GNSS測量與數(shù)據(jù)處理試題含答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下關(guān)于GNSS衛(wèi)星軌道誤差的描述中，正確的是（）。A.屬于與信號(hào)傳播相關(guān)的誤差B.主要由衛(wèi)星鐘差引起C.可通過精密星歷降低其影響D.對(duì)單頻接收機(jī)無影響答案：C解析：衛(wèi)星軌道誤差屬于與衛(wèi)星相關(guān)的誤差（A錯(cuò)誤），主要由衛(wèi)星軌道預(yù)報(bào)精度不足引起（B錯(cuò)誤）。精密星歷提供了更精確的衛(wèi)星位置信息，可有效降低軌道誤差影響（C正確）。單頻接收機(jī)無法通過雙頻觀測值消除電離層延遲，但軌道誤差對(duì)其仍有影響（D錯(cuò)誤）。2.載波相位觀測值中包含的“整周未知數(shù)”（N0）的特性是（）。A.觀測過程中保持不變B.可通過單點(diǎn)定位直接解算C.僅與接收機(jī)鐘差有關(guān)D.精度與觀測時(shí)間無關(guān)答案：A解析：整周未知數(shù)（模糊度）在觀測過程中一旦鎖定衛(wèi)星信號(hào)即保持不變（A正確）。單點(diǎn)定位僅利用偽距觀測值，無法直接解算模糊度（B錯(cuò)誤）。模糊度與衛(wèi)星和接收機(jī)的位置、信號(hào)傳播路徑等多因素相關(guān)（C錯(cuò)誤）。長時(shí)間觀測可通過統(tǒng)計(jì)平均提高模糊度解算精度（D錯(cuò)誤）。3.電離層延遲對(duì)GNSS觀測值的影響隨（）的增加而減小。A.太陽活動(dòng)強(qiáng)度B.信號(hào)頻率C.衛(wèi)星高度角D.接收機(jī)海拔答案：B解析：電離層延遲與信號(hào)頻率的平方成反比（B正確）。太陽活動(dòng)增強(qiáng)會(huì)加劇電離層擾動(dòng)，延遲增大（A錯(cuò)誤）。衛(wèi)星高度角增大時(shí)，信號(hào)傳播路徑縮短，延遲減小，但這是幾何因素，非頻率因素（C錯(cuò)誤）。接收機(jī)海拔與電離層延遲無直接關(guān)系（D錯(cuò)誤）。4.以下GNSS差分定位技術(shù)中，定位精度最高的是（）。A.單基站偽距差分（DGPS）B.廣域差分（WADGPS）C.實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分（RTK）D.單基站載波相位差分（DGNSS）答案：C解析：RTK通過實(shí)時(shí)解算整周模糊度，可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位（C正確）。偽距差分（A、D）精度通常為米級(jí)，廣域差分（B）受區(qū)域誤差建模限制，精度優(yōu)于偽距差分但低于RTK。5.在GNSS數(shù)據(jù)處理中，“周跳”指的是（）。A.接收機(jī)鐘差的突然變化B.載波相位觀測值整周計(jì)數(shù)的意外丟失C.衛(wèi)星信號(hào)多普勒頻移的異常波動(dòng)D.多路徑效應(yīng)導(dǎo)致的偽距跳變答案：B解析：周跳是載波相位觀測中因信號(hào)遮擋、干擾等原因?qū)е抡苡?jì)數(shù)中斷，丟失部分整周數(shù)（B正確）。接收機(jī)鐘差突變屬于鐘跳（A錯(cuò)誤），多普勒頻移異常與信號(hào)速度變化相關(guān)（C錯(cuò)誤），多路徑導(dǎo)致的偽距跳變是偽距觀測值的異常（D錯(cuò)誤）。6.以下坐標(biāo)系中，屬于地固坐標(biāo)系的是（）。A.WGS-84坐標(biāo)系B.協(xié)議天球坐標(biāo)系（CIS）C.瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系D.歷元J2000.0天球坐標(biāo)系答案：A解析：地固坐標(biāo)系與地球固連，隨地球自轉(zhuǎn)，WGS-84是典型地固坐標(biāo)系（A正確）。其余選項(xiàng)均為天球坐標(biāo)系，與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)（B、C、D錯(cuò)誤）。7.GNSS衛(wèi)星信號(hào)中，L1頻率（1575.42MHz）對(duì)應(yīng)的波長約為（）。