发布时间 : 星期日 文章《GPS定位原理与应用》习题集答案更新完毕开始阅读5c88d6a076a20029bd642d7e
《GPS定位原理与应用》习题集与部分参考答案
②道路中心测量; ③航道测量;
④开阔地区的剖面测量等。
10、在GPS定位中，一般用一组开普勒轨道根致来确定卫星轨道平面在天球坐标系 中的位置和方向。试绘图表示这组开普勒轨道根数，井说明各参数的意义。 答:
卫星的无摄运动，一般可通过一组适宜的参数 来描述，但是，这组参数的选择并不是唯一的:其 中一组应用广泛的参数，称为开普勒轨道参数，或 称轨道根数。
as—轨道椭圆的长半轴; es—轨道椭圆的偏心率;
以上两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大 小。
()-升交点的赤经，即在地球赤道平面上， 升交点与春分点之间的地心夹角;升交点即当卫星 由南向北运行时，其轨道与地球赤道面的一个交点。
i一一轨道面的倾角，即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。 n和i这两个参数，唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。
、，—近地点角距，即在轨道平面上升交点与近地点之间的地心夹角。这一参数表 达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。
下一卫星的真近点角，即在轨道平面上，卫星与近地点之间的地心角角距。 该参数为时间的函数，它确定了卫星在轨道上的瞬时位置。(1分) 以上6个参数as、es、Q、i、it、和V所构成的坐标系统，通常称为轨 道坐标系统，它广泛地用于描述卫星的运动。
11、与经典侧f技术相比，GPS技术有何优点? 答:
1)选点灵活，无需通视。GPS测量不要求观测站之间通视，因而不再需要建造规标。 这一优点即可减少测量工作的经费(30%^-60%)和时间，同时也使点位的选择变得甚为灵 活。但要求净空。
2)定位精度高。现已完成的大量实验表明，目前在小于50km的基线上其相对定位 精度可达1^-2*10-6，而在100km^-500km的基线上可达10-6- 10-70 安徽理工大学测绘工程教研室 余学祥 吕伟才 编
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随着观测技术与数据处理方法的改善，可望在大于1000km的距离上，相对定位精度达 到或优于10一810-。
3)观测时间短。目前，利用经典的静态定位方法，完成一条基线的相对定位所需 要的观测时间，根据要求的精度不同，一般约为1^-3小时。为了进一步缩短观测时间， 提高作业速度，近年来发展的短基线(例如不超过20KM)快速相对定位法，其观测时间 仅需数分钟。
4)提供三维坐标。GPS测量，在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观 测站的大地高。GPS测量的这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高 程开辟了新途径，同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用，提供了 重要的高程数据。
5)操作简便。GPS测量的自动化程度很高，在观测中测量员的主要任务只是安装并 开关仪器、量取仪器高、监视仪器的工作状态和采集环境的气象数据，而其它观测工作， 如卫星的捕获、跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。另外，GPS用户接收机一般重量 较轻、体积较小，因此携带和搬运都很方便。
6)全天候作业。GPS观测工作，可以在任何地点，任何时间连续地进行，一般也不 受天气状况的影响。
12,当两站间的距离相距不远(<=20km)时，在接收机和卫星间求二次差有何优点? 有何缺点?
对于短距离(<20km)的相对定位而言，在接收机和卫星间求二次差的优点有: 1)双差观测值中，卫星钟差的影响已基本消除;
2)双差观测值中，卫星卫星星历误差的影响己基本消除; 3)双差观测值中，接收机钟差的影响已基本消除;
4)双差观测值中，对流层和电离层的影响得到了进一步的削弱。 但对于差分观测值也有一些缺点，主要表现在:
1)救据利用率较低，许多好的观测值会因为与之配对的数据出了问题而无法被 利用。求差的次数越多，丢失的观测值也越多，数据利用率就越低。
2)在接收机间求差后，会引进基线矢量而不是原来的位置矢量作为基本未知数， 这是一个新的更为复杂的概念，特别是使用多台接收机进行网定位时较难处理。 3)求差后会出现观测值间的相关性问题，增加了计算的工作量。 4)在某些情况下难以求差，例如两站的数据输出率不相同时。
5)在求差过程中有效教字将迅速减少，计算中凑整误差等影响将增大，从而影响 最后结果的精度。
