五、简答题部分参考答案 10、在GPS定位中，一般用一组开普勒轨道根数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，并说明各参数的意义。 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： 卫星 近地点 es- 一轨道椭圆的偏心率： 轨道长幸他 以上两个参数确定了开普勒椭圆 的形状和大小。 再近点商形 —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 近地，点角距@ 升文赤经D 交点。 轨道凭角： —轨道面的倾角，即卫星轨道 平面与地球赤道面之间的夹角。 Q和1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。 一近地点角距，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。 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。 以上6个参数as、es、2、i、”、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。 12、当两站间的距离相距不远（≤20k)时，在接收机和卫星间求二次差有何优点？ 有何缺点？ 答： 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，卫星钟差的影响己基本消除： 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
五、简答题部分参考答案 10、在 GPS 定位中，一般用一组开普勒轨道根数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，并说明各参数的意义。 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。 Ω——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——轨道面的倾角，即卫星轨道 平面与地球赤道面之间的夹角。 Ω 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。 w——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。 V——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。 以上 6 个参数 as 、 es 、 Ω 、 i 、 w 、 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。 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？ 答： 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已基本消除； 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)数据利用率较低，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)在求差过程中有效数字将迅速减少，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， 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，因此难以对这些参数作进一步研究（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 步的研究是十分有价值的。 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 ①GPS定位获得的是在WGS-84坐标系下的观测量一一基线向量，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(XyZ)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)下坐标己知的控制点，并同时在这些点上进行GS测量，这种点称为 坐标联测点，在联测点上进行GS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GS点在WGS-84坐标系下的坐标 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