A.0.19mB.0.24mC.0.32mD.0.41m答案：A解析：波長λ=c/f，其中c=3×10?m/s，f=1575.42×10?Hz，計(jì)算得λ≈0.19m（A正確）。8.以下誤差中，可通過雙差觀測值消除的是（）。A.電離層延遲B.接收機(jī)鐘差C.多路徑效應(yīng)D.衛(wèi)星鐘差答案：B解析：雙差觀測值（站間+星間差分）可消除衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差（B正確，D錯(cuò)誤）。電離層延遲在短基線（<20km）下可近似視為站間相同，雙差后減弱但無法完全消除（A錯(cuò)誤）。多路徑效應(yīng)與測站環(huán)境相關(guān)，雙差無法消除（C錯(cuò)誤）。9.在GNSS控制網(wǎng)平差中，“約束平天”需要已知（）。A.至少1個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)和1個(gè)方位角B.至少2個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)C.至少1個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)D.至少3個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)答案：B解析：約束平差需引入已知坐標(biāo)作為基準(zhǔn)，通常至少2個(gè)已知點(diǎn)以控制網(wǎng)的位置和方向（B正確）。單點(diǎn)約束僅控制位置，無法約束方向（C錯(cuò)誤），1個(gè)點(diǎn)+方位角是經(jīng)典大地測量的基準(zhǔn)定義方式（A錯(cuò)誤）。10.以下關(guān)于GNSS靜態(tài)測量的描述中，錯(cuò)誤的是（）。A.觀測時(shí)間通常為30分鐘至幾小時(shí)B.適用于高精度控制網(wǎng)測量C.可同時(shí)接收4顆以上衛(wèi)星即可開始觀測D.不需要解算整周未知數(shù)答案：D解析：靜態(tài)測量需通過載波相位觀測值解算整周未知數(shù)以獲得高精度結(jié)果（D錯(cuò)誤）。其余選項(xiàng)均正確（A、B、C）。二、填空題（每空1分，共20分）1.全球四大GNSS系統(tǒng)包括：美國的GPS、俄羅斯的（GLONASS）、歐洲的（Galileo）和中國的（BDS）。2.GNSS觀測值的基本類型包括（偽距觀測值）和（載波相位觀測值），其中（載波相位觀測值）的精度更高。3.電離層延遲的改正方法主要有（雙頻觀測值改正）、（電離層模型改正）和（相對(duì)定位削弱）。4.載波相位觀測值的線性組合中，“寬巷組合”的波長（較長），“窄巷組合”的噪聲（較低）。5.GNSS數(shù)據(jù)預(yù)處理的主要步驟包括（數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查）、（周跳探測與修復(fù)）、（觀測值編輯）和（衛(wèi)星軌道與鐘差獲?。?。6.基線解算的關(guān)鍵參數(shù)包括（整周未知數(shù)解算）、（觀測值權(quán)比）和（基線向量精度）。7.多路徑效應(yīng)的影響與（測站環(huán)境）、（衛(wèi)星高度角）和（接收機(jī)天線性能）密切相關(guān)。8.WGS-84坐標(biāo)系的原點(diǎn)為（地球質(zhì)心），Z軸指向（BIH1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）），X軸指向（BIH1984.0定義的零子午面與CTP赤道的交點(diǎn)）。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述GNSS定位的基本原理。答案：GNSS定位基于空間距離交會(huì)原理。接收機(jī)同時(shí)觀測多顆衛(wèi)星，通過測量衛(wèi)星至接收機(jī)的信號(hào)傳播時(shí)間（或相位延遲），結(jié)合衛(wèi)星軌道信息（星歷）計(jì)算衛(wèi)星位置，進(jìn)而利用距離公式（偽距或載波相位觀測方程）解算接收機(jī)的三維坐標(biāo)。其核心是通過至少4顆衛(wèi)星的觀測值建立方程組，求解接收機(jī)的三維坐標(biāo)和鐘差（或模糊度）。2.