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第一章

1. GPS卫星定位系统主要有哪几部分组成？地面控制部分又由哪几部分？

GPS 系统由三部分组成：1）空间段；2）地面控制部分；3）用户设备部分。

地面控制部分：1）主控站 2）监测站 3）注入站 4）通讯与辅助系统。

1）主控站的作用：①管理、协调地面监控系统各 部分的工作；②收集各监测站

的数据，编制 导航电文，送往注入站将卫 星星历注入卫星；③监控卫星状态，

向卫星发送 控制指令；④卫星维护与异常情况的处理。2）监测站的作用：接收

卫星数据，采集 气象信息，并将所收 集到的数据传送给主 控站。3）注入站：

将导航电文注入GPS 卫星。

3. 北斗总体发展历程、计划、北斗一代定位原理

北斗发展历程：①1983年，卫星导航先驱陈芳允院士提出利用两颗同步定点卫

星进行导航定位的设想②1994年国家批准建设“北斗一号”卫星导航定位系统

③ 2000年10月31日发射第一颗北斗导航卫星④2000年12月21日 发射第二

颗北斗导航卫星⑤ 2003年5月25日发射第三颗北斗导航卫星(备用卫星)

，我国成为世界上继美国、俄罗斯之后，第三个拥有自主卫星 导航系统的国家。

⑥2007年4月，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载 火箭，成功将

第四颗北斗导航试验卫星送入太空。（北斗导航定位系统的优点：卫星数量少，

投资小，用户设备简单价廉，能够实现一定区域的导航定位；卫星还具备短信通

信功能，可满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求；缺点：不能覆盖两级

地区，赤道附近定位精度差，只能二维主动式定位，且需提供用户高程数据，不

能满足高动态和保密的军事用户要求，用户数量受到一定限制）

北斗计划：第一代 实验阶段2000~2007 ；第二代 区域卫星导航系统2007~2012；

第三代 全球卫星导航系统2012~2020；

北斗一代定位原理：利用两颗地球同步卫星进行双向测距，配合数字高程地图完

成三维定位。（导航定位有两种方式：一是由用户向中心站发出请求，中心站对

其进行定位后将位置信息广播出去，由该用户接收获取；二是由中心站主动进行

指定用户的定位，定位后不将位置信息发送给用户，而由中心站保存）（北斗二

代的轨道有中、高、倾斜轨道同步卫星）

4. 北斗卫星导航系统的主要功能有哪些？

(1)快速定位(2)短报文通信(3)精密授时

5. 全球卫星定位系统特点？

(1)定位精度高；(2)观测时间短；(3)测站间无需通视；(4)可提供三维坐标；(5)操

作简便；(6)全天候作业；(7)功能多，应用广

第二章

1、定义空间之间坐标系的三要素是什么？

①坐标原点的位置。②三个坐标轴的指向。③尺度单位。

2、天球坐标系和地球坐标系是如何建立的？

天球坐标系（描述卫星运动位置和状态）：原点位于地球质心，Z 轴指向天球北

极，x 轴指向春分点，y 轴按构成右手坐标系取向，垂直于XOZ 平面。

地球坐标系（描述地球面观测站的位置）：原点位于地球质心，z 轴指向地球北

极，x 轴指向格林尼治子午面与地球赤道的交点，y 轴构成右手坐标系取向，垂

直于XOZ 平面。

3、为何要定义平天球（平地球）坐标系?

天球坐标系的坐标轴指向是不断变化的，也就是说它是一个不断旋转的坐标

系。这对于研究卫星的运动是很不方便的。因此需要建立一个三轴指向不变的天

球坐标系即平天球坐标系。

4、WGS-84（GPS 应用）坐标系是如何定义的 ？

原点位于地球质心，z 轴指向BIH 1984.0定义的协议地球极（CTP ）方向，x

轴指向BIH 1984.0的零子午面和 CTP 赤道的交点，Y 轴与Z ，X 轴构成右手坐标

系。

5、我国常用的大地坐标系主要有哪些?

（1）1954年北京坐标系；（2）1980年国家大地坐标系；（3）2000国家大

地坐标系。

为什么在卫星定位中要建立时间系统

6、坐标系转换中七参数、四参数分别指什么?

七参数：3个平移参数，3个旋转参数，1个尺度参数。

四参数：2个平移参数，一个旋转参数，1个尺度参数。

7、时间的基准是什么?

包含时间原点（时刻）和时间尺度（时间段）。 时间系统与坐标系统一样，

应有其尺度（时间 单位）与原点（起始历元）。其中时间的尺度是关 键，而原

点可以根据实际应用加以选定。不同的原 点和尺度对应不同的时间系统。任何

一个可观测的 周期的运动现象，只要符合条件，都可用作确定时 间间隔。

8、GPS 时的时间基准是什么?

