第一章PS系统及信号习愿 (习题1) 简述GS定位系统的构成，井说明各部分的作用。 (习题20 简述GS卫犀在轨道上运动所受的力. (习题3) 简述G5在轨道上运动的开普勒三定理。 (习愿) 面图并解释开普静轨道6参数的几何从物理意义， 卫限 春分点 开交点 (习题5) 地球引力场摄动力对卫星的运动有哪些影响？ (习题6) 日、月引力对卫星的运动有哪些影响？ (习题7) 什么是广播屋历？什么是精密星历？两者的区别是什么？ (习题8) 简述码、码元，数码率、信号调制、信号解调及自相关系数的概念。 (习题9) 说明C/A码及P码的产生过程及其特点
第一章 GPS 系统及信号习题 〈习题 1〉 简述 GPS 定位系统的构成，井说明各部分的作用。 〈习题 2〉 简述 GPS 卫星在轨道上运动所受的力。 〈习题 3〉 简述 GPS 在轨道上运动的开普勒三定理。 〈习题 4〉 画图并解释开普勒轨道 6 参数的几何从物理意义。 〈习题 5〉 地球引力场摄动力对卫星的运动有哪些影响? 〈习题 6〉 日、月引力对卫星的运动有哪些影响? 〈习题 7〉 什么是广播星历? 什么是精密星历?两者的区别是什么? 〈习题 8〉 简述码、码元、数码率、信号调制、信号解调及自相关系数的概念。 〈习题 9〉 说明 C／A 码及 P 码的产生过程及其特点
(习题10) 商述伪随机隳声码测距解理及我泼相位测量源理， (习题11) 简述卫星导航电文的内容，并解释数据龄期、通测码、时延差改正及传输参 数 《习题12) G巧信号接收机的软件和硬件包括哪些内容？并说明各自的作用。 (习题13) 简述GS信号接牧机的分类。 (习愿1) 试述GPS星座的构成与功能特点。 (习题15》 试述G5地面控制系统的构成与功能特点。 (习题16) 试述GS信号的构成与产生，并详细说明各类信号的数据结构与功能特 点。 (习题17) 试述G5用户部分构成，并详细说明G5接收机的结构与工作原 理。 GPS天域 信号 D(t 家置硫大器 频率变换“ 存 解 解西 模装相发测量 领率味合 CIA P网 发生 生器 控 CPU 电源 基准颜率 信 交频器 信号通通
〈习题 10〉 简述伪随机噪声码测距原理及裁波相位测量原理。 〈习题 11〉 简述卫星导航电文的内容，并解释数据龄期、遥测码、时延差改正及传输参 数 〈习题 12〉 GPS 信号接收机的软件和硬件包括哪些内容? 并说明各自的作用。 〈习题 13〉 简述 GPS 信号接收机的分类。 〈习题 14〉 试述 GPS 星座的构成与功能特点。 〈习题 15〉 试述 GPS 地面控制系统的构成与功能特点。 〈习题 16〉 试述 GPS 信号的构成与产生，并详细说明各类信号的数据结构与功能特 点。 〈习题 17〉 试述 GPS 用户部分构成，并详细说明 GPS 接收机的结构与工作原 理
第一章GS系统及信号答案 习题一参考答案 (1)构成：G5工作星座于199年3月建成，其信号覆盖率达到981，它白9颗 B1ackⅡ卫星和15颜B1okⅡA卫星组成，分成6个轨道平面，均匀分布着21颜卫星， 它4倍于子午卫星的数量。在200a高空的GS卫星，从地平线升至没落，可以在用户视 野持续运行动左右，其卫展运行周期为每2板星时沿近圆轨道运行一圈，且卫星服务年限 寿金为7.5年，其卫星重为800起 CPS卫星结构为①圆柱形 ②双叶太能板 ③核心：高稳定原子频标（物钟、绝钟、氢钟等） ④导航系统 @导航电文存销器 @伤噪声玛发生器 ⑦S波段接收机 @L波段双频发射机 (2)功能：①使得每一个用户在任何地方都能够同时接收到米自一12颗GS卫星的 导航定信号，用以测定他的实时点位和其触状态参数，实现全球性全天时的连线不断的导航 定位。 ②5信号的两个载波，两个伪曼声码和导航电文，为运动载体的多参数 和广用逢测量，提供了丰富的爱据载体。 ①C5卫星所发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的空间信息 资源，为陆地、海洋和空间广大用户提供高精度多用途的导航定位服务。 ①可以接受地面主控站发送卫星的调度命令。 ⑤S的技术能够达到毫米级的静态定位精度和属米级的动态测量精度。 @飞越注入站上空时，接受由地面站用S波段(10厘米波段)发送到卫星 的导航电文和其他相关信息。 习题二参考答案： S卫星在运动过程中所受的力主要包括： 1、地缘引力加