但对于差分观测值也有一些缺点，主要表现在： 1）数据利用率较低，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）在求差过程中有效数字将迅速减少，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， 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，因此难以对这些参数作进一步研究(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。 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 ①GPS 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（X 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， 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？ 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(D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GS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GS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
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。 其一是建立GS网的位置基准。确定一个三维网在空间直角坐标系中的位置，需要 三个坐标的定位基准，一个尺度基准和三个方向基准，即三个绝对定位和四个相对定位 共七个基准。GS观测值是两点间的基线向量，即三维坐标差，是一种长度、高差和方 位观测量，因而包含了尺度信息和方向信息。这样，网的尺度基准和方向基准可由网的 相关最小二乘估计唯一确定，而与网的平差方法无关。但网的位置基准与平差中所取网 点的近似坐标系统和采用的平差方法有关。对于城市或矿区等区域性GS网而言，一般 取网中的一点（多在网的中部）的单点绝对定位结果作为位置基准。 第二，是发现基线闭合环路闭合差发现不了的小的基线向量粗差，在确定没有粗差 后，通过验后方差因子的×2检验发现基线向量随机模型的误差。 第三，根据平差结果，客观地评价GS网本身的内部符合精度及网的可靠性，如单 位权中误差、点位中误差、基线边中误差及其相对中误差：同时为利用GS大地高与水 准联测点的正常高联合确定GPS网点的正常高提供平差处理后的大地高程数据。 第四，是以后分析GS网坐标转换过程中，地面网基准点或约束条件中有无不相容 的误差的基础。 20、什么叫GPS网的基准设计？GPS网的基准包括哪些？ 答 GPS测量获得的是GPS基线向量，它属于WGS-84坐标系的三维坐标差，而实际我们 需要的是国家坐标系或地方独立坐标系的坐标。所以在GS网的技术设计时，必须明确 GPS成果所采用的坐标系统和起算数据，即明确GS网所采用的基准。我们将这项工作 称之为GPS网的基准设计。 GS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。方位基准一般以给定的起算方 位角值确定，也可以由GS基线向量的方位作为方位基准。尺度基准一般由地面的电磁 波测距确定，也可由两个以上的起算点间的距离确定，同时也可由GS基线向量的距离 确定。GPS网的位置基准，一般都是由给定的起算点坐标确定。因此，GPS网的基准设 计，实质上主要是指确定网的位置基准问题。 26、下式是测站p的线性化伪距观测方程， PiLo Po +(p1+c-8prop-8pom+hpl·sin p）=0 试回答以下问题： 1)解释各参数的含义 2)利用伪距进行绝对定位时，为什么要至少同步观测四颗G$卫星？ 解：
是多方面的。 其一是建立 GPS 网的位置基准。确定一个三维网在空间直角坐标系中的位置，需要 三个坐标的定位基准，一个尺度基准和三个方向基准，即三个绝对定位和四个相对定位 共七个基准。GPS 观测值是两点间的基线向量，即三维坐标差，是一种长度、高差和方 位观测量，因而包含了尺度信息和方向信息。这样，网的尺度基准和方向基准可由网的 相关最小二乘估计唯一确定，而与网的平差方法无关。但网的位置基准与平差中所取网 点的近似坐标系统和采用的平差方法有关。对于城市或矿区等区域性 GPS 网而言，一般 取网中的一点（多在网的中部）的单点绝对定位结果作为位置基准。 第二，是发现基线闭合环路闭合差发现不了的小的基线向量粗差，在确定没有粗差 后，通过验后方差因子的χ２检验发现基线向量随机模型的误差。 第三，根据平差结果，客观地评价 GPS 网本身的内部符合精度及网的可靠性，如单 位权中误差、点位中误差、基线边中误差及其相对中误差；同时为利用 GPS 大地高与水 准联测点的正常高联合确定 GPS 网点的正常高提供平差处理后的大地高程数据。 第四，是以后分析 GPS 网坐标转换过程中，地面网基准点或约束条件中有无不相容 的误差的基础。 20、什么叫 GPS 网的基准设计？ GPS 网的基准包括哪些？ 答： GPS 测量获得的是 GPS 基线向量，它属于 WGS-84 坐标系的三维坐标差，而实际我们 需要的是国家坐标系或地方独立坐标系的坐标。