2025年GPS異常分析模擬卷考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種現(xiàn)象通常由衛(wèi)星信號(hào)受到來(lái)自周?chē)矬w的多次反射而引起？()A.周跳B(niǎo).多路徑效應(yīng)C.電離層延遲D.信號(hào)閃爍2.在GPS數(shù)據(jù)處理中，用于探測(cè)和修復(fù)由衛(wèi)星軌道誤差或接收機(jī)運(yùn)動(dòng)突變引起的觀測(cè)量discontinuity的方法是？()A.軟件插值B.周跳探測(cè)與修復(fù)算法C.消除噪聲濾波D.坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換3.以下哪項(xiàng)是影響GPS信號(hào)接收機(jī)接收信號(hào)強(qiáng)度的非電離層、非對(duì)流層因素？()A.電離層延遲B.多路徑效應(yīng)C.對(duì)流層延遲D.衛(wèi)星時(shí)鐘誤差4.能夠提供高精度實(shí)時(shí)定位服務(wù)的GPS應(yīng)用模式是？()A.單點(diǎn)定位(PPP)B.靜態(tài)相對(duì)定位C.動(dòng)態(tài)相對(duì)定位（如RTK）D.軌道確定5.當(dāng)GPS接收機(jī)在短時(shí)間內(nèi)完全失去衛(wèi)星信號(hào)跟蹤時(shí)，通常發(fā)生的是什么現(xiàn)象？()A.周跳B(niǎo).信號(hào)失鎖C.電離層閃爍D.鐘差6.在GPS基線(xiàn)向量解算中，需要進(jìn)行周跳探測(cè)與修復(fù)的主要原因是？()A.衛(wèi)星鐘差累積B.接收機(jī)鐘差累積C.觀測(cè)量中的整數(shù)跳變D.對(duì)流層延遲模型誤差7.導(dǎo)致電離層延遲隨觀測(cè)時(shí)間變化的因素主要是？()A.接收機(jī)天線(xiàn)高度B.衛(wèi)星高度角C.接收機(jī)位置經(jīng)度D.以上所有8.對(duì)于GPS信號(hào)接收機(jī)來(lái)說(shuō)，“載波相位觀測(cè)值”指的是？()A.接收機(jī)接收到的載波信號(hào)的頻率B.載波信號(hào)的波長(zhǎng)C.載波信號(hào)的相位變化（以整周計(jì)數(shù)和不足整周的小數(shù)部分表示）D.衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)的初始相位9.在進(jìn)行GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)事后處理時(shí)，如果基線(xiàn)向量解算結(jié)果出現(xiàn)巨大偏差，最可能的原因是？()A.接收機(jī)時(shí)鐘精度低B.未進(jìn)行有效的周跳修復(fù)C.電離層延遲模型不準(zhǔn)確D.基線(xiàn)長(zhǎng)度測(cè)量錯(cuò)誤10.能夠有效抵抗窄帶干擾信號(hào)對(duì)GPS接收機(jī)影響的措施是？()A.使用低增益天線(xiàn)B.采用分集接收技術(shù)C.提高接收機(jī)采樣率D.增加天線(xiàn)接地電阻二、填空題（每空2分，共20分）1.GPS系統(tǒng)由空間段、地面段和______三部分組成。2.偽距觀測(cè)值是衛(wèi)星信號(hào)______與接收機(jī)接收信號(hào)所需時(shí)間乘以光速之差，再減去衛(wèi)星和接收機(jī)的______。3.產(chǎn)生周跳的主要原因是衛(wèi)星信號(hào)在傳播路徑上經(jīng)歷了______。4.為了補(bǔ)償電離層延遲，通常采用______模型進(jìn)行修正。5.接收機(jī)在跟蹤衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，由于周?chē)h(huán)境反射信號(hào)的干擾，導(dǎo)致接收到的信號(hào)出現(xiàn)______和強(qiáng)度衰減。6.GPS定位解算中，______是估計(jì)接收機(jī)位置的基礎(chǔ)觀測(cè)量之一。7.信號(hào)失鎖后，接收機(jī)需要重新捕獲衛(wèi)星信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為_(kāi)_____。8.在GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析中，______和______是兩種常見(jiàn)的異常值探測(cè)指標(biāo)。9.相對(duì)于單點(diǎn)定位，差分定位的主要優(yōu)勢(shì)在于______。10.