电爱好者。他们发现接收到的无线电波的频率，随着卫星的运动会出现一种“多普勒效应”(即当波源与观察者有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率不同的现象。正如火车朝听者急驶过来时，汽笛声的音调会变高；离听者飞速远去时，汽笛音调变低一样)。由此使他们联想到，可以通过在地面站测量频移来确定卫星的轨道，两人研究出了根据测量的频移数据确定整个卫星轨道的一种算法。这个实验室的另两位博士麦克卢尔和克什纳又进一步设想，如果把编出的程序倒过来使用，那么就可以从卫星已知的准确轨道，计算出地面接收台站的位置，从而形成了卫星导航的概念，即利用卫星的多普勒效应和格林尼治时间来定位，实现导航。
1958年12月，以霍普金斯大学为首的研究卫星导航的小组成立，“子午仪”卫星导航计划开始实施，1964年7月正式交付海军使用，1967年，该系统开始进入民用领域。