所以在 GPS 网的技术设计时，必须明确 GPS 成果所采用的坐标系统和起算数据，即明确 GPS 网所采用的基准。我们将这项工作 称之为 GPS 网的基准设计。 GPS 网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。方位基准一般以给定的起算方 位角值确定，也可以由 GPS 基线向量的方位作为方位基准。尺度基准一般由地面的电磁 波测距确定，也可由两个以上的起算点间的距离确定，同时也可由 GPS 基线向量的距离 确定。GPS 网的位置基准，一般都是由给定的起算点坐标确定。因此，GPS 网的基准设 计，实质上主要是指确定网的位置基准问题。 26、下式是测站 p1的线性化伪距观测方程， sin ) 0 ~ ( 1 1 1 1 1 1,0 1,0 0 1 1 1,0 0 1 1 1,0 0 1 + + − − + • = − − − + − + − i trop ion p p i i p i i p p p p i p i p p i p i p p i p c t h Z c t Z Z Y Y Y X X X 试回答以下问题： 1）解释各参数的含义 2）利用伪距进行绝对定位时，为什么要至少同步观测四颗 GPS 卫星？ 解：
1)式(1)中各参数的含义如下： (Xp1 y opl Zop1)为测站p1的近似坐标 (6X,16Yp16Z)为测站p1的近似坐标的改正数： (X,Y,Z)为卫星i的瞬时坐标，6‘为卫星钟钟差： P为由测站近似坐标和卫星瞬时坐标计算的测站到卫星的几何距离： 为接收机伪距观测值：。为接收机钟差改正： 6Pmp和6pon分别为对流层和电离层的折射改正 h为天线高，日为测站p1到卫星i的高度角： hsi日为将卫星到天线相位中心的距离改正到至测站标石中心距离的改正项。 2)利用伪距进行绝对定位时，在式(1)中，仅测站的近似坐标的改正数（共三 个分量)和接收机钟差改正数需要求解，而其他参数有的是通过观测而得，有的通过计 算得到。而一颗卫星只能列立一个误差方程，要求解4个参数则必须有4个误差方程方 可，即必须至少同步观测4可GPS卫星方可实现绝对定位。 27、下式是测站p1对卫星在任一历元的线性化载波相位观测方程的简化形式， p=P+fap-f8-Ni+(△plrop+△)(①) 试回答以下问题： 1)解释各参数的含义； 2)导出测站p1和pm对卫星1的单差观测方程； 3)单差观测值中削弱或消除了哪些因素的影响？ 解： 1)式(1)中各参数的含义如下： ∫为载波的颜率，c为光速： 6t'为卫星钟钟差：1为接收机钟差： P为由测站坐标和卫星瞬时坐标计算的测站到卫星的几何距离： p1是在该观测历元测站p1上的接收机对卫星i的载波相位观测值： N称为测站p)上的接收机对卫星i的载波相位观测值的整周未知数或整周模糊度。 △pmp和公pm分别为测站p1到卫星i的的对流层和电离层折射改正： 2)导出测站p和p2对卫星1的单差观测方程 由式(1)，P2对卫星1的载波相位观测值方程为 p2 =Pp2 +fop2-for-N+(Ap2o+Ap2ion) 则测站P1和P2对卫星i的单差观测方程为
1）式（1）中各参数的含义如下： （X 0 p1 Y 0 p1 Z 0 p1）为测站 p1的近似坐标 (δXp1 δYp1 δZp1)为测站 p1 的近似坐标的改正数； （X i,Y i,Z i）为卫星 i 的瞬时坐标，δt i 为卫星钟钟差； i p1,0 为由测站近似坐标和卫星瞬时坐标计算的测站到卫星的几何距离； i p1 ~ 为接收机伪距观测值； p1 t 为接收机钟差改正； δρtrop 和δρion 分别为对流层和电离层的折射改正； h 为天线高，θ 为测站 p1 到卫星 i 的高度角； h•sinθ 为将卫星到天线相位中心的距离改正到至测站标石中心距离的改正项。 2）利用伪距进行绝对定位时，在式（1）中，仅测站 p1 的近似坐标的改正数（共三 个分量）和接收机钟差改正数需要求解，而其他参数有的是通过观测而得，有的通过计 算得到。而一颗卫星只能列立一个误差方程，要求解 4 个参数则必须有 4 个误差方程方 可，即必须至少同步观测 4 可 GPS 卫星方可实现绝对定位。 27、下式是测站 p1对卫星 i 在任一历元的线性化载波相位观测方程的简化形式， ( ) (1) 1 1 1 1 1, 1, i p ion i p trop i p i p i p i p c f f t f t N c f = + − − + + 试回答以下问题： 1）解释各参数的含义； 2）导出测站 p1和 p2对卫星 i 的单差观测方程； 3）单差观测值中削弱或消除了哪些因素的影响？ 解： 1）式（1）中各参数的含义如下： f 为载波的频率，c 为光速； δt i 为卫星钟钟差； p1 t 为接收机钟差； i p1 为由测站坐标和卫星瞬时坐标计算的测站到卫星的几何距离； φi p1 是在该观测历元测站 p1 上的接收机对卫星 i 的载波相位观测值； N i p1 称为测站 p1 上的接收机对卫星 i的载波相位观测值的整周未知数或整周模糊度。 i p1,trop 和 i p1,ion 分别为测站 p1 到卫星 i 的的对流层和电离层折射改正； 2）导出测站 p1和 p2对卫星 i 的单差观测方程 由式（1）， p2 对卫星 i 的载波相位观测值方程为 ( ) 2 2 2 2 2, 2, i p ion i p trop i p i p i p i p c f f t f t N c f = + − − + + 则测站 p1 和 p2 对卫星 i 的单差观测方程为