說明偽距定位與載波相位定位的主要區(qū)別。答案：①觀測值類型：偽距定位使用偽距觀測值（碼相位），精度約0.3~3m；載波相位定位使用載波相位觀測值，精度約1~3mm（需解算整周模糊度）。②未知數(shù)數(shù)量：偽距定位僅需解算接收機(jī)鐘差；載波相位定位需解算整周模糊度和接收機(jī)鐘差（或通過差分消除鐘差）。③應(yīng)用場景：偽距定位適用于實(shí)時(shí)導(dǎo)航（如車載GPS）；載波相位定位適用于高精度測量（如控制網(wǎng)、形變監(jiān)測）。3.列舉GNSS測量中的主要誤差源，并分類說明。答案：誤差源分為三類：①與衛(wèi)星相關(guān)的誤差：衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星軌道誤差（星歷誤差）、相對(duì)論效應(yīng)。②與信號(hào)傳播相關(guān)的誤差：電離層延遲、對(duì)流層延遲、多路徑效應(yīng)。③與接收機(jī)相關(guān)的誤差：接收機(jī)鐘差、接收機(jī)噪聲（熱噪聲、量化噪聲）、天線相位中心偏差。4.簡述周跳的探測方法（至少3種）。答案：①多項(xiàng)式擬合法：對(duì)載波相位觀測值進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，殘差超過閾值時(shí)判定為周跳。②電離層殘差法：利用雙頻觀測值計(jì)算電離層延遲的變化率，異常變化對(duì)應(yīng)周跳。③多普勒積分法：通過多普勒頻移積分得到的偽距變化與載波相位變化的差值探測周跳。④高次差法：對(duì)載波相位觀測值的一次差、二次差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，突變點(diǎn)即為周跳位置。5.說明GNSS控制網(wǎng)平差的基本步驟。答案：①數(shù)據(jù)預(yù)處理：檢查觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量，修復(fù)周跳，剔除粗差。②基線解算：利用雙差觀測值解算基線向量及其協(xié)方差矩陣。③網(wǎng)平差準(zhǔn)備：構(gòu)建控制網(wǎng)的圖結(jié)構(gòu)，確定已知點(diǎn)和約束條件。④無約束平差：僅利用基線向量進(jìn)行平差，檢查網(wǎng)的內(nèi)部符合精度（如基線殘差、中誤差）。⑤約束平差：引入已知坐標(biāo)（或高程）進(jìn)行平差，確定網(wǎng)的絕對(duì)位置，計(jì)算坐標(biāo)成果及精度指標(biāo)（如點(diǎn)位中誤差、邊長相對(duì)中誤差）。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某GNSS接收機(jī)對(duì)某衛(wèi)星進(jìn)行雙頻觀測，L1頻率（f1=1575.42MHz）的相位觀測值為φ1=12345.678周，L2頻率（f2=1227.60MHz）的相位觀測值為φ2=15987.456周。已知衛(wèi)星至接收機(jī)的幾何距離為D=23500000m，試計(jì)算L1載波的整周未知數(shù)N1（假設(shè)無電離層延遲和其他誤差，c=3×10?m/s）。解析與答案：載波相位觀測方程為：D=λ1(φ1+N1)，其中λ1=c/f1。計(jì)算λ1：λ1=3×10?/(1575.42×10?)≈0.1903m。代入觀測值：23500000=0.1903×(12345.678+N1)解得：N1=23500000/0.190312345.678≈12350000012345.678≈123487654.322周（取整后N1=123487654）。2.某短基線（<10km）GNSS觀測中，兩臺(tái)接收機(jī)對(duì)同一衛(wèi)星的單差載波相位觀測值為Δφ=5678.123周（L1頻率）。已知基線向量在衛(wèi)星方向上的投影為ΔD=10.234m，試計(jì)算該單差觀測值的殘差（假設(shè)整周未知數(shù)已正確解算，λ1=0.1903m）。解析與答案：單差載波相位觀測值的幾何意義為：Δφ×λ1=ΔD+殘差（ε）。代入數(shù)據(jù)：5678.123×0.1903=10.234+ε計(jì)算左邊：5678.123×0.1903≈1080.000m（近似值，實(shí)際計(jì)算：5678×0.1903=1080.0，0.123×0.1903≈0.0234，總和≈1080.0234m）。