第一章 GPS 系统及信号答案 习题一参考答案: （1）构成：GPS 工作星座于 1994 年 3 月建成，其信号覆盖率达到 98%。它由 9 颗 BlockⅡ卫星和 15 颗 BlockⅡA 卫星组成，分成 6 个轨道平面，均匀分布着 24 颗卫星， 它 4 倍于子午卫星的数量。在 20000 ㎞高空的 GPS 卫星，从地平线升至没落，可以在用户视 野持续运行 5h 左右，其卫星运行周期为每 12 恒星时沿近圆轨道运行一圈，且卫星服务年限 寿命为 7.5 年，其卫星重为 800 ㎏ GPS 卫星结构为：① 圆柱形 ② 双叶太阳能板 ③核心：高稳定原子频标（铷钟、铯钟、氢钟等） ④ 导航系统 ⑤ 导航电文存储器 ⑥ 伪噪声码发生器 ⑦ S 波段接收机 ⑧ L 波段双频发射机 （2）功能：①使得每一个用户在任何地方都能够同时接收到来自 4—12 颗 GPS 卫星的 导航定信号，用以测定他的实时点位和其他状态参数，实现全球性全天时的连续不断的导航 定位。 ②GPS 信号的两个载波，两个伪噪声码和导航电文，为运动载体的多参数 和广用途测量，提供了丰富的数据载体。 ③GPS 卫星所发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的空间信息 资源，为陆地、海洋和空间广大用户提供高精度多用途的导航定位服务。 ④可以接受地面主控站发送卫星的调度命令。 ⑤GPS 的技术能够达到毫米级的静态定位精度和厘米级的动态测量精度。 ⑥飞越注入站上空时，接受由地面站用 S 波段（10 厘米波段）发送到卫星 的导航电文和其他相关信息。 习题二参考答案: GPS 卫星在运动过程中所受的力主要包括： 1、地球引力；
2、地球体的非球性及其质量分布不均匀而引起的作用力，即地球的非中心引力： 3,太阳光的直接与间接辐射压力： 4、大气的阻力： 5、地球满沙的作用力（包括海洋潮沙和地球固体落引起的作用力）： 6、磁力及其他作用力等。 习题三参考答案： 1、开曾勒第一定律：卫星运动的轨道是一个椭圆，而该桃圆的一个集点与地球的质心 相重合。 2、开鲁勒第二定律：卫星在过地球质心的平面内运动，其向径在相同的时间内所扫过 的面积相等。 3,开睿勒第三定律：卫星运行周期的平方，与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量， 而该常量等于地球引力常数G议的创数。 习题四参考答案： as:轨道桶圆的长半轴 es:轨道椭圆的偏心率 以上两个参数确定了开普萄椭圆的大小，称之为轨道椭圆形状参数。 :升交点的赤经，即在地球赤道平面上，升交点与春风点之间的地心夹角（升交点： 即当卫星由南向北运动时轨道与地球赤道面的一个交点。 【:轨道面的领角，即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。 以上两参数，些一地确定了卫星轨道平面与地缘体之间的相对位置与地球体之间的相对 定位，称之为轨道平面定向参数。 8:近地点角距。升交点与近地点之间地心夹角， 「s:真近点角，确定任意时刻卫星在轨道上位置 该参数为到间的函数，它确定了卫最在轨道上的属时位置。 习思五参考答案： 地球引力场对卫星运动轨道的影响主要表现为： 1、引起运动轨道平面在空间旋转，使升交点赤径产生周期性变化： 2、引起近地点在轨道平面内旋转，导致近升之距的麦化， 3、引起平近点角的变化。 习题六参考答案：