pl2=0p2-01 m2+fo-Npm+(-() 式中 Poume =Pr-Pn.Name Ni-Na plpmpp=p2opo 3)从单差观测方程可以看出， 在单差观测值中，己消除了卫星钟钟差的影响，当测站距离较近时(<20km),电离 层、对流层的影响及卫星星历误差在很大程度上得到了削弱。 29、与C0RS系统相比，传统的RTK测量技术有哪些局限性？ 答： 1)测量范围的局限 由于差分技术的前提是作差分的两站的卫星信号传播路径相同或类似，这样，两站 的共同误差大部分可以消除，要达到1-2厘米级实时（单历元求解）定位的要求，用户 站和参考站的距离需小于10km,当距离大于50km以上，误差的相关性大大减少，以致 差分之后残差很大，求解精度降低，一般只能达到分米级基线精度。 2)通信数据链作用距离的局限 传统RTK系统的数据传输多采用UHF和F电台播发RTCM差分信号，由于电台信 号的衍射性能差，而且都是站间准直线传播，这要求站间的天线必须准直线通视”，所 在复杂环境下RTK作业很不方便，经常出现能收到卫星信号，但收不到电台信号的现象。 3)模糊度求解的局限 当流动站与参考站距离较近（如参考站10km范围内），上述系统误差强相关假设成 立，常规RTK利用几个甚至一个历元观测资料就可以获得厘米级定位精度。但是，随着 流动站与参考站间距离增大（如50km范围内），系统误差相关性减弱，双差观测值中的 系统误差残差迅速增大，导致难以正确确定整周模糊度，定位精度讯速下降，约为分米 级。在这种情况下，使用常规RTK技术将无法得到更高精度的定位结果。 4)基准站移动频繁 测量过程中，需要不断设置和更换基准站。在建立基准站时，由于操作和外界环境 的原因含有潜在的粗差。对于精度要求较高的测量，这种粗差对最终结果的精度影响也 不可忽视。经常需要搬动基准站，将导至生产效率和设备安全性不高，同时，为基准站 持续供电一直是一个外业测量难以很好解决的问题。 30、何为GNSS C0RS系统？由哪几部分组成？有何作用？ 答：
( ) ( ) 1, 2 1, 2 1, 2 1, 2, 1, 2, 2 1 1, 2 2 1 p p i p p ion i p p trop i p p p p i p p i p i p i p p t t c f c f f t N c f = + − + + − − = − 式中 i p i p i p p i p i p i p1, p2 2 1 N 1, 2 N 2 N 1 = − , = − i p ion i p ion i p p ion i p trop i p trop i p1, p2,trop 2, 1, 1, 2, 2, 1, = − , = − 3）从单差观测方程可以看出， 在单差观测值中，已消除了卫星钟钟差的影响，当测站距离较近时（<20km），电离 层、对流层的影响及卫星星历误差在很大程度上得到了削弱。 29、与 CORS 系统相比，传统的 RTK 测量技术有哪些局限性？ 答： 1）测量范围的局限 由于差分技术的前提是作差分的两站的卫星信号传播路径相同或类似，这样，两站 的共同误差大部分可以消除，要达到 1-2 厘米级实时（单历元求解）定位的要求，用户 站和参考站的距离需小于 10km，当距离大于 50km 以上，误差的相关性大大减少，以致 差分之后残差很大，求解精度降低，一般只能达到分米级基线精度。 2）通信数据链作用距离的局限 传统 RTK 系统的数据传输多采用 UHF 和 VHF 电台播发 RTCM 差分信号，由于电台信 号的衍射性能差，而且都是站间准直线传播，这要求站间的天线必须“准直线通视”，所 在复杂环境下RTK作业很不方便，经常出现能收到卫星信号，但收不到电台信号的现象。 3）模糊度求解的局限 当流动站与参考站距离较近（如参考站 10km 范围内），上述系统误差强相关假设成 立，常规 RTK 利用几个甚至一个历元观测资料就可以获得厘米级定位精度。但是，随着 流动站与参考站间距离增大（如 50km 范围内），系统误差相关性减弱，双差观测值中的 系统误差残差迅速增大，导致难以正确确定整周模糊度，定位精度讯速下降,约为分米 级。在这种情况下，使用常规 RTK 技术将无法得到更高精度的定位结果。 4）基准站移动频繁 测量过程中，需要不断设置和更换基准站。在建立基准站时，由于操作和外界环境 的原因含有潜在的粗差。对于精度要求较高的测量，这种粗差对最终结果的精度影响也 不可忽视。经常需要搬动基准站，将导至生产效率和设备安全性不高，同时，为基准站 持续供电一直是一个外业测量难以很好解决的问题。 30、何为 GNSS CORS 系统？由哪几部分组成？有何作用？ 答：