采用原子时ATI 秒长作为时间基准，时间的起算点定义在1980年1月6日的 UTC0时。

9、岁差：由于天球赤道和天球黄道长期运动而导致的春 分点进动称为岁差。包

括赤道岁差和黄道岁差。

10、章动：在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极 将绕瞬时 平北天极旋转，

大致呈椭圆，这种现象称为章动。

11、极移：地球自转轴相对地球体的位置并 不是固定的，因而，地极点在地球

表面 上的位置，是随时间而变化的，这种现 象称为极移。

12、坐标变换：在不同的坐标表示形式间进行变换。

13、基准变换：在不同的参考基准间进行变换。

14、基准：为描述空间位置的点、线、面。在大地测量中基准是指用以描述地球

形状的参考椭球的参数。

15、恒星时（ST ）：以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间。

时间尺度：春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一恒星日，

一恒星日分为24个恒星时。

起算原点:恒星时以春分点通过本地子午圈时刻为 起算原点，所以恒星时在数值上等于春分点相对于本地子午圈的时角。

恒星时的特性:

恒星时具有地方性。恒星时是以地球自转为基础的，由

于岁差和章动的影响，春分点在 天球上的位置并不确定(真恒星时、平恒星时) 。

因此，恒星时不具有统一的时间原点。

16、平太阳时（MT ）：以平太阳为参考点，由平太阳的周日视运动所确定的时

间。

时间尺度：平太阳连续两次经过本地子午圈的时间 间隔为一平太阳日，一平太阳日分为24个平太阳时。

起算原点：平太阳时以平太阳通过本地子午圈时刻为起算原点，所以

平太阳时在数值上等于平太阳相对于本地子午圈的时角。

平太阳时的特性：平太阳时具有地方性.

17、世界时（UT ）：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时。

世界时与平太阳时尺度基准相同，其差别仅在于起算点不同。

世界时的特性：世界时虽然属全球性，但时间尺度还是不稳定。

18、原子时（ATI ）：秒长被定义为铯原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射震

荡9192631170周所持续的时间；

起点：按国际协定取为1958年1月1日0时0秒，事后发 现该瞬间原子时与世界时有差异(0.0039S)。

19、协调世界时（UTC ）:是原子时和世界时的结合。既有时间 原点，也有稳定的时间尺度。

跳秒（leap second）：通常在6月30日或12月31日最后一秒

具有相同原点：协调世界时、GPS 、原子时

具有相同尺度：协调世界时、GPS

具有相同地方性：平太阳时、恒星时

20、坐标系汇总：

第三章

1、什么二体问题 ？

忽略所有的摄动力，仅考虑地球质心引力研究卫星相对于地球的运动，在天体力学中，称之为二体问题。

2、卫星运动的开普勒参数是哪些？

①升交点赤径；②轨道面的倾角；③长半轴；④偏心率；⑤近地点角距；⑥卫星过近地点的时刻（真近点角）

3、什么是卫星星历，分为哪两类？

定义：描述卫星运动轨道的信息。一组对应某一时刻的 轨道参数及其变化率。 分为：预报星历（广播星历) （通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正数）；后处理星历（精密星历）（是一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪站所获得的对GPS 卫星的精密观测资料，

应用于确定广

播星历相似的方法而计算的卫星星历。）

4、计算卫星位置的主要思路是什么？

通过卫星的导航电文将已知的某一初始历元的轨道参数及变率发给用户（接收机），即可计算出任一时刻的卫星位置。另外通过已知的地面站对GPS 卫星进行观测，求得卫星在某一时刻的位置，可以反求出卫星的轨道参数，从而对卫星的轨道进行改进，实现精密定轨，用于GPS 精密定位。

5、GPS 卫星信号包含哪几部分？

①载波（波长*次数）（L1、L2）；②测距码（时间*光速） ：C/A码（用于粗测距和捕获GPS 卫星信号的伪随机码，目前只被调制在L1上）P(Y)码（精测码，被分别调制在L1和L2上) ；③卫星导航电文（数据码）

6. 信号调制:就是用一个信号（调制信号）去控制另一作为载体的信号（载波信号），让后者的某一参数（幅值、频率、相位、脉冲宽度等）按前者的值变化。将频率较低的信号加载在频率较高载波信号上。

7. 卫星导航：电文是由导航卫星播发给用户的描述导航卫星运行状态参数的电文，包括系统时间、星历、历书、卫星时钟的修正参数、导航卫星健康状况和电离层延时模型参数等内容。

8、GPS 卫星星历：描述卫星运动轨道的信息。一组对应某一时刻的 轨道参数及其变化率。

9、伪随机噪声码：又叫伪随机码或者伪噪声码，简称PRN ，是一个具有一定周期的取值0和1的离散符号串。

第四章

1、卫星星历误差: 由星历所给出的卫星位置与实际位置之差。

如何消除：（1）采用精密星历—建立自己的卫星跟踪网独立定轨；（2）轨道松驰法（改正数设为未知参数）；（3）同步观测求差.

