GPS测量与数据处理PDF电子书下载

第一篇 GPS定位原理、方法与数学模型 3

第1章 绪论 3

1.1 全球定位系统的产生与发展 3

1.1.1 子午卫星系统及其局限性 3

1.1.2 全球定位系统的产生和发展 6

1.2 美国政府的GPS政策 7

1.2.1 早期的GPS政策 7

1.2.2 GPS政策的变化 8

1.3 其他卫星导航定位系统概况 9

1.3.1 全球导航卫星系统（GNSS） 9

1.3.2 区域性卫星导航定位系统 13

第2章 GPS测量中所涉及的时间系统和坐标系统 17

2.1 有关时间系统的一些基本概念 17

2.2 恒星时与太阳时 20

2.3 原子时、协调世界时与GPS时 22

2.4 建立在相对论框架下的时间系统 25

2.5 GPS中涉及的一些长时间计时方法 27

2.6 天球坐标系 30

2.6.1 岁差 31

2.6.2 章动 34

2.6.3 天球坐标系 35

2.7 地球坐标系 36

2.7.1 极移 36

2.7.2 瞬时（真）地球坐标系 37

2.7.3 协议地球坐标系 37

2.8 ITRS与GCRS之间的坐标转换 40

第3章 全球定位系统的组成及信号结构 42

3.1 全球定位系统的组成 42

3.1.1 空间部分 42

3.1.2 地面监控部分 45

3.1.3 用户部分 47

3.2 载波与测距码 49

3.2.1 载波 50

3.2.2 测距码 50

3.3 导航电文 58

3.3.1 导航电文的总体结构 58

3.3.2 第1子帧（第一数据块） 59

3.3.3 第2、3子帧（第二数据块） 66

3.3.4 第4、5子帧（第三数据块） 69

3.4 卫星信号调制 73

3.5 GPS卫星位置的计算 75

3.5.1 用广播星历计算卫星位置 75

3.5.2 用精密星历计算卫星位置 78

第4章 GPS定位中的误差源 79

4.1 概述 79

4.1.1 误差分类 79

4.1.2 消除或削弱上述误差影响的方法和措施 81

4.2 相对论效应 82

4.2.1 近似公式 82

4.2.2 严格公式 84

4.2.3 需要说明的几个问题 84

4.3 钟误差 85

4.3.1 卫星钟误差 85

4.3.2 由于信号在卫星内的群延差而引起的卫星钟改正 86

4.3.3 接收机钟误差 89

4.3.4 在GPS测量中处理钟差的几种方法 89

4.4 卫星星历误差 90

4.4.1 GPS卫星的广播星历和精密星历 91

4.4.2 国际GNSS服务 92

4.4.3 IGS的产品及其精度 94

4.4.4 星历误差对定位的影响 96

4.4.5 消除和削弱星历误差影响的方法和措施 98

4.5 电离层延迟 99

4.5.1 电离层的概况 99

4.5.2 电离层模型和经验改正公式 104

4.5.3 双频改正模型 106

4.5.4 利用GNSS双频观测资料建立VTEC模型 111

4.5.5 利用三频观测值进行电离层延迟改正 114

4.6 对流层延迟 116

4.6.1 基本原理 116

4.6.2 普通GPS测量中常用的几种对流层延迟模型 117

4.6.3 高精度GPS测量时所用的对流层延迟改正方法 122

4.6.4 投影函数 122

4.7 多路径误差 125

4.8 其他误差改正 129

4.8.1 地球自转改正 129

4.8.2 天线相位缠绕 130

4.8.3 天线相位中心的误差 131

第5章 距离测量与定位方法 136

5.1 利用测距码测定卫地距 136

5.2 载波相位测量 141

5.2.1 概论 141

5.2.2 载波相位测量原理 143

5.2.3 载波相位测量的实际观测值 144

5.2.4 载波相位测量的观测方程 145

5.3 单差、双差、三差观测值 146

5.4 其他一些常用的线性组合观测值 151

5.4.1 同类型不同频率观测值的线性组合 151

5.4.2 不同类型观测值的线性组合 152

5.5 周跳的探测及修复 154