1)在一定地域内建立若干个GNSS固定的连续运行站(CORS),并通过数据通讯网 络将这些COS的观测数据传送至一个或多个数据处理和监测中心，以集中进行数据处 理和监控，然后通过通讯网络，以这些己经数据处理的GSS的信息为基础，根据用户 需求，提供服务。这种以连续运行站网为核心、通讯网络为骨干、以用户需求为服务目 标、以用户接收点为终端的集成系统，就是全球导航卫星连续运行站网系统或简称GNSS CORS系统。 2)组成部分 ①基准站：由若干个分布合理的GNSS CORS组成： ②数据传输系统：基准站的GNSS数据通过有线或无线网络传输至数据处理和监控 中心： ③数据处理和监控中心：接收基准的数据，进行数据处理和监控，形成为用户服务 所需要的数据： ④面向用户的数据发播系统： 这一系统包含了多种手段：因特网，主要用于需要精密定位、精密定时、电离层延 迟参数、对流层延迟参数等用户的数据发送：UHF/NH电台和℉W电台的副载波，用户密 度高的地区，这类电台可发送局域GSS差分导航数据、局域RTK定位数据、GNSS气象 数据、GNSS电离层数据、GNSS视频数据等，与全国联网的条件成熟后，也可发射广域 GNSS差分导航数据。 3)作用： ①为用户提供导航、定位、授时、测速、测向、测行变、降雨和电离层探测等服务， 以满足国土资源管理、环境监测、基础测绘、工程测量、精细农业、气象预报、交通管 理等部门的工作需求： ②建立GS综合服务系统是区域和城市社会经济发展的需要，是区域和城市现代化 资源和环境管理、规划和建设的需要。对加速区域和城市实现“数字区域”和“数字城 市”具有重要意义与价值。 31、试述GS测量定位中误差的种类，并说明产生的原因。 答： 影响GS定位精度的误差按误差来源可分为下表中的四大类 误差源分类 误差影响1 误差影响2 误差影响3 ①与卫星有关的误差 卫星星历误差 卫星时钟误差 相对论效应、相位中心 偏差 ②与信号传播有关的误差 电离层折射误差 对流层大气折射误差 多路径传播误差 ③与接收机有关的误差 接收机钟误差 观测误差 相位中心偏差、仪器安 置误差、起算数据误之 ④其他误差 地球自转 固体潮、负荷潮 卫星集几何机构、解算
1）在一定地域内建立若干个 GNSS 固定的连续运行站（CORS）,并通过数据通讯网 络将这些 CORS 的观测数据传送至一个或多个数据处理和监测中心，以集中进行数据处 理和监控，然后通过通讯网络，以这些已经数据处理的 GNSS 的信息为基础，根据用户 需求，提供服务。这种以连续运行站网为核心、通讯网络为骨干、以用户需求为服务目 标、以用户接收点为终端的集成系统，就是全球导航卫星连续运行站网系统或简称 GNSS CORS 系统。 2）组成部分 ① 基准站：由若干个分布合理的 GNSS CORS 组成； ② 数据传输系统：基准站的 GNSS 数据通过有线或无线网络传输至数据处理和监控 中心； ③ 数据处理和监控中心：接收基准的数据，进行数据处理和监控，形成为用户服务 所需要的数据； ④ 面向用户的数据发播系统： 这一系统包含了多种手段：因特网，主要用于需要精密定位、精密定时、电离层延 迟参数、对流层延迟参数等用户的数据发送；UHF/VH 电台和 FM 电台的副载波，用户密 度高的地区，这类电台可发送局域 GNSS 差分导航数据、局域 RTK 定位数据、GNSS 气象 数据、GNSS 电离层数据、GNSS 视频数据等，与全国联网的条件成熟后，也可发射广域 GNSS 差分导航数据。 3）作用： ① 为用户提供导航、定位、授时、测速、测向、测行变、降雨和电离层探测等服务， 以满足国土资源管理、环境监测、基础测绘、工程测量、精细农业、气象预报、交通管 理等部门的工作需求； ② 建立 GPS 综合服务系统是区域和城市社会经济发展的需要，是区域和城市现代化 资源和环境管理、规划和建设的需要。对加速区域和城市实现“数字区域”和“数字城 市”具有重要意义与价值。 31、试述 GPS 测量定位中误差的种类，并说明产生的原因。 答： 影响 GPS 定位精度的误差按误差来源可分为下表中的四大类 误差源分类 误差影响 1 误差影响 2 误差影响 3 ①与卫星有关的误差 卫星星历误差 卫星时钟误差 相对论效应、相位中心 偏差 ②与信号传播有关的误差 电离层折射误差 对流层大气折射误差 多路径传播误差 ③与接收机有关的误差 接收机钟误差 观测误差 相位中心偏差、仪器安 置误差、起算数据误差 ④其他误差 地球自转 固体潮、负荷潮 卫星集几何机构、解算
软件 GS测量定位中误差按误差性质也可分为系统误差与偶然误差两类。偶然误差主要 包括信号的多路径效应、天线姿态误差等。系统误差主要包括卫星的星历误差、卫星钟 差、接收机钟差以及大气折射的误差等。其中系统误差无论从误差的大小还是对定位结 果的危害性都比偶然误差要大得多，它是GS测量的主要误差源。同时，系统误差有 定的规律可循，可采取一定的措施加以消除。如建立误差改正模型对观测值进行改正， 或选择良好的观测条件，采用恰当的观测方法等。 35、简述BDS与GPS两系统之间的区别。 