2、地球体的非球性及其质量分布不均匀而引起的作用力，即地球的非中心引力； 3、太阳光的直接与间接辐射压力； 4、大气的阻力； 5、地球潮汐的作用力（包括海洋潮汐和地球固体潮引起的作用力）； 6、磁力及其他作用力等。 习题三参考答案: 1、开普勒第一定律：卫星运动的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球的质心 相重合。 2、开普勒第二定律：卫星在过地球质心的平面内运动，其向径在相同的时间内所扫过 的面积相等。 3、开普勒第三定律：卫星运行周期的平方，与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量， 而该常量等于地球引力常数 GM 的倒数。 习题四参考答案: 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大小，称之为轨道椭圆形状参数。 ：升交点的赤经，即在地球赤道平面上，升交点与春风点之间的地心夹角（升交点： 即当卫星由南向北运动时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。 以上两参数，唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对位置与地球体之间的相对 定位，称之为轨道平面定向参数。 s：近地点角距，升交点与近地点之间地心夹角. fs：真近点角，确定任意时刻卫星在轨道上位置 该参数为时间的函数，它确定了卫星在轨道上的瞬时位置。 习题五参考答案: 地球引力场对卫星运动轨道的影响主要表现为： 1、引起运动轨道平面在空间旋转，使升交点赤径产生周期性变化。 2、引起近地点在轨道平面内旋转，导致近升交距的变化。 3、引起平近点角的变化。 习题六参考答案:
日、月引力引起了卫星位置摄动。主要表现为一种长周期摄动，它们作用在GS卫星上 的加速度钓为5×106(/s2》,如果忽略该项的影响，将造成轻向，法向和切向上产生0~ 150m的位置误差。 习题七参考答案： 演报（广播）星历一监控数据时间序列外推估注入的轨道参数： 精密星历一全球G肾跟鉴网站监测数据计算的轨道参数 区别：S卫星的预报星历是根据跟踪站前一段时间的观测资料，外推的参考轨道参数， 并加入轨道的摄动改正后得到的外推星历，而精密星历是根据地面跟踪站所获得的精密观测 资料计算而得的星历。它是不包括外推误差的实测星历，可为用户提供观测时刻的卫星精密 星历，但此种星历用户无法实时通过卫星信号而获得，贝陵在事后通过电传、磁盘、网路等 通诚媒体向用户传递。并且它是一种有偿服务。 习思八参考答案： 马：信息的二进制数及其组合 码元：1位二进制数（比特） 数码率，在二进制的数字化信息传输中，每秒钟所传输的比特数，用以表示数字化信息 的传输速度。 信号调制：即为了有效的传指信号而将原低频信号（调制信号）加载到高频的我波上的 过程即为信号调制· 信号解调：从接收到的调制波中分离出测距码信号、导航电文信号以及纯净的载液信号， 即为信号的解调。 白相美性 结构相同的随机码序列u(t)`▣(t)通过平移码元数，相应的码元相互对齐。 习题九参考答案： C/A码（测码）特点： 1C/码长为1023bit(比特》，周期1s,号于描获， 2码宽：t0=1/=0.97752?s(码元持续时间) 3距离：1=2931m(码元持续到间与e乘积) 4度：29.3-293m 通过捕获C/A码卫星提供的导航电文，容易捕获P码 5功隆：①相测距②快速捏捕卫星导航电文③用于分址不月信号
