2025年GPS異?？己四M卷考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述GPS定位的基本原理，并說明其中主要的誤差來源有哪些類別。二、電離層延遲對GPS信號傳播有何影響？它具有哪些主要特點(diǎn)？如何利用載波相位觀測值進(jìn)行電離層延遲的修正？三、什么是多路徑效應(yīng)？它通常在哪些環(huán)境下較為嚴(yán)重？會對GPS測距結(jié)果產(chǎn)生哪些主要影響？可以采取哪些措施來減弱多路徑效應(yīng)的影響？四、簡述衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差對單點(diǎn)定位（SPS）結(jié)果的影響。差分GPS（DGPS）技術(shù)是如何利用衛(wèi)星鐘差信息來提高定位精度的？五、GPS觀測值中存在的整周模糊度（整周跳變）是如何產(chǎn)生的？在基線向量解算過程中，整周模糊度的確定（或修復(fù)）有何重要性？常用的整周模糊度確定方法有哪些？六、在對GPS基線向量進(jìn)行解算時(shí)，對流層延遲是如何影響結(jié)果的？簡述一種常用的對流層延遲模型及其基本思想。七、某用戶在靜態(tài)模式下觀測GPS信號，獲取了載波相位觀測值。如果在觀測期間發(fā)生了整周跳變，試說明如何通過差分觀測值或差分相位觀測值來探測并修復(fù)該整周跳變。八、假設(shè)你獲得了一段GPS觀測數(shù)據(jù)，并初步分析發(fā)現(xiàn)存在較為明顯的電離層閃爍現(xiàn)象。請簡述電離層閃爍的主要特征，并說明它對GPS信號接收和定位可能產(chǎn)生哪些不利影響。九、試述實(shí)時(shí)動態(tài)（RTK）技術(shù)的基本原理。與靜態(tài)差分GPS相比，RTK技術(shù)主要優(yōu)勢體現(xiàn)在哪些方面？其應(yīng)用受到哪些條件限制？十、綜合分析GPS信號受到電離層延遲、對流層延遲和多路徑效應(yīng)共同影響的情況。在需要進(jìn)行高精度定位的應(yīng)用中，為了削弱這些誤差的影響，通常會采用哪些組合觀測值或數(shù)據(jù)處理策略？試卷答案一、解析：GPS定位原理基于三邊測量。用戶接收機(jī)測量來自多顆GPS衛(wèi)星的信號，確定信號傳播時(shí)間，再結(jié)合已知的衛(wèi)星位置，計(jì)算出接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離。通過至少四顆衛(wèi)星的距離測量，可以確定接收機(jī)在三維空間中的位置。主要誤差來源包括：衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差、電離層延遲、對流層延遲、多路徑效應(yīng)、接收機(jī)硬件和軟件誤差、衛(wèi)星軌道誤差（星歷誤差）等。二、解析：電離層延遲是指GPS信號在穿過電離層時(shí)，由于電離層電子云對信號傳播速度的影響而產(chǎn)生的傳播時(shí)延。其影響表現(xiàn)為信號傳播路徑的彎曲和時(shí)延的增加。主要特點(diǎn)包括：與信號頻率成反比（L1頻段延遲小于L2頻段）、具有日變化和季節(jié)變化、受電離層活動（如太陽活動）影響顯著、在低緯度地區(qū)尤為嚴(yán)重。利用載波相位觀測值進(jìn)行修正的基本思想是：通過觀測不同頻率（如L1和L2）的載波相位差（如Iono-Free組合L1-L2），可以消除或減弱頻率相關(guān)的電離層延遲項(xiàng)，從而得到不受電離層影響的組合觀測量。三、解析：多路徑效應(yīng)是指GPS信號在傳播過程中，除了直接到達(dá)接收機(jī)天線外，還會經(jīng)過周圍地面、建筑物等反射面反射，再到達(dá)接收機(jī)天線。這些反射信號與直接信號疊加，形成干涉，導(dǎo)致信號失真。多路徑效應(yīng)通常在信號傳播路徑上存在大量反射面（如城市峽谷、室內(nèi)環(huán)境、水面附近）時(shí)較為嚴(yán)重。