2、卫星钟误差：卫星时钟与导航系统标准时间的差别，卫星钟误差包括 钟差、

频偏、频漂和随机误差。

如何消除：（1）模型改正; （2）通过观测值相减消除公共的钟误差;(3)获取精确的卫星钟差。

3、电离层误差:电离层中的气体分子由于受到太阳等天体各种射线辐射，产生强烈的电离形成大量的自由电子和正离子引起 传播路线弯曲、传播速度变化。从而使测量数据产生偏差。

如何消除：（1）经验模型改正；（2）双频改正；（3）实测模型改正；（4）利用同步观测值求差。

4、对流层误差:对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的上升而降低，GPS 信号通过对流层时，也使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差。

如何消除：（1）经验模型（2）引入附加待估参数（3）利用同步观测求差。

5、多路径误差: 多路径是指卫星信号通过多个不同路径传到接收到卫星信 号的同时，还可能收到经天线周围地物反射的卫星信号，多种 信号叠加就会引起测量参考点（相对中心）的位置变化，这种 由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。

如何消除：（1）观测上选择合适的测站，避开易产生多路径的环境；（2）硬件上:在天线下设置抑径板或抑径圈；改进接收机内部软硬件；抗多路径的接收机：窄相关技术等（3）适当延长观测时间；（4) 数据处理上加权；参数法；滤波法；信号分析法。

6、接收机钟误差: 接收机时钟与导航系统标准时间的差别。

如何消除：（1）参数法；（2）钟差模型改正；（3）求差法；（4）外接原子钟。

7、导航电文：一组反映卫星运行轨道、卫星钟改正参数、电离层延迟修正参数及卫星工作状态等信息的二进制代码， 也称数据码（D 码）。

8、伪距：由于卫星钟、接收机钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离A 与卫星到接收机的几何距离B 有一定的差值，因此，一般称量测出的距离为伪距。

9、单差：消除卫星钟差，减少接收机钟差，卫星星历误差，电离层、对流层误

差

双差：消除卫星钟差, 接收机钟差

三差:解算未知参数的初始值

10.GPS 绝对定位：又称单点定位，即利用GPS 卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在WGS —84坐标系中相对于坐标系原点（地球质心）的绝对位置

GPS 绝对定位:是至少利用两台GPS 接收机，同步观测相同的GPS 卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置（坐标差）

10、（重点画图题）

第五章

1、差分观测值的定义：将相同频率的GPS 载波相位观测值依据某种方式求差所 获得的新的组合观测值（虚拟观测值）

2、差分GPS 分为：单基准站差分，具有多个基准站的局部区域差分，广域差分

2、差分观测值的特点：可以消去某些不重要的参数，或将某些对确定待定参数 有较大负面影响的因素消去或消弱其影响

3、求差方式：（1）站间求差（2）卫星间求差（3）历元间求差.

4、RTK （载波相位差）: 位于基准站上的GPS 接收机通过数据通信链实 时把载波相位观测值以及已知的站坐标等信息播发 给附近工作的流动用户接收机。 配置仪器设备：（1）GPS 接收机；（2）数据通信链; (3)RTK软件. 基本原理：构建双差观测值。

主要应用：实时厘米级高精度定位服务：数字测图、施工放样、 工程测量、土地测量。

缺点：（1）作业范围有限；(2）定位结果可靠性较差；(3）定位精度不均匀；(4）作业过程需要设备较多。

5、网络RTK: 网络RTK 系统是指在一定区域内建立多个（三个 或三个以上）基准站，对该地区构成网状覆盖 , 并以 这些基准站中的一个或多个为基准，为该地区的GPS 用户实时高精度定位提供GPS 误差改正信息。

基本原理：通过对多个连续运行基准站的长时间观 测，建立基准站间的电离层延迟、对流层延迟以及 轨道误差模型，精确估计出移动站定位误差，并通 过现代通信手段为移动站用户提供实时改正信息， 用户利用上述信息削弱空间相关误差，从而大大扩 展了基准网络的有效服务范围，可实现区域范围内 厘米级、精度均匀、高可靠性、实时动态定位。

优点：（1）解算速度快定位精度高，分布均匀。（2）操作简单，生产效率高。（3）覆盖面积大，成本低廉。

6、CORS ：由若干个固定的、连续运行的GNSS 参考站，利用现 代计算机、数据通信和互联网技术组成的网络，实时地向不 同类型、不同需求、不同层次的用户提供经过检验的不同类 型的GNSS 观测值（载波相位，伪距），各种改正数、

状态信 息，以及其他有关GNSS 服务项目的综合系统。

组成成分：若干个连续运行的GPS 基准站、数据处理控制中心、数据传输与发播系统和移动站(用户-单台GPS 接收机）组成。

功能:(1）差分服务（2）网络RTK 服务（3）高精度静态相对定位(4）授时服务（5）GPS 气象研究（6）建立电离层延迟模型.

重点：C=n*m/N

C 为观测时段数，n 为网点数，m 为每点设站次数，N 为接收机数

总基线数:J=C*N*(N-1)/2

必要基线数：J=n-1

独立基线数：J=C*(N-1)

多余基线数：J=C*(N-1)-(n-1)

正高：地面点沿铅垂线到大地水准面的距离

正常高：地面点沿铅垂线到似大地水准面的距离

大地高：地面点沿法线到椭球面的距离

基线向量网平差包括：自由网平差（无约束平差），非自由网平差（约束平差），GPS 网与地面联合平差

命名：CH06（点名）364（366天中的第364天）1（第一次观测）12(12年)0（观测值文件）