中国科学院测量与地球物理研究所《GPS测量原理》考试大纲

本《 GPS 测量原理》考试大纲适用于中国科学院研究生院大地测量学与测量工程等专业的研究生入学考试。 GPS 已成为现代卫星大地测量和空间大地测量最主要的技术手段之一。《 GPS 测量原理》是测绘及其它相关学科专业的基础课程。它的主要内容包括卫星系统、参考框架、定位原理、误差影响、数据处理、 技术应用等内容。要求考生对基本概念有较深入的了解，熟悉 GPS 卫星系统组成、功能和特点，掌握 GPS 卫星运动的基础知识，能够系统地掌握 GPS 定位理论与方法，熟悉时间和坐标系统，了解 GPS 测量中的各种误差源以及相关的分析与处理方法，并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。

一、 考试内容

（一） GPS 系统概况、特点及应用
1.1 GPS 的基本含义及概念
1.2 GPS 的组成部分
1.3 GPS 的发展历程
1.4 GPS 观测量及其类型
1.5 GPS 导航定位技术应用

（二） GPS 时间系统与坐标参考系
2.1 时间系统及基本概念
2.2 GPS 时间系统
2.3 坐标系统的类型
2.4 协议天球坐标系
2.5 协议地球坐标系
2.6 地球坐标系的其它表达类型
2.7 大地测量基准及其转换

（三） GPS 卫星运动的基础知识
3.1 GPS 卫星的基本运动特性
3.2 GPS 卫星的无摄运动
3.3 GPS 卫星星历的概念
3.4 GPS 卫星的坐标计算
3.5 GPS 卫星受摄运动的主要摄动力源

（四） GPS 卫星信号及传播特点
4.1 GPS 的频率特性
4.2 GPS 卫星信号类型
4.3 GPS 卫星导航电文
4.4 大气层（包括电离层和中性大气）的基本结构和特性
4.5 大气层对 GPS 信号的影响及其改正

（五） GPS 测量误差及处理方法
5.1 GPS 观测方程及线性化
5.2 观测量的误差来源
5.3 电离层及中性大气对 GPS 信号的影响及其改正
5.4 多路径效应对 GPS 信号的影响特性
5.5 其他 GPS 测量误差及处理方法

（六） GPS 定位理论与方法
6.1 绝对（相对）定位方法概述
6.2 动态绝对（相对）定位原理
6.3 静态绝对（相对）定位原理
6.4 卫星几何分布与绝对定位精度
6.5 GPS 测速与授时的基本原理
6.6 实时动态 (RTK) 测量理论与方法
6.4 模糊度特性及主要确定方法
6.5 周跳检测与修复的基本方法

（七） GPS 网平差理论与方法
7.1 GPS 网优化设计的基本概念
7.2 坐标转换模型
7.3 GPS 网整体平差基本原理

二、考试要求（考核的重点在（一）、（四）、（五）及（六）等几项内容）

（一） GPS 系统概况、特点及应用
1. 熟悉 GPS 的中英文的含义，卫星导航定位系统的概念和类型，掌握 GPS 导航定位的特点。
2. 理解 GPS 相对其他导航系统和经典测量技术的特点。
3. 掌握 GPS 系统的组成，了解 GPS 卫星功能，理解 GPS 地面监测部分的组成及监测站、主控站、注入站的功能，掌握 GPS 卫星星座的构成及基本参数，掌握 GPS 卫星运动轨道基本参数。
4. 了解 GPS 技术发展历程，了解美国政府采取的 SA 政策和 AS 技术的基本含义。
5. 掌握 GPS 的载波频率数目、数值和类型 , 掌握 GPS 的码和相位两种观测类型及各类码、相位观测的精度、可靠性。
6. 了解 GPS 定位技术在平面控制测量、高程测量、地球动力学、海洋测绘、精密工程、变形监测和导航等方面的应用特点、现状与前景。