它會對GPS測距結(jié)果產(chǎn)生主要影響：導(dǎo)致測距誤差增大（偽距跳變）、影響載波相位觀測值的整數(shù)模糊度固定、可能引發(fā)接收機(jī)跟蹤失鎖。減弱多路徑效應(yīng)的措施包括：選擇合適的接收機(jī)天線（如具有抑徑板的天線）、合理設(shè)置接收機(jī)天線高度、遠(yuǎn)離反射面、采用差分技術(shù)等。四、解析：衛(wèi)星鐘差是指GPS衛(wèi)星原子鐘的實(shí)際時(shí)間與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的差異。接收機(jī)鐘差是指用戶接收機(jī)時(shí)鐘與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的差異。兩者都是隨時(shí)間變化的量，對單點(diǎn)定位（SPS）結(jié)果都會引入較大的隨機(jī)誤差，導(dǎo)致定位精度下降。差分GPS（DGPS）技術(shù)通過建立基準(zhǔn)站，測量基準(zhǔn)站的GPS載波相位或偽距，計(jì)算出基準(zhǔn)站的精確位置和對應(yīng)的誤差信息（包括衛(wèi)星鐘差、大氣延遲等），然后將這些誤差信息（修正量）廣播給附近的用戶。用戶接收機(jī)利用這些修正量對自身的GPS觀測值進(jìn)行修正，從而消除或減弱衛(wèi)星鐘差等誤差，提高定位精度。五、解析：GPS觀測值中存在的整周模糊度（整周跳變）是指在載波相位連續(xù)觀測過程中，由于信號被遮擋或接收機(jī)失鎖等原因?qū)е螺d波相位觀測值瞬間跳過或回繞一個(gè)或多個(gè)整周（2π弧度）。整周模糊度UWB是一個(gè)未知的整數(shù)，其值在0到N-1之間（N為某個(gè)整數(shù)）。在基線向量解算過程中，整周模糊度的確定（或修復(fù)）具有極其重要的意義，因?yàn)檩d波相位觀測值本身包含的是模糊度后的相位差，直接使用浮點(diǎn)解會引入較大的整周數(shù)誤差，導(dǎo)致基線結(jié)果精度低。必須先準(zhǔn)確確定或修復(fù)整周模糊度，才能得到精確的基線向量。常用的整周模糊度確定方法包括：差分法（如L1-L2組合差分）、模糊度固定算法（如基于衛(wèi)星幾何構(gòu)型的算法、基于統(tǒng)計(jì)模型的算法）、模糊度解算軟件等。六、解析：在對GPS基線向量進(jìn)行解算時(shí)，對流層延遲是指GPS信號穿過地球?qū)α鲗訒r(shí)，由于大氣折射率的影響而產(chǎn)生的傳播時(shí)延。對流層延遲會影響載波相位和偽距觀測值，導(dǎo)致基線解算結(jié)果不準(zhǔn)確。它分為與高度無關(guān)的干延遲和與大氣水汽含量相關(guān)的濕延遲。常用的對流層延遲模型及其基本思想是：建立大氣延遲（干、濕延遲）與站點(diǎn)地理緯度、高度、大氣可降水量（或溫度、壓力）之間的關(guān)系模型。例如，Hopfield模型是一種經(jīng)典的干濕延遲分離模型，其基本思想是利用不同頻率（如L1和L2）信號的延遲差異，通過擬合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)，估算并分離干、濕延遲，從而從觀測值中修正對流層延遲的影響。七、解析：在靜態(tài)模式下，如果GPS觀測數(shù)據(jù)中發(fā)生整周跳變，可以通過差分觀測值來探測和修復(fù)。具體方法是：將接收機(jī)分成兩個(gè)或多個(gè)子接收機(jī)（例如，一個(gè)主站，一個(gè)或多個(gè)流動站；或使用接收機(jī)內(nèi)置的相位平滑技術(shù)）。利用主站和流動站之間的載波相位差分觀測值（Δφ=φ移動-φ基準(zhǔn)）。由于整周跳變只發(fā)生在基準(zhǔn)站或移動站的跟蹤環(huán)路中，導(dǎo)致它們各自的載波相位觀測值發(fā)生跳變（-Nπ），但在兩者之間的相位差分觀測值Δφ中，整周跳變項(xiàng)相互抵消（-Nπ+Nπ=0）。