日、月引力引起了卫星位置摄动，主要表现为一种长周期摄动，它们作用在 GPS 卫星上 的加速度约为 5×10-6（m/s2）,如果忽略该项的影响，将造成径向、法向和切向上产生 50～ 150m 的位置误差。 习题七参考答案: 预报（广播）星历--监控数据时间序列外推估注入的轨道参数； 精密星历--全球 GPS 跟踪网站监测数据计算的轨道参数 区别：GPS 卫星的预报星历是根据跟踪站前一段时间的观测资料，外推的参考轨道参数， 并加入轨道的摄动改正后得到的外推星历。而精密星历是根据地面跟踪站所获得的精密观测 资料计算而得的星历，它是不包括外推误差的实测星历，可为用户提供观测时刻的卫星精密 星历，但此种星历用户无法实时通过卫星信号而获得，只能在事后通过电传、磁盘、网络等 通讯媒体向用户传递，并且它是一种有偿服务。 习题八参考答案: 码：信息的二进制数及其组合 码元：1 位二进制数(比特) 数码率：在二进制的数字化信息传输中，每秒钟所传输的比特数，用以表示数字化信息 的传输速度。 信号调制：即为了有效的传播信号而将原低频信号（调制信号）加载到高频的载波上的 过程即为信号调制。 信号解调：从接收到的调制波中分离出测距码信号、导航电文信号以及纯净的载波信号， 即为信号的解调。 自相关性 -结构相同的随机码序列 u(t)~u(t)通过平移码元数，相应的码元相互对齐。 习题九参考答案: C/A 码（测距码）特点： 1C/A 码长为 1023bit(比特)，周期=1ms，易于捕获， 2 码宽：t 0=1/f=0.97752?s(码元持续时间 ) 3 距离：L=293.1m(码元持续时间 与 c 乘积 ) 4 度：29.3-2.93m 通过捕获 C/A 码卫星提供的导航电文，容易捕获 P 码 5 功能:①粗测距②快速搜捕卫星导航电文③用于分址不同信号
④通过捕获C/A码卫星提债的导航电文，辅获P码 ⑤-Cal1:捕获码 @明码 P码Precise Code) 特点： 1P码长为619？1012劲1t(比特)，周期=7天，不易辅获. 2码宽：10=1/-0.037752？s(码元特续时间） 3距离：1-29.3m(码元持续时间与c乘积) 4精度：2.930,293a 5即码设计周期1=267天.分成38部分，每颗卫星使用不洞信号都分(32一卫星.5-一监 控站，1一备用) 功能： ①精密测距 ②P码用于分址 同军用密码 ④导航电文：卫星星历、电离层模型，状老，时间信息、星钟偏差、漂移信息 习题十参考答案 码相关技术测定 GS卫星钟码比较接收机码 R(:)=1延时 3伪距观测方程 设：ta—一一解间卫星钟读数 一瞬何无钟差标准时 6一信号到达接收机的标准时 —一信号到达接收机读到含钟差时间 若：卫星钟改正数Vta 接牧机改正数Tb 法-1a+Yta b-Th+VTb +考虑！10n—一电离层延迟改正
④通过捕获 C/A 码卫星提供的导航电文，捕获 P 码 ⑤=Call:捕获码 ⑥明码 P 码(Precise Code) 特点： 1P 码长为 6.19?1012bit(比特)，周期=7 天，不易捕获， 2 码宽：t 0=1/f=0.097752?s(码元持续时间 ) 3 距离：L=29.3m(码元持续时间 与 c 乘积 ) 4 精度：2.93-0.293m 5P 码设计周期 T=267 天,分成 38 部分，每颗卫星使用不同信号部分(32---卫星,5---监 控站,1---备用) 功能: ①精密测距 ②P 码用于分址 ③军用密码 ④导航电文：卫星星历、电离层模型、状态、时间信息、星钟偏差、漂移信息 习题十参考答案: 码相关技术测定 GPS 卫星钟码比较接收机码 R(t)=1 延时 t 3.伪距观测方程 设：ta----- 瞬间卫星钟读数 a---- 瞬间无钟差标准时 b----信号到达接收机的标准时 Tb----信号到达接收机读到含钟差时间 若：卫星钟改正数 Vta 接收机改正数 VTb a=ta+Vta b=Tb+VTb +考虑： ion----电离层延迟改正