對(duì)流層延遲主要分為_(kāi)_____延遲和______延遲兩部分。三、名詞解釋?zhuān)款}3分，共15分）1.周跳(Blunder)2.多路徑效應(yīng)(MultipathEffect)3.載波相位觀測(cè)值(CarrierPhaseObservation)4.信號(hào)失鎖(SignalLoss/LossofLock)5.差分GPS(DGPS)四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述GPS信號(hào)傳播過(guò)程中主要受到哪些誤差源的影響。2.解釋什么是多路徑效應(yīng)，并簡(jiǎn)述其可能對(duì)GPS定位精度產(chǎn)生哪些不利影響。3.簡(jiǎn)述GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理階段主要包含哪些步驟及其目的。4.在進(jìn)行GPS靜態(tài)基線(xiàn)解算時(shí)，為什么必須進(jìn)行周跳探測(cè)與修復(fù)？五、分析計(jì)算題（共25分）1.（10分）某GPS接收機(jī)在觀測(cè)期間丟失了某顆衛(wèi)星（PRNX）的載波相位觀測(cè)值，導(dǎo)致在時(shí)間t1到t2之間產(chǎn)生了1.5個(gè)整周模糊度（-1.5周）。已知該衛(wèi)星在此期間的載波相位觀測(cè)值（不含整周模糊度）的小數(shù)部分變化量為0.2弧度。請(qǐng)解釋此周跳現(xiàn)象，并說(shuō)明如果后續(xù)數(shù)據(jù)處理中未正確探測(cè)和修復(fù)此周跳，會(huì)對(duì)該衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)量解算結(jié)果產(chǎn)生什么影響？（假設(shè)模糊度是正確的）2.（15分）假設(shè)在GPS單點(diǎn)定位中，由于電離層延遲影響，接收機(jī)測(cè)得的偽距比真實(shí)距離多了δρ。請(qǐng)簡(jiǎn)述電離層延遲的基本原理，并說(shuō)明δρ的大小主要與哪些因素有關(guān)？若已知某段路徑上的電離層延遲約為5米，請(qǐng)分析這對(duì)接收機(jī)位置解算精度可能產(chǎn)生的影響（定性分析即可）。六、論述題（20分）結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)，論述在GPS異常分析中，如何綜合運(yùn)用多種異常現(xiàn)象的標(biāo)識(shí)信息（如偽距殘差、載波相位殘差、多路徑指標(biāo)等）來(lái)判斷異常的成因（如電離層閃爍、信號(hào)干擾、接收機(jī)故障等），并簡(jiǎn)述針對(duì)不同成因應(yīng)采取的典型數(shù)據(jù)處理策略或應(yīng)對(duì)措施。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.B4.C5.B6.C7.B8.C9.B10.B二、填空題1.用戶(hù)接收機(jī)2.離開(kāi)發(fā)射時(shí)刻，鐘差3.整數(shù)周跳變4.球面映射模型(或IGM模型等具體模型名稱(chēng)也可接受)5.信號(hào)閃爍，衰減6.偽距觀測(cè)值7.重新捕獲(或Reacquisition)8.L1殘差，L2殘差(或其他如信噪比、周跳探測(cè)標(biāo)記等指標(biāo)也可，但L1/L2為常用)9.提高定位精度10.垂直，水平三、名詞解釋1.周跳：在GPS信號(hào)載波相位觀測(cè)值中，由于某種原因（如信號(hào)失鎖、信號(hào)傳播路徑劇烈變化）使得觀測(cè)值瞬間出現(xiàn)不連續(xù)的、跳變了整數(shù)個(gè)周數(shù)的現(xiàn)象。2.多路徑效應(yīng)：GPS信號(hào)在傳播路徑上遇到建筑物、地形等障礙物反射，形成多條路徑到達(dá)接收機(jī)，導(dǎo)致接收機(jī)接收到直接波和反射波的疊加信號(hào)，從而干擾正常的信號(hào)測(cè)量。3.載波相位觀測(cè)值：接收機(jī)測(cè)量接收到的GPS衛(wèi)星載波信號(hào)相位的變化量，通常表示為一個(gè)整數(shù)（整周數(shù)）加上一個(gè)小數(shù)部分（不足一周的部分）。4.信號(hào)失鎖：GPS接收機(jī)在跟蹤衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，由于各種干擾或自身原因暫時(shí)失去對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的穩(wěn)定跟蹤能力，無(wú)法獲取有效的觀測(cè)數(shù)據(jù)。