6)求差法实质上是未对多余参数作任何约束，即认为各多余参数是相互独立的。 在某些情况下使用求差法的误差模型是有效的，如使用高精度的原子钟作外接频标时， 安徽理工大学测绘工程教研室 余学祥 吕伟才 编
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在小范围内进行相对定位时，精度要求不太高时等等。
7)采用求差法时多余参数已被消去，因此难以对这些参致作进一步研究(当然也可 以来用回代法求出，但需另增加工作量)。如果采用非差法并建立多余参数间的误差模 型，这些多余参数(例如钟的改正模型)就可以作为副产品同时求出。这些资料对于进一 步的研究是十分有价值的。
13, WGS-84大地坐标系是如何定义的?WGS-84椭球的长半轴和扁率为多少? WGS-84(World Geodetic System, 1984年)是美国国防部研制确定的大地 坐标系，其坐标系的几何定义是:原点在 地球质心，Z轴指向BIH 1984. 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轴构成右手系。 对应于WGS-84大地坐标系有一个 WGS-84椭球，其常数采用IUGG第17届
大会大地测量常数的推荐值。这里给出WGS-84椭球的两个最常用的几何常数:(其中扁 率分母要精确到小数点后6位)
长半轴a=6 378 137士2 m 扁率f=1/298.257 223 563
14、坐标联测的目的是什么?实现这一目的的数据处理基本思想是什么?对联测点 有何要求? 答:
1)坐标联测的目的
① GPS定位获得的是在WGS-84坐标系下的观测量—基线向量，经空间无约束平差 后，可获得WGS-84空间直角坐标系下的坐标(I Y Z) G,
②只有将其转换为地方参考坐标系(即地面网所在的参考坐标系)下的高斯平面直 角坐标(和以似大地水准面为基准的正常高)，才能便于实际应用。
③为实现这种转换，在布设GPS网时，需要选择一些地方参考坐标系(即地面网所 在的参考坐标系)下坐标已知的控制点，并同时在这些点上进行GPS测量，这种点称为 坐标联测点，在联测点上进行GPS测量的过程称为坐标联测。 2)实现这一目的的数据处理基本思想
坐标联测的目的是为了实现坐标系统转换。进行坐标转换的基本思想是: ①根据坐标联测点的两套坐标，建立两坐标系间的坐标转换模型; ②然后采用最小二乘法求解转换参数，并对转换参数的显著性进行检验;
③根据转换参数及相应的坐标转换模型，将所有GPS点在WGS-84坐标系下的坐标， 安徽理工大学测绘工程教研室 余学祥 吕伟才 编
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转换成地方参考坐标系下的坐标; ④对转换后GPS网的质量进行评价。 3)对联测点的要求
为保证转换后GPS网的质量，对坐标联测点提出了如下主要要求: ①联测点要有足够的数量:不能少于3个，有条件时尽量多一些;
②联测点的分布要均匀:联测点的分布要能覆盖整个测区，外围和中部要有连测点; ③联测点的质量好:尽量利用测区中高等级点作为联测点联测点标石稳定;便于 采用GPS技术进行观测。
15、高程联测的目的是什么?实现这一目的的数据处理基本思想是什么?对联测点 有何要求?
答: 1)高程联测的目的
①GPS定位获得的高程是GPS点在WGS-84坐标系中的大地高。大地高(H)是地面 点沿法线投影到椭球面的距离，所以大地高系统是以椭球面为基准面的高程系统。而实 际工程应用中，通常需要的是正常高。正常高是从正常椭球面出发，沿法线方向到正常 位等于地面重力位的点的距离。
②只有将GPS点的大地高转换为以似大地水准面为基准的正常高，才能便于实际应 用。
③为实现这种转换，在布设GPS网时，需采用几何水准方法联测部分GPS点，这些 被联测的GPS点，称为水准联测点。测定联测点水准高程的过程称为水准联测。 2)实现这一目的的数据处理基本思想
水准联测的目的是为了实现高程系统转换。进行高程系统转换的基本思想是: ①根据联测点的坐标和两套高程之差(即高程异常)，建立测区高程异常拟合模型; ②然后采用最小二乘法求解转换参数，并对转换参数的显著性进行检验;
③根据高程异常拟合模型和GPS点的坐标，求得所有GPS点的高程异常:根据高程 异常和大地高，得GPS点的正常高 ④对GPS水准高程精度进行评价。 3)对联测点的要求
为保证转换后GPS水准高程的精度，对联测点提出了如下主要要求: ①联测点要有足够的数量:不能少于6个，有条件时尽量多一些;
②联测点的分布要均匀:联测点的分布要能覆盖整个测区，外围和中部要有连测点; ③联测点的质量好:联测点标石稳定;联测精度合乎相应等级水准的要求，便于采 用GPS技术进行观测。
16, GPS网空间无约束平差的目的是什么?
GPS网空间无约束平差，即只固定网中某一点坐标的平差方法。无约束平差的目的 是多方面的。
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