trop—一对流层延迟改正 G5伪距观测方程 伪距定位原理 授：5i—(X8Y5Z8) P一pypzp) 《分析) (1》S1一(xsy2s)导航电文： 2— 找波定位实颜：用L山或12找波依相位测量原理，测定空间几何离距。 载波测距原理： 设：1时刻一 S—一信号在卫星处相位 段一信号在接收机处相位 =(S-别 《分析)：S无法量测 (解决方案)： 设计接收机振高器，产生基准信号L1或12 基准信号()与山暖2同初相角(0) 设：b时刻R产生基准信号(b) b时刻R接收我波信号(a (s-s)=(b)-(a) 则：可实鞋相位测量 (相关技术) 习盟十一参考答案： 导航电文内容，卫星屋历、卫星工作状态、G四时间信息，卫星钟偏差，电离层核型 大气改正、潭移信息=轨道摄动改正，C/A码捕获P马信息数据。 数据龄期：（加0C)是卫星时钟改正数的外推时间间隔，它指明卫星时钟政正数的置信 度。 层测码：(TL)显测码位于各子领的开头，它用来表明卫星注入数据的状态。 时延差政正：(Tgd)就是载波11、2的电离层时延差
trop----对流层延迟改正 GPS 伪距观测方程 伪距定位原理 设：Si----(xsyszs) Pj----(xpypzp) (1)Si----(xsyszs)导航电文； (2) ---- 载波定位实质：用 L1 或 L2 载波依相位测量原理,测定空间几何离距。 载波测距原理： 设：t 时刻--- S-----信号在卫星处相位 R-----信号在接收机处相位 = ( S- R) ： S 无法量测 ： 设计接收机振荡器，产生基准信号=L1 或 L2 基准信号 ( )与 L1 或 L2 同初相角 (0) 设： b 时刻 R 产生基准信号 ( b) b 时刻 R 接收载波信号 ( a) ( S- S)= ( b)- ( a) 则：可实施相位测量 (相关技术) 习题十一参考答案: 导航电文内容：卫星星历、卫星工作状态、GPS 时间信息、卫星钟偏差、电离层模型= 大气改正、漂移信息=轨道摄动改正、C/A 码捕获 P 码信息数据。 数据龄期：（AODC）是卫星时钟改正数的外推时间间隔，它指明卫星时钟改正数的置信 度。 遥测码：（TLW）遥测码位于各子帧的开头，它用来表明卫星注入数据的状态。 时延差改正：（Tgd）就是载波 L1、L2 的电离层时延差
传输参数 数据块1：卫星工作状态、卫星钟改正参数、时何延迟改正： 数据块2：卫屋星历运行轨道参数) 数据块3：卫星历书GS系饶预报星历，时钟改正、卫星工作状态) 习题十二参考答案 硬件： 1GPS接收机 2GPS天线 3GPS控制图 4计算机 5(无线电台) 6终端 硬件作用： 天线单元主要功能：将G飞卫星信号非常微钢的电磁被转化为电流，并对这种信号电流 进行放大和变频处理。 天线单元主要功能：是对经过放大和变频处理的信号电源遗行跟踪、处理和测量。 软件： 1数据深集软件 2基找处理软件（随机处理软件） 3网平差款件（后处理款件） 4设备参数设置与断诊软件 软件作用： 简言之，就是用米处理信息数据。如！网平差计算，基线处理等数的计算。 习题十三参考答案： 1.GP5接收机原理与结构 NovAtel JAVAD 2GS接收机分类 (1)用途分类： 导航型
传输参数： 数据块 1：卫星工作状态、卫星钟改正参数、时间延迟改正； 数据块 2：卫星星历(运行轨道参数) 数据块 3：卫星历书(GPS 系统预报星历、时钟改正、卫星工作状态) 习题十二参考答案: 硬件: 1 GPS 接收机 2 GPS 天线 3 GPS 控制器 4 计算机 5 (无线电台) 6 终端 硬件作用： 天线单元主要功能：将 GPS 卫星信号非常微弱的电磁波转化为电流，并对这种信号电流 进行放大和变频处理。 天线单元主要功能：是对经过放大和变频处理的信号电源进行跟踪、处理和测量。 软件: 1 数据采集软件 2 基线处理软件（随机处理软件） 3 网平差软件（后处理软件） 4 设备参数设置与断诊软件 软件作用： 简言之，就是用来处理信息数据。如：网平差计算、基线处理等数据的计算。 习题十三参考答案: 1.GPS 接收机原理与结构 NovAtel JAVAD 2.GPS 接收机分类 (1)用途分类： 导航型