答： BDS与GPS区别主要体现在：(1)系统完善程度不同，GPS为已建成并投入使用的 系统，BDS尚在建设阶段，目前可提供亚太地区定位与导航服务：(2)轨道分布不同， GPS24颗卫星平均分布在6个轨道平面上，北斗由5颗地球静止轨道(GE0)卫星、27 颗中圆地球轨道(ME0)卫星和3颗倾斜地球同步轨道(IGS0)卫星组成：(3)坐标系 统不同，北斗系统采用中国2000大地坐标系统CGCS2000,GPS采用的是WGS-84坐标系 统：(4)时间系统不同，北斗系统采用的是北斗时(BDT),BDT的起算历元时间是2006 年1月1日零时零分零秒(UTC):GPS采用的是GPS时，GPS时起算历元时间是1980年 1月6日零时零分零秒(UTC):(5)信号组成不同，两系统基础频率不同，GS信号主 要采用双频发射信号，北斗系统是目前唯一一个全部卫星均发射三频信号的系统。 37、北斗卫星导航定位系统的坐标系统和时间系统是如何定义的？ 答： 北斗卫星导航系统的坐标框架采用2000中国大地坐标系统(CCCS2000)，,该坐标系 的定义如下： 1)原点：包括海洋和大气的整个地球的质量中心： 2)Z轴：由原点指向国际地球自转服务组织(IERS)定义的参考极(IRP)方向： 3)X轴：IERS定义的参考子午面(IRM)与通过原点且同Z轴正交的赤道面的交线： 4)Y轴：与Z轴、X轴构成右手直角坐标系： 5)尺度：采用广义相对论意义下的尺度。 CGCS2000原点也用作CGCS2000椭球的几何中心，Z轴用作该旋转椭球的旋转轴。 0GCS2000参考椭球定义的基本常数为： 长半轴 a=6378137.0m 扁率 f=1/298.257222101 地心引力常数 4=GM=3.986004418×1014m3/s2 地球自转角速度 o=7.2921150×105rad/s 北斗卫星导航系统时间基准为北斗时(BDT)。BDT采用国际单位制(SI)秒为基本单 位联系累计，不闰秒，起始历元为2006年1月1日协调世界时(UTC)00时00分00秒，采
GPS 测量定位中误差按误差性质也可分为系统误差与偶然误差两类。偶然误差主要 包括信号的多路径效应、天线姿态误差等。系统误差主要包括卫星的星历误差、卫星钟 差、接收机钟差以及大气折射的误差等。其中系统误差无论从误差的大小还是对定位结 果的危害性都比偶然误差要大得多，它是 GPS 测量的主要误差源。同时，系统误差有一 定的规律可循，可采取一定的措施加以消除。如建立误差改正模型对观测值进行改正， 或选择良好的观测条件，采用恰当的观测方法等。 35、简述 BDS 与 GPS 两系统之间的区别。 答： BDS 与 GPS 区别主要体现在：（1）系统完善程度不同，GPS 为已建成并投入使用的 系统，BDS 尚在建设阶段，目前可提供亚太地区定位与导航服务；（2）轨道分布不同， GPS 24 颗卫星平均分布在 6 个轨道平面上，北斗由 5 颗地球静止轨道（GEO）卫星、27 颗中圆地球轨道（MEO）卫星和 3 颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星组成；（3）坐标系 统不同，北斗系统采用中国 2000 大地坐标系统 CGCS2000，GPS 采用的是 WGS-84 坐标系 统；（4）时间系统不同，北斗系统采用的是北斗时（BDT），BDT 的起算历元时间是 2006 年 1 月 1 日零时零分零秒（UTC）；GPS 采用的是 GPS 时，GPS 时起算历元时间是 1980 年 1 月 6 日零时零分零秒（UTC）；（5）信号组成不同，两系统基础频率不同，GPS 信号主 要采用双频发射信号，北斗系统是目前唯一一个全部卫星均发射三频信号的系统。 37、北斗卫星导航定位系统的坐标系统和时间系统是如何定义的？ 答： 北斗卫星导航系统的坐标框架采用2000中国大地坐标系统（CGCS2000），该坐标系 的定义如下： 1）原点：包括海洋和大气的整个地球的质量中心； 2）Z轴：由原点指向国际地球自转服务组织（IERS）定义的参考极(IRP)方向； 3）X轴：IERS定义的参考子午面（IRM）与通过原点且同Z轴正交的赤道面的交线； 4）Y轴：与Z轴、X轴构成右手直角坐标系； 5）尺度：采用广义相对论意义下的尺度。 CGCS2000原点也用作CGCS2000椭球的几何中心，Z轴用作该旋转椭球的旋转轴。 CGCS2000参考椭球定义的基本常数为： 长半轴 a＝6378137.0m 扁率 f=1/298.257222101 地心引力常数 μ=GM＝3.986004418×1014m 3 /s 2 地球自转角速度 ω＝7.292l150×10-5rad/s 北斗卫星导航系统时间基准为北斗时（BDT）。BDT采用国际单位制(SI)秒为基本单 位联系累计，不闰秒，起始历元为2006年1月1日协调世界时（UTC）00时00分00秒，采 软件