5.差分GPS(DGPS)：通過(guò)在已知精確坐標(biāo)的基準(zhǔn)站上設(shè)置GPS接收機(jī)，計(jì)算其位置與GPS解算位置的差值（修正信息），并將此修正信息廣播給附近的其他用戶(hù)接收機(jī)，用戶(hù)接收機(jī)利用該修正信息來(lái)提高自身定位精度的技術(shù)。四、簡(jiǎn)答題1.GPS信號(hào)傳播過(guò)程中的主要誤差源包括：衛(wèi)星鐘差（衛(wèi)星原子鐘與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)的偏差）、接收機(jī)鐘差（接收機(jī)原子鐘或晶振的偏差）、大氣延遲（電離層延遲和對(duì)流層延遲）、衛(wèi)星軌道誤差（星歷誤差）、接收機(jī)位置誤差（包括天線(xiàn)相位中心誤差等）、多路徑效應(yīng)、信號(hào)傳播延遲（相對(duì)論效應(yīng)引起的時(shí)間修正等有時(shí)也考慮）。2.多路徑效應(yīng)是指GPS信號(hào)經(jīng)過(guò)周?chē)h(huán)境（如地面、建筑物、水面）的反射后，與直接信號(hào)在接收機(jī)天線(xiàn)附近發(fā)生干涉，導(dǎo)致接收信號(hào)幅度和相位發(fā)生畸變。其不利影響包括：導(dǎo)致偽距測(cè)量值偏差，從而降低定位精度；引起載波相位觀測(cè)值的周跳；可能產(chǎn)生虛假的衛(wèi)星信號(hào)，干擾正常的信號(hào)跟蹤。3.GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理階段主要包含：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換與檢查、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制（剔除異常值、檢查數(shù)據(jù)完整性）、衛(wèi)星鐘差/星歷誤差改正、電離層延遲模型修正（如使用模型或差分法）、對(duì)流層延遲模型修正（如使用模型或差分法）、周跳探測(cè)與修復(fù)、模糊度確定（整周模糊度固定）、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換與投影等步驟。其主要目的是消除或減弱各種誤差源的影響，提高觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性，為后續(xù)的定位解算準(zhǔn)備合格的、連續(xù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。4.在進(jìn)行GPS靜態(tài)基線(xiàn)解算時(shí)，載波相位觀測(cè)值包含一個(gè)未知但固定的整周模糊度。如果觀測(cè)期間發(fā)生周跳，將導(dǎo)致載波相位觀測(cè)值出現(xiàn)跳變，從而使得解算出的模糊度值發(fā)生錯(cuò)誤跳變，不再是固定值。如果未正確探測(cè)和修復(fù)周跳，使用錯(cuò)誤的模糊度值參與基線(xiàn)向量解算，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)基線(xiàn)解算結(jié)果產(chǎn)生巨大的系統(tǒng)誤差，使得基線(xiàn)向量長(zhǎng)度和方位角嚴(yán)重失真，無(wú)法得到正確的結(jié)果。五、分析計(jì)算題1.解析：周跳是指載波相位觀測(cè)值在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了不應(yīng)有的整數(shù)倍的跳變。本題中，接收機(jī)在t1到t2時(shí)間段丟失了衛(wèi)星PRNX的信號(hào)，導(dǎo)致其相位觀測(cè)值出現(xiàn)1.5個(gè)整周跳變。這意味著，如果之前相位觀測(cè)值的小數(shù)部分為N，丟失后恢復(fù)時(shí)的小數(shù)部分變?yōu)镹'，則有(N'-N)=-1.5周或1.5周（取決于計(jì)數(shù)方向）。題目給出丟失期間的小數(shù)部分變化量為0.2弧度，這本身可能不是跳變的原因，而是跳變后相位值的小數(shù)部分指示。關(guān)鍵在于發(fā)生了1.5周的跳變。如果后續(xù)數(shù)據(jù)處理中未能正確探測(cè)并修復(fù)這個(gè)1.5周的跳變，那么解算出的載波相位值將始終包含這個(gè)錯(cuò)誤的跳變量。例如，如果使用雙頻載波相位差分解算基線(xiàn)向量，錯(cuò)誤的整周模糊度會(huì)通過(guò)相位觀測(cè)值傳遞，導(dǎo)致解算出的基線(xiàn)向量坐標(biāo)存在一個(gè)與真實(shí)基線(xiàn)相差1.5個(gè)波長(zhǎng)（在L1和L2頻段上不同）的系統(tǒng)偏差，使得整個(gè)定位結(jié)果（如果該基線(xiàn)參與平差）產(chǎn)生較大的錯(cuò)誤。