测量型 授时型 2)接收信号分类 码相位接收机C/A,P=测距码接收机 找被相位接收机 单频接收机L山 双频接收机LIL2 信标核收机AS5 3)卫星系饶分类： 单星系统 GS接收机 C国ONASS接收机 双星系统GP5+GL0NASS接收机 多星系统P5+C,0NA5S+EGN0S接收机 (4)作业核式分类： 静态接收机 动态接收机 5)结构分类： 分布式接牧机（接收机\天线控制图\电台\电源》 (接收机+天线控制器1电台1电源…) (接收机+控制图\天线\电台1电源…) 整体式核收机 (接收机，天线一体化) (接收机、天线、控制器、电源一体化》 (接收机、天线、控制器、电台、电源一体化) 手持式接收机 6原理分类 1》马相关技术接收机一第一代L1载波) I1DW101/2 2亮全平方技术无码接收机一L2半波)
测量型 授时型 (2)接收信号分类： 码相位接收机 C/A、P=测距码接收机 载波相位接收机 单频接收机 L1 双频接收机 L1\L2 信标接收机 WASS (3)卫星系统分类： 单星系统 GPS 接收机 GLONASS 接收机 双星系统 GPS+GLONASS 接收机 多星系统 PS+GLONASS+EGNOS…接收机 (4)作业模式分类： 静态接收机 动态接收机 (5)结构分类： 分布式接收机（接收机\天线\控制器\电台\电源…） （接收机+天线\控制器\电台\电源…） （接收机+控制器\天线\电台\电源…） 整体式接收机 （接收机、天线一体化） （接收机、天线、控制器、电源…一体化） （接收机、天线、控制器、电台、电源…一体化） 手持式接收机 (6)原理分类： 1)码相关技术接收机----第一代(L1 载波) WILDWM101/2 2)完全平方技术无码接收机----(L2 半波)
3引混合型接收机-—一第二代L1载波、L2半波) Trimble40005ST 4)C/A+P码接收机—一自1、12载被+L2半被) VILDGPS-Systen200 AshtechM12 5动双P码核收机一L1+P、12+P载波) AshtechP-12 6励相关技术接收机-一y1=礼1、2=L2) 7)窄距相关技术接收机一(y1-L1,y2-12) 第三代C/Pm NovtAelOutrider 8》Z跟踪技术接收机一（作一）P+) LeicaSR39的 AshtechZ-12 9》多星技术接收机一(GP5+CN55+EGN5) DSNPGNSS 1O)共同跟踪技术接收机一一一第四代(CS+GL0N45S+IR5AT+M5） JAVAD II》开放接收机一0 penGPS SPECTRAGeotracer+Geodimeter LeicaGP5O0L.CPS接收机星理与结构 NovAtel JAVAD 2GP5接牧机分类 (1)用途分类 导航型 测量型 授时型 2接收信号分类： 码相位核收机C/A、P-测距码接收机
3)混合型接收机----第二代(L1 载波、L2 半波) Trimble4000SST 4)C/A+P 码接收机----(L1、L2 载波+ L2 半波) WILDGPS-System200 AshtechM12 5)双 P 码接收机----(L1+P、L2+P 载波) AshtechP-12 6)相关技术接收机----(Ry1==>L1、Ry2==>L2) 7)窄距相关技术接收机----(Ry1==>L1、Ry2==>L2) 第三代 C/AP(Y) NovtAelOutrider 8)Z 跟踪技术接收机----(Y==> P+W) LeicaSR399 AshtechZ-12 9)多星技术接收机----(GPS+GLONASS+EGNOS…) DSNPGNSS 10)共同跟踪技术接收机----第四代(GPS+GLONASS+INMARSAT+WAAS…) JAVAD 11)开放接收机----OpenGPS SPECTRAGeotracer+Geodimeter LeicaGPS5001.GPS 接收机原理与结构 NovAtel JAVAD 2.GPS 接收机分类 (1)用途分类： 导航型 测量型 授时型 (2)接收信号分类： 码相位接收机 C/A、P=测距码接收机