用周和周内秒计数。BDT通过UTC(NTSC 一中国科学院国家授时中心)与国际UTC建立 联系，BDT与UTC的偏差保持在100纳秒以内（模1秒）。BDT与UTC之间的闰秒信息在导航 电文中播报。 38、何谓惯性导航系统？其核心设备有哪些？有哪些优缺点？ 答： 1)惯性导航系统(INS)是一种不依赖外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导 航系统。其基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速 度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的 速度、偏航角和位置等信息。 2)核心设备是陀螺仪和加速度计。 3)优点： ①不依赖外界参数，隐蔽性好、工作不受气象条件和人为干扰影响： ②可全天候、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下： ③能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声低： ④数据更新率高、短期精度和稳定性好。 缺点 ①由于导航信息经过积分产生，定位误差随时间而增大，长期精度差 ②每次使用之前需要较长的初始对准时间： ③设备的价格较昂贵： ④不能给出时间信息。 40、何为位置基准和坐标参照系？何为参考框架？ 答： 基准(Datum)指的是一组用于描述其他量的量。不仅在用坐标描述位置时离不开 基准，而且在对任何事物特性进行定量描述时也离不开基准。用于描述空间位置的基准 为位置基准。在测量定位中，被用做基准的量通常是作为测量或计算基础的点、线或面。 例如，用于定义天体参照系的天球、赤道面、黄道面、春分点，用于定义大地坐标系的 参考椭球及其定位和定向，用于定义高程参照系的大地水准面等。 根据国际地球自转及参照系服务(IERS一International Earth Rotation and Reference SystemsService.)的定义，坐标参照系是提供系统原点、尺度、定向及其时 间演变的一组协议、算法和常数。可见，要确定一个坐标参照系，至少需要确定其原点、 轴向及尺度，而基准则提供了用于确定这些量的依据。虽然严格说来，基准和坐标参照 系并非是两个完全等价的概念，但由于它们之间的关系非常密切，因而在很多情况下并 未严格区分这两个概念。不过，坐标参照系的外延和内涵都要比基准广得多。 参考框架是一组具有相应坐标参照系下坐标及其时间演变的点。之所以称参考框架 是参照系的实现，原因其实非常简单：在一组相容的坐标中，实际上隐含了定义一个坐
用周和周内秒计数。BDT通过UTC（NTSC——中国科学院国家授时中心）与国际UTC建立 联系，BDT与UTC的偏差保持在100纳秒以内（模1秒）。BDT与UTC之间的闰秒信息在导航 电文中播报。 38、何谓惯性导航系统？其核心设备有哪些？有哪些优缺点？ 答： 1）惯性导航系统（INS）是一种不依赖外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导 航系统。其基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速 度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的 速度、偏航角和位置等信息。 2）核心设备是陀螺仪和加速度计。 3）优点： ①不依赖外界参数，隐蔽性好、工作不受气象条件和人为干扰影响； ②可全天候、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下； ③能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声低； ④数据更新率高、短期精度和稳定性好。 缺点： ①由于导航信息经过积分产生，定位误差随时间而增大，长期精度差； ②每次使用之前需要较长的初始对准时间； ③设备的价格较昂贵； ④不能给出时间信息。 40、何为位置基准和坐标参照系？何为参考框架？ 答： 基准（Datum）指的是一组用于描述其他量的量。不仅在用坐标描述位置时离不开 基准，而且在对任何事物特性进行定量描述时也离不开基准。用于描述空间位置的基准 为位置基准。在测量定位中，被用做基准的量通常是作为测量或计算基础的点、线或面。 例如，用于定义天体参照系的天球、赤道面、黄道面、春分点，用于定义大地坐标系的 参考椭球及其定位和定向，用于定义高程参照系的大地水准面等。 根据国际地球自转及参照系服务（IERS—International Earth Rotation and Reference SystemsService）的定义，坐标参照系是提供系统原点、尺度、定向及其时 间演变的一组协议、算法和常数。可见，要确定一个坐标参照系，至少需要确定其原点、 轴向及尺度，而基准则提供了用于确定这些量的依据。虽然严格说来，基准和坐标参照 系并非是两个完全等价的概念，但由于它们之间的关系非常密切，因而在很多情况下并 未严格区分这两个概念。不过，坐标参照系的外延和内涵都要比基准广得多。 参考框架是一组具有相应坐标参照系下坐标及其时间演变的点。之所以称参考框架 是参照系的实现，原因其实非常简单：在一组相容的坐标中，实际上隐含了定义一个坐