如果僅用單頻解算，且未進(jìn)行模糊度固定或搜索，則無(wú)法得到有效解或解精度極低。2.解析：電離層延遲是指GPS信號(hào)在穿過(guò)地球電離層（高層大氣層，主要成分是電離的氣體）時(shí)，由于電離層中自由電子的存在，信號(hào)傳播速度發(fā)生變化，導(dǎo)致信號(hào)傳播時(shí)間延遲。其基本原理是：信號(hào)頻率越高，電離層電子對(duì)其影響越小（延遲越?。?；信號(hào)頻率越低，受電子影響越大（延遲越大）。電離層延遲的大小主要與以下因素有關(guān)：信號(hào)頻率（如L1頻率高于L2，其延遲通常小于L2）；觀測(cè)幾何構(gòu)型（主要是衛(wèi)星高度角，高度角越低，信號(hào)路徑越長(zhǎng)，穿過(guò)電離層越深，延遲越大）；觀測(cè)時(shí)段（白天由于太陽(yáng)活動(dòng)，電離層電子濃度高，延遲大；夜間相對(duì)較?。?；地理位置（不同緯度區(qū)域電離層特性不同）。電離層延遲通常是系統(tǒng)性偏差，可以通過(guò)建立模型（如基于信號(hào)頻率的模型）進(jìn)行修正，但模型誤差和動(dòng)態(tài)變化（如電離層閃爍）仍會(huì)殘留在觀測(cè)數(shù)據(jù)中。若某段路徑上的電離層延遲約為5米，這會(huì)對(duì)單點(diǎn)定位精度產(chǎn)生影響。對(duì)于一般單點(diǎn)定位，若不進(jìn)行修正，這5米的延遲（主要是對(duì)較低速用戶(hù)而言的等效距離誤差）會(huì)直接轉(zhuǎn)化為位置誤差。例如，在水平方向上，可能導(dǎo)致約1.5米（5米/sqrt(3)）左右的等效位置誤差（假設(shè)是等誤差影響）。對(duì)于要求高精度的應(yīng)用（如厘米級(jí)定位），未修正的電離層延遲是主要的誤差來(lái)源之一，必須采用差分GPS、廣域差分（WAAS/EGNOS等）或PPP等方法進(jìn)行有效削弱。六、論述題解析：GPS異常分析的核心在于識(shí)別信號(hào)質(zhì)量下降或觀測(cè)數(shù)據(jù)異常的現(xiàn)象，并追溯其物理成因。綜合運(yùn)用多種異常標(biāo)識(shí)信息是判斷成因的關(guān)鍵。首先，通過(guò)分析偽距殘差（通常分為L(zhǎng)1和L2，并可能計(jì)算其差分、組合值如iono-free組合）的統(tǒng)計(jì)特性（如標(biāo)準(zhǔn)差、最大/最小值、相關(guān)性），可以識(shí)別是否存在異常大的殘差點(diǎn)，這可能是粗差（如衛(wèi)星故障、接收機(jī)故障、周跳）、電離層閃爍或強(qiáng)信號(hào)干擾的跡象。例如，短時(shí)間內(nèi)多個(gè)頻點(diǎn)的偽距殘差同時(shí)出現(xiàn)異常，結(jié)合信噪比下降，指向干擾源。其次，載波相位殘差的分析同樣重要，其對(duì)周跳更敏感。相位殘差圖中的突然跳變點(diǎn)指示周跳可能發(fā)生。相位模糊度的跳變或固定失敗也與異常有關(guān)。結(jié)合偽距和相位殘差，可以判斷誤差的性質(zhì)（如主要是碼相位誤差還是載波相位誤差）。多路徑指標(biāo)（如信噪比、載噪比、幾何強(qiáng)度因子GDOP、信號(hào)幅度/相位統(tǒng)計(jì)特性等）的異常變化，特別是與衛(wèi)星高度角或接收機(jī)周?chē)h(huán)境相關(guān)的異常，是診斷多路徑效應(yīng)的有力證據(jù)。例如，低高度角衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量差，或接收機(jī)在特定位置時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量明顯下降。信號(hào)失鎖（LossofLock）信息的記錄，顯示了接收機(jī)跟蹤失敗的時(shí)間點(diǎn)和涉及的衛(wèi)星，有助于定位問(wèn)題發(fā)生的時(shí)段和范圍。綜合這些信息，可以初步判斷異常類(lèi)型。例如，若發(fā)現(xiàn)特定衛(wèi)星在特定時(shí)間段內(nèi)偽距和相位殘差均異常，信噪比低，且伴隨信號(hào)失鎖記錄，則很可能是由該衛(wèi)星本身或信號(hào)路徑上的強(qiáng)干擾引起的。若主要是相位殘差出現(xiàn)系統(tǒng)性跳變，偽距殘差相對(duì)較小，則更可能是周跳或接收機(jī)時(shí)鐘/軌道誤差問(wèn)題。針對(duì)不同成因，應(yīng)采取不同的策略：