GPS卫星测量原理与应用 修订版PDF电子书下载

第一章　导引 1

§1.1　GPS定位技术的兴起及其特点 1

1.1.1　GPS的发展由来 1

1.1.2　GPS的特点 2

§1.2　GPS的组成概况 4

1.2.1 空间星座部分 5

1.2.2　地面监控部分 7

1.2.3　用户设备部分 9

§1.3　美国政府对GPS用户的限制性政策与用户的措施 10

1.3.1 当前美国对GPS用户的主要限制性政策 10

1.3.2 非特许GPS用户对美国限制性政策的措施 11

2.2.1 天球的基本概念 14

§2.2　协议天球坐标系 14

§2.1 坐标系统的类型 14

第二章　GPS定位的坐标系统与时间系统 14

2.2.2　天球坐标系 15

2.2.3　岁差与章动的影响 16

2.2.4 协议天球坐标系的定义和转换 17

§2.3　协议地球坐标系 19

2.3.1　地球坐标系 19

2.3.2　地极移动与协议地球坐标系 21

2.3.3 协议地球坐标系与协议天球坐标系的转换 24

§2.4　地球坐标系的其它表达形式 25

2.4.1　地球参心坐标系 25

2.4.2 天文坐标系 27

2.4.3　站心坐标系 28

2.4.4 高斯平面直角坐标系 30

2.5.1 经典大地测量基准 32

§2.5　大地测量基准及其转换 32

2.5.2 卫星大地测量基准 34

§2.6　时间系统 35

2.6.1 有关时间的基本概念 35

2.6.2　世界时系统 36

2.6.3 原子时 38

2.6.4 力学时 39

2.6.5　协调世界时 40

2.6.6　GPS时间系统 40

第三章　卫星运动的基础知识及GPS卫星的坐标计算 42

§3.1　概述 42

3.1.1 卫星轨道在GPS定位中的意义 42

3.1.2　影响卫星轨道的因素及其研究方法 42

§3.2　卫星的无摄运动 43

3.2.1 卫星运动的开普勒定律 44

3.2.2 无摄卫星轨道的描述 46

3.2.3 真近点角fs的计算 47

3.2.4　卫星的瞬时位置 49

3.2.5 卫星的运行速度 52

§3.3　卫星的受摄运动 56

3.3.1 卫星运动的摄动力 56

3.3.2　地球引力场摄动力的影响 58

3.3.3 日月引力的影响 60

3.3.4 太阳光压的影响 60

§3.4　GPS卫星的星历 61

3.4.1 预报星历 61

3.4.2　后处理星历 62

§3.5　GPS卫星的坐标计算 63

3.5.1 升交点经度的计算 63

3.5.2　在协议地球坐标系中GPS卫星位置的计算 64

第四章　电磁波的传播与GPS卫星的信号 67

§4.1　电磁波传播的基本概念 67

4.1.1 电磁波及其参数 67

4.1.2 电磁波的传播速度与大气折射 68

§4.2　大气层对电磁波传播的影响 70

4.2.1 大气的结构及性质 70

4.2.2 对流层的影响和改正 71

4.2.3 电离层的影响和改正 74

§4.3　GPS卫星的测距码信号 79

4.3.1 关于GPS卫星信号 79

4.3.2　码与码的产生 80

4.3.3　GPS的测距码 83

4.4.2　导航电文的内容 85

4.4.1 导航电文及其格式 85

§4.4　GPS卫星的导航电文（数据码） 85

§4.5　GPS卫星信号的构成 87

4.5.1 卫星的载波信号与调制 87

4.5.2 卫星信号的解调 89

第五章　GPS定位的观测量、观测方程及误差分析 90

§5.1　GPS定位的方法与观测量 90

5.1.1 定位方法的分类 90

5.1.2　观测量的基本概念 90

§5.2　测码伪距观测方程 92

§5.3　测相伪距观测方程 93

5.3.1 卫星载波信号的相位与传播时间 93

5.3.2　测相伪距观测方程 95

§5.4　观测方程的线性化 97

5.4.1 测码伪距观测方程的线性化 97

5.4.2 测相伪距观测方程的线性化 98

§5.5　观测量的误差来源及其影响 99

5.5.1 误差的分类 99

5.5.2 与卫星有关的误差 100

5.5.3 卫星信号的传播误差 102

5.5.4　与接收设备有关的误差 105

5.5.5　其它误差来源 106

第六章　GPS绝对定位原理 109

§6.1　绝对定位方法概述 109

§6.2　动态绝对定位原理 110

6.2.1 测码伪距动态绝对定位法 110

6.2.2　测相伪距动态绝对定位法 112

§6.3　静态绝对定位原理 114

6.3.1 测码伪距静态绝对定位法 114