5.5.1 产生整周跳变的原因 154

5.5.2 周跳的探测及修复 155

5.6 整周模糊度的确定 161

5.6.1 模糊度问题的重要性及解决方法 161

5.6.2 用伪距观测值来确定整周模糊度 162

5.6.3 依据较为精确的先验站坐标及卫星星历来确定整周模糊度 164

5.6.4 将模糊度作为待定参数通过平差计算来进行估计 167

5.6.5 其他方法 184

5.7 单点定位 186

5.7.1 坐标系 187

5.7.2 标准单点定位 187

5.7.3 精密单点定位 190

5.7.4 广域实时精密定位技术 194

5.8 相对定位 195

5.8.1 GPS定位中的几个基本术语 195

5.8.2 静态相对定位 196

5.8.3 动态相对定位 199

5.8.4 RTK 200

5.9 网络RTK及连续运行参考系统CORS 201

5.9.1 网络RTK 201

5.9.2 连续运行参考系统 203

5.10 差分GPS 205

5.10.1 概况 205

5.10.2 差分GPS原理 206

5.10.3 差分GPS的分类 208

5.10.4 差分GPS的新进展 212

第6章 全球定位系统的应用 214

6.1 GPS在测量领域中的应用 214

6.1.1 GPS在大地测量与地球动力学中的应用 214

6.1.2 GPS在工程测量中的应用 215

6.1.3 GPS在航测和遥感中的应用 216

6.1.4 GPS在地籍测量及地形测量中的应用 217

6.2 GPS在军事中的应用 217

6.3 GPS在交通运输业中的应用 218

6.4 GPS在大气科学中的应用 219

6.5 GPS在其他领域中的应用 221

第二篇 GPS测量与数据处理 225

第7章 GPS网及其建立 225

7.1 GPS网 225

7.1.1 GPS静态测量的特点 225

7.1.2 GPS网 226

7.2 GPS网的建立过程 227

7.2.1 设计准备 228

7.2.2 测量实施 228

7.2.3 数据处理 229

7.3 GPS测量中的几个基本概念 230

7.3.1 观测时段 230

7.3.2 同步观测 230

7.3.3 基线向量 230

7.3.4 复测基线及其长度较差 230

7.3.5 闭合环及环闭合差 230

7.3.6 同步观测环和同步环检验 231

7.3.7 独立基线向量 231

7.3.8 独立观测环和独立环检验 233

7.4 GPS网的质量及质量控制 233

7.4.1 GPS网的质量 233

7.4.2 GPS网的质量控制 233

7.4.3 GPS网质量的影响因素 233

第8章 GPS测量的技术设计 235

8.1 概述 235

8.1.1 技术设计及其作用 235

8.1.2 技术设计的依据 235

8.2 GPS网的精度和密度设计 236

8.2.1 GPS测量的等级及其用途 236

8.2.2 GPS测量的精度及密度指标 237

8.2.3 GPS网的精度和密度设计 238

8.3 GPS网的基准设计 238

8.3.1 GPS网的基准设计 238

8.3.2 起算数据的选取与分布 239

8.4 GPS网的布网形式 240

8.4.1 跟踪站式 240

8.4.2 会战式 240

8.4.3 多基准站式 241

8.4.4 同步图形扩展式 242

8.4.5 单基准站式 242

8.5 GPS网的图形设计 243

8.5.1 GPS网图形与质量的关系 243

8.5.2 提高GPS网质量的图形设计方法 244

8.6 GPS网的设计指标 245

8.6.1 GPS网的特征值 245

8.6.2 效率指标 246

8.6.3 可靠性指标 247

8.6.4 精度指标 247

8.7 技术设计书的编写 247

第9章 GPS测量的外业 249

9.1 选点与埋石 249

9.1.1 选点准备 249

9.1.2 选点 249

9.1.3 埋石 250

9.2 接收机的维护和保养 252

9.3 接收机的检验 253