因此，Δφ序列中不會出現(xiàn)跳變。利用這個(gè)特性，可以識別出基準(zhǔn)站或移動站發(fā)生的整周跳變次數(shù)N。然后，在解算基線向量時(shí)，對發(fā)生跳變的相位觀測值進(jìn)行修復(fù)，即將該觀測值加上已探測到的整周跳變數(shù)N（乘以2π弧度）。八、解析：電離層閃爍的主要特征是GPS信號強(qiáng)度（幅度）在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生快速、隨機(jī)、不規(guī)則的變化，有時(shí)伴有相位快速波動。它是由電離層中的不規(guī)則電子密度擾動引起的，這些擾動通常與太陽活動（如太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射）密切相關(guān)。電離層閃爍對GPS信號接收和定位可能產(chǎn)生的不利影響包括：嚴(yán)重降低信號信噪比，甚至導(dǎo)致信號完全中斷或失鎖；引起載波相位快速抖動，使得載波相位跟蹤困難，難以進(jìn)行高精度相位測量；導(dǎo)致偽距測量值產(chǎn)生隨機(jī)跳變，嚴(yán)重影響定位解算的穩(wěn)定性和精度；對于高仰角衛(wèi)星信號影響較小，低仰角衛(wèi)星信號影響顯著。九、解析：實(shí)時(shí)動態(tài)（RTK）技術(shù)的基本原理是：在基準(zhǔn)站上安裝GPS接收機(jī)，連續(xù)觀測所有可見GPS衛(wèi)星的載波相位觀測值，并將觀測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)傳輸給附近的流動站。流動站同時(shí)接收GPS衛(wèi)星信號和數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)幕鶞?zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)。流動站接收機(jī)利用基準(zhǔn)站的載波相位觀測值，通過差分技術(shù)（主要是相位差分）來實(shí)時(shí)修正自身觀測值中的大部分誤差（如衛(wèi)星鐘差、大氣延遲、部分軌道誤差），并利用修正后的載波相位觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)解算，得到高精度的定位結(jié)果。RTK技術(shù)的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在：能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級甚至更高精度的實(shí)時(shí)定位，無需進(jìn)行復(fù)雜的后處理，定位速度快。應(yīng)用受到的條件限制主要包括：需要建立基準(zhǔn)站，并確?；鶞?zhǔn)站信號能夠穩(wěn)定傳輸給流動站（數(shù)據(jù)鏈要求）；要求基準(zhǔn)站和流動站之間有良好的幾何關(guān)系（通常要求基線長度在一定范圍內(nèi)）；作業(yè)距離有限制（通常在幾十公里內(nèi)）；易受電離層閃爍等動態(tài)誤差源影響；對基準(zhǔn)站和流動站的設(shè)備要求較高。十、解析：在需要進(jìn)行高精度定位的應(yīng)用中，GPS信號同時(shí)受到電離層延遲、對流層延遲和多路徑效應(yīng)等多種誤差源的共同影響。為了削弱這些誤差的影響，通常會采用以下組合觀測值或數(shù)據(jù)處理策略：1）利用不同頻率的載波相位觀測值進(jìn)行組合，如L1-L2組合（Iono-Free組合），可以消除或顯著減弱線性電離層延遲項(xiàng)；2）采用雙頻偽距觀測值組合，同樣可以消除或減弱部分電離層延遲和衛(wèi)星鐘差的影響；3）利用差分GPS（DGPS）技術(shù)，通過基準(zhǔn)站