（二） GPS 时间系统与坐标参考系
1. 了解有关时间的基本概念，掌握 GPS 定位中的主要时间系统类型，理解
世界时间系统，包括恒星时、平太阳时和世界时的概念及相关的表达式，理解原子时和协调世界时的概念及相关的表达式，理解力学时的分类、概念及相关的表达式， GPS 时间系统的概念和作用及相关的表达式，各种时间系统之间的关系，了解各种时间系统在 GPS 应用研究和定位中的作用。
2. 了解 GPS 定位中常用的坐标系统； 理解（协议）天球坐标系的定义、建立及相关的点、线、面和圈包括天轴、天极、天球赤道面、天球赤道、天球子午面、子午圈、时圈、黄道、黄极、春分点、岁差与章动等基本概念。
3. 理解（协议）地球天球坐标系的定义、建立及相关的点、线、面和圈包括地球赤道、地球椭球、地球自转轴、地极、椭球子午面、椭球法线、椭球赤道面、国际协议原点、大地子午面及大地经纬度和大地高等概念，理解地极移动概念，掌握协议天球与地球坐标系的转换关系。
4. 掌握 GPS 应用中常用的地球坐标表示式，理解地球参心坐标系、天文坐标系、站心坐标系、高斯平面直角坐标系的概念。
5. 了解 GPS 应用的卫星大地测量基准的概念及其与经典大地测量的区别和联系，了解局部坐标系与全球坐标系的差异及相互转换关系，掌握大地测量基准转换的基本条件和方法。
（三） GPS 卫星运动的基础知识
1. 熟悉 GPS 卫星运动的基本参数，理解影响 GPS 卫星轨道运行状态的因
素，了解卫星轨道参数在 GPS 定位中的作用。
2. 了解卫星运动的两体问题和卫星运动的开普勒定理，理解 GPS 卫星无摄轨道特性及描述参数包括轨道椭圆的长半轴、偏心率、升交点赤经、赤道面倾角、近地点角距、真近点角的概念和相关表达式。
3. 掌握 GPS 卫星所受的主要摄动力类型，了解它们对 GPS 卫星运动轨道的影响量级以及对精密定轨的影响特点。

（四） GPS 卫星信号及传播特点
1. 熟悉 GPS 码和载波相位两类卫星信号的具体内容，了解产生码和载波相位信号的一般原理，掌握码和载波相位的特点。
2. 了解 GPS 导航电文的含义、格式和内容。
3. 了解电离层与对流层的性质和垂直结构，理解电离层自由电子密度的垂直分布规律及与太阳活动、昼夜变化的关系。
4. 了解电离层对 GPS 信号的折射影响特点，熟悉电离层电子总含量与 GPS 频率、信号类型、观测高度角、距离（或时间）延迟的关系和相关的数学表达式，了解单、双频 GPS 信号的电离层延迟修正模型和方法。
5. 了解对流层对 GPS 信号的折射影响特点，能够解释对流层折射的干分量与湿分量与大气压力、温度、湿度、观测高度角、距离（或时间）延迟的关系。

（五） GPS 测量误差及处理方法
1. 熟悉测码和测相伪距观测方程的基本表达式，掌握码和相位观测方程的线性化方法。
2. 理解 GPS 主要误差源的分类方法，熟悉各类误差源的具体内容，掌握各类误差的系统性、偶然性及影响特点。
3. 了解卫星钟差和轨道误差对 GPS 定位的影响特点。
4. 了解多路径效应对 GPS 定位的影响特点。
（六） GPS 定位理论与方法
1. 了解绝对（相对）定位的概念、特点、类型和一般方法。
2. 掌握 GPS 测码与测相伪距动态绝对（相对）定位的基本原理、观测方程、实施条件及应用特点，了解误差的处理方法。
3. 掌握 GPS 测码与测相伪距静态绝对（相对）定位的基本原理、观测方程、实施条件及应用特点，了解误差的处理方法。
4. 掌握理解绝对定位精度的评价标准 , 了解平面、高程、空间位置、接收机钟差因子、几何精度因子的概念，了解卫星几何分布对精度因子的影响。
5. 了解实时动态 (RTK) 测量理论与方法。
6. 熟悉 GPS 静态相对定位的单差法和双差法及相应的优点和相关的表达式，了解三差法。
7. 了解相对定位中整周模糊度的概念和主要确定方法，理解模糊度参数的浮点解和固定解的概念，了解周跳的概念、发生原因、修复方法。

（七） GPS 网平差理论与方法
1. 理解 GPS 基线解算与网平差的概念，能够正确区分它们的不同之处。
2. 熟悉 GPS 观测网的优化设计内容、准则和精度评定方法。
3. 理解参心坐标系和国家坐标系的概念和建立方法，掌握转换参数的计算方法。

三、 主要参考书目
1 刘基余 . GPS 卫星导航定位原理与方法 . 北京：科学出版社， 1993
2 周忠谟，易杰军，周琪 . GPS 卫星测量原理与应用 . 北京：测绘出版社， 1999
3 刘大杰，施一民，过静君 . 全球定位系统 (GPS) 的原理与数据处理 . 上海：同济大学出版社， 1996