9.3.1 一般性检视 253

9.3.2 通电检验 253

9.3.3 附件检验 253

9.3.4 试测检验 254

9.3.5 接收机的检验要求 256

9.3.6 野外检定场 256

9.4 观测方案设计 256

9.4.1 基本技术要求 256

9.4.2 观测方案内容 257

9.5 作业调度 259

9.5.1 作业调度的内容 259

9.5.2 同步图形的连接方式 260

9.5.3 迁站方案 262

9.6 观测作业 264

9.6.1 准备工作 264

9.6.2 观测作业 264

9.6.3 记录 265

9.6.4 外业观测成果的质量检核 267

9.6.5 补测和重测 267

9.7 成果验收和上交资料 268

9.7.1 成果验收 268

9.7.2 上交资料 268

9.8 外业进度估算及项目成本预算 269

9.8.1 外业进度估算 269

9.8.2 项目成本预算 269

第10章 GPS测量中的数据格式 270

10.1 RINEX格式 270

10.1.1 概述 270

10.1.2 文件类型及命名规则 270

10.1.3 文件结构及特点 272

10.1.4 RINEX 2.1 0格式说明 272

10.1.5 RINEX格式文件实例 286

10.2 SP3精密星历数据格式 292

10.2.1 概述 292

10.2.2 SP3格式文件实例 293

10.2.3 SP3格式定义及说明 293

第11章 GPS基线解算 306

11.1 概述 306

11.2 基线的解算模式 307

11.2.1 基线向量解 307

11.2.2 单基线解模式 309

11.2.3 多基线解模式 310

11.2.4 整体解／战役模式 311

11.3 基线解算的过程及结果 312

11.3.1 GPS基线解算的过程 312

11.3.2 基线解的输出结果 313

11.4 基线解算的质量控制 313

11.4.1 质量的控制指标 313

11.4.2 质量的参考指标 316

11.4.3 基线的精化处理 317

第12章 GPS网平差 321

12.1 网平差的类型及作用 321

12.1.1 网平差的目的 321

12.1.2 网平差的类型 321

12.2 网平差的流程 323

12.2.1 网平差的整体流程 323

12.2.2 无约束平差的流程 324

12.2.3 约束平差的流程 325

12.2.4 联合平差的流程 325

12.3 网平差原理及质量控制 327

12.3.1 基本数学模型 327

12.3.2 三维无约束平差 336

12.3.3 三维约束平差 339

12.3.4 三维联合平差 343

12.4 采用GPS技术建立独立坐标系 345

12.4.1 独立坐标系 345

12.4.2 建立独立坐标系基本方法 346

12.4.3 投影面的转换 346

12.4.4 坐标的相似变换 349

12.5 GPS高程测量 349

12.5.1 高程系统及其相互关系 349

12.5.2 GPS水准 353

附录1 调制在L2C码上的导航电文CNAV 359

附录2 北斗卫星导航系统 382

附2.1 系统简介 382

附2.1.1 北斗系统的发展历程 382

附2.1.2 北斗系统采用的坐标系统及时间系统 385

附2.2 北斗卫星导航系统的组成 387

附2.2.1 空间部分 387

附2.2.2 地面控制系统 393

附2.2.3 用户终端 394

附2.3 BDS所用的载波与测距码 394

附2.3.1 载波 394

附2.3.2 测距码 396

附2.3.3 信号调制 399

附2.4 导航电文 400

附2.4.1 D1导航电文 400

附2.4.2 D2导航电文 410

附2.5 利用导航电文提供的信息进行相关计算 427

附2.5.1 电离层延迟改正 427

附2.5.2 计算卫星钟差 432

附2.5.3 计算卫星位置 432

附录3 引用的缩写词 437

参考文献 439