标参照系所必需的一个原点、一组正交坐标轴的指向和一个尺度。只要涉及与空间位置 有关的问题，就会涉及参照系：只要涉及参照系，则必将涉及参考框架。例如，在普通 GPS测量应用中作为1984年世界大地系统(WGS-84)实现的WGS-84参考框架，作为工程 应用所采用的局部参照系实现的测量控制网等，都可以被称为参考框架。 41、国际地球参照系(ITRS)的定义应满足哪些条件？何为国际地球参考框架(ITF)? ITRF2008的基准是如何定义的？ 答： I)国际地球参照系(ITRS)是由IERS所定义的一个协议地球参照系，其定义满足 如下条件： ①原点位于地球质心，地球质心为包括海洋和大气在内的整个地球的质心： ②长度尺度为国际单位制的米，该尺度与局部地心框架的地心坐标时(TCG一 Geocentric Coordinate Time)一致，符合IAU和IUGG(199l)决议，通过适当的相对 论模型获得： ③初始定向为国际时间局(BIH)所给出1984.0定向： ④定向的时变通过一个关于全球水平构造运动的非净旋转条件(NNR一No-Net- Rotation)来确定。 2)国际地球参考框架(ITRF)是ITRS的实现，由一组具有ITRS下坐标和速度估值 的IERS观测站组成，并由IERS中心局(IERS CB-一IERS Central Bureau)的地球参考框 架部负责建立和维护。 3)ITRF2008基准定义 ITRF2OO8是对四大空间大地测量技术VLBI、SLR、GPS和DORIS的不同年份观测数据 进行重新处理后的国际地球参考框架精化版本，ITRF2OO8由以下框架参数定义： ①原点：在历元2005.0，相对于ILRS和SLR时间序列平移及平移变化率为零： ②尺度：在历元2005.0，相对于VLBI和SLR时间序列的平均尺度及尺度变化率为零： 3定向：在历元2005.0，ITRF2008相对于ITRF2005旋转参数和旋转速率为零。 ITRF2008相比包括ITRF2005在内的ITRF其它系列，不仅在站的位置和速度精度方面， 而且还有它的定义参数，特别是原点和尺度都有所改善。 ITRF2008网站由580个站址的934站组成，其中463个在北半球，117个在南半球。包 括装备有目前运行的两个及以上技术手段的84个并置站，提供各技术之间的局部联系。 48、何为虚拟参考站技术？ 答： 虚拟参考站技术就是利用地面布设的多个基准站组成GSS连续运行网络，综合利用 各个基站的观测信息，通过建立精确的误差模型来修正距离相关误差，在用户站附近产 生一个物理上不存在的虚拟参考站(NS),由于VS虚拟参考站一般通过流动站用户接 收机的单点定位解来建立，故VS与用户站构成的基线通常只有十几米，只要能够生成
标参照系所必需的一个原点、一组正交坐标轴的指向和一个尺度。只要涉及与空间位置 有关的问题，就会涉及参照系；只要涉及参照系，则必将涉及参考框架。例如，在普通 GPS测量应用中作为1984年世界大地系统（WGS-84）实现的WGS-84 参考框架，作为工程 应用所采用的局部参照系实现的测量控制网等，都可以被称为参考框架。 41、国际地球参照系（ITRS）的定义应满足哪些条件？何为国际地球参考框架（ITRF）？ ITRF2008 的基准是如何定义的？ 答： 1）国际地球参照系（ITRS）是由IERS 所定义的一个协议地球参照系，其定义满足 如下条件： ①原点位于地球质心，地球质心为包括海洋和大气在内的整个地球的质心； ②长度尺度为国际单位制的米，该尺度与局部地心框架的地心坐标时（TCG— Geocentric Coordinate Time）一致，符合IAU和IUGG（1991）决议，通过适当的相对 论模型获得； ③初始定向为国际时间局（BIH）所给出1984.0定向； ④定向的时变通过一个关于全球水平构造运动的非净旋转条件（NNR—No-NetRotation）来确定。 2）国际地球参考框架（ITRF）是ITRS的实现，由一组具有ITRS下坐标和速度估值 的IERS观测站组成，并由IERS中心局（IERS CB—IERS Central Bureau）的地球参考框 架部负责建立和维护。 3）ITRF2008基准定义 ITRF2008是对四大空间大地测量技术VLBI、SLR、GPS 和DORIS的不同年份观测数据 进行重新处理后的国际地球参考框架精化版本，ITRF2008由以下框架参数定义： ①原点：在历元2005.0，相对于ILRS和SLR时间序列平移及平移变化率为零； ②尺度：在历元2005.0，相对于VLBI和SLR时间序列的平均尺度及尺度变化率为零； ③定向：在历元2005.0，ITRF2008相对于ITRF2005旋转参数和旋转速率为零。 ITRF2008相比包括ITRF2005在内的ITRF其它系列，不仅在站的位置和速度精度方面， 而且还有它的定义参数，特别是原点和尺度都有所改善。 ITRF2008网站由580个站址的934站组成，其中463个在北半球，117个在南半球。包 括装备有目前运行的两个及以上技术手段的84个并置站，提供各技术之间的局部联系。 48、何为虚拟参考站技术？ 答： 虚拟参考站技术就是利用地面布设的多个基准站组成GNSS连续运行网络，综合利用 各个基站的观测信息，通过建立精确的误差模型来修正距离相关误差，在用户站附近产 生一个物理上不存在的虚拟参考站(VRS)， 由于VRS虚拟参考站一般通过流动站用户接 收机的单点定位解来建立，故VRS与用户站构成的基线通常只有十几米，只要能够生成