殘差ε=1080.023410.234≈1069.7894m？（此處明顯矛盾，說明題目假設(shè)錯(cuò)誤。實(shí)際短基線單差觀測值對(duì)應(yīng)的是基線向量在衛(wèi)星方向上的投影，正確公式應(yīng)為：Δφ×λ1=ΔD_sat（衛(wèi)星方向上的基線分量）+誤差項(xiàng)?？赡茴}目中“基線向量在衛(wèi)星方向上的投影”即為ΔD_sat，因此正確計(jì)算應(yīng)為：正確公式：Δφ×λ1=ΔD_sat+ε→ε=Δφ×λ1ΔD_sat代入數(shù)據(jù)：ε=5678.123×0.190310.234≈1080.023410.234≈1069.7894m（顯然不合理，說明題目參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，正確場景中短基線的單差相位觀測值對(duì)應(yīng)的ΔD_sat應(yīng)為幾米至幾十米，可能題目中“ΔD”應(yīng)為“1080.234m”，則殘差為1080.02341080.234≈-0.2106m，即-21.06cm，符合實(shí)際觀測殘差范圍）。五、綜合分析題（20分）某城市進(jìn)行1:1000比例尺地形圖測繪，需建立GNSS控制網(wǎng)。已知測區(qū)面積約50km2，地形以平原為主，部分區(qū)域有建筑物和樹木遮擋。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)GNSS控制網(wǎng)觀測方案，包括以下內(nèi)容：（1）控制網(wǎng)等級(jí)與精度要求；（2）選點(diǎn)與埋石要求；（3）觀測技術(shù)要求（衛(wèi)星數(shù)、截止高度角、觀測時(shí)間、數(shù)據(jù)采樣率）；（4）數(shù)據(jù)處理流程與質(zhì)量控制指標(biāo)。答案要點(diǎn)：（1）控制網(wǎng)等級(jí)與精度要求：1:1000地形圖測繪通常需四等或一級(jí)GNSS控制網(wǎng)。四等網(wǎng)平均邊長2~5km，最弱邊相對(duì)中誤差1/100000，點(diǎn)位中誤差≤5cm；一級(jí)網(wǎng)平均邊長1~3km，最弱邊相對(duì)中誤差1/40000，點(diǎn)位中誤差≤5cm（具體根據(jù)《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）測量規(guī)范》GB/T18314-2009）。（2）選點(diǎn)與埋石要求：選點(diǎn)：遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源（如電視臺(tái)、微波站）≥200m，遠(yuǎn)離高壓輸電線≥50m；視野開闊，衛(wèi)星截止高度角15°以上無遮擋；避免多路徑環(huán)境（如水面、大型建筑物）；點(diǎn)位應(yīng)選在交通便利、易于保存的地方，密度滿足測圖需求（每km2約1~2點(diǎn)）。埋石：使用混凝土標(biāo)石（頂面刻“+”標(biāo)記），深度≥0.6m，凍土地區(qū)需埋至凍土層以下；軟弱地基需增設(shè)底盤或樁基礎(chǔ)；記錄點(diǎn)之記（位置、照片、地質(zhì)條件）。（3）觀測技術(shù)要求：衛(wèi)星數(shù)：同時(shí)跟蹤≥4顆衛(wèi)星（最好≥5顆），PDOP≤6（理想≤4）。截止高度角：≥15°（遮擋區(qū)域可適當(dāng)提高至20°）。觀測時(shí)間：四等網(wǎng)每點(diǎn)≥40分鐘，一級(jí)網(wǎng)每點(diǎn)≥30分鐘（靜態(tài)觀測）；若使用快速靜態(tài)，需滿足邊數(shù)≤6、觀測時(shí)間≥10分鐘（需驗(yàn)證可靠性）。數(shù)據(jù)采樣率：10~30秒（靜態(tài)觀測通常15秒）。（4）數(shù)據(jù)處理流程與質(zhì)量控制指標(biāo)：數(shù)據(jù)預(yù)處理：使用商用軟件（如TBC、TrimbleBusinessCenter）檢查數(shù)據(jù)完整性（無失鎖、周跳），統(tǒng)計(jì)信噪比（C/N0）≥35dB-Hz（正?！?