6.3.2　测相伪距静态绝对定位法 115

§6.4　观测卫星的几何分布及其对绝对定位精度的影响 117

6.4.1 绝对定位精度的评价 117

6.4.2 卫星分布的几何图形对精度因子的影响 119

§6.5　GPS接收机载体航速的测定 121

§6.6　GPS测时 123

第七章　GPS相对定位原理 125

§7.1　相对定位方法概述 125

7.1.1 静态相对定位法 126

7.1.2　动态相对定位法 128

§7.2　静态相对定位的观测方程 129

7.2.1 基本观测量及其线性组合 129

7.2.2　单差（SD）观测方程 131

7.2.3　双差（DD）观测方程 132

7.2.4 三差（TD）观测方程 134

7.2.5 准动态相对定位的观测方程 135

§7.3　动态相对定位的观测方程 136

7.3.1 关于测码伪距动态相对定位法 136

7.3.2　关于测相伪距动态相对定位法 138

§7.4　静态相对定位的单基线平差模型 139

7.4.1 观测方程的线性化及平差模型 139

7.4.2　观测量线性组合的相关性 145

7.4.3　起始点（或参考点）坐标的偏差对基线测量的影响 148

§7.5　整周未知数的确定方法 150

7.5.1 整周未知数及其确定方法概述 150

7.5.2　确定整周未知数的经典静态相对定位法 151

7.5.3　确定整周未知数的交换接收天线法 152

7.5.4　确定整周未知数的P码双频技术 154

7.5.5　确定整周未知数的马吉尔配适滤波法 159

7.5.6　确定整周未知数的搜索法 160

7.5.7　确定整周未知数的动态法 162

§7.6　周跳分析的基本思路 164

第八章　GPS相对定位的轨道改进法与GPS测量控制网的整体平差原理 166

§8.1　GPS相对定位的轨道改进法 166

8.1.1 轨道改进法的微分关系式 166

8.1.2　轨道改进法的观测方程 170

§8.2　GPS卫星网的整体平差原理 173

8.2.1 整体平差方法概述 173

8.2.2　基线向量网的平差模型 175

8.2.3　平差结果的精度评定 178

第九章　GPS卫星网与经典地面测量控制网的联合平差 180

§9.1　GPS卫星网与经典地面测量控制网联合平差的意义 180

§9.2　GPS网与地面网的三维联合平差 181

9.2.1 在三维坐标系统中两网的转换模型 181

9.2.2 网的方差与协方差模型及网的基准 183

9.2.3　三维联合平差模型 187

§9.3　GPS网与地面网的两维联合平差 190

9.3.1 在两维坐标系统中两网的转换模型 190

9.3.2 两维联合平差模型 194

第十章　GPS测量的实施 198

§10.1　概述 198

§10.2　GPS网的优化设计 198

10.2.1 精度标准的确定 199

10.2.2 网的图形设计 200

10.2.3 网的基准设计 203

§10.3　选点与建立标志 204

10.3.1　选点工作 204

10.3.2　建立点位标志 204

10.4.1　观测计划的拟定 205

§10.4　GPS测量的观测工作 205

10.4.2　GPS测量仪器设备的配置 207

10.4.3　观测工作 208

§10.5　GPS接收设备的检验 209

10.5.1　检验的主要内容 209

10.5.2　GPS接收机的检验内容与方法 210

§10.6　GPS测量的作业模式 212

10.6.1 经典静态相对定位模式 212

10.6.2　快速静态相对定位模式 213

10.6.3 准动态相对定位模式 213

10.6.4　动态相对定位模式 214

§10.7　实时动态测量系统及其应用 215

10.7.1　GPS实时动态定位方法概述 215

10.7.2 实时动态（RTK）测量系统的设备配置 215

10.7.3　实时动态（RTK）测量的作业模式与应用 217

§10.8　观测成果的外业检核 218

§10.9　观测数据的测后处理过程 220

10.9.1　观测数据的预处理 220

10.9.2　平差计算 220

10.9.3　技术总结与上交资料 221

§10.10　GPS测量偏心观测的归算 222

10.10.1 归心元素及其测定 222

10.10.2 归心改正数的计算 223

10.10.3 归心元素的测定精度 224

第十一章　GPS定位技术的应用 226

§11.1　GPS定位技术在平面控制测量方面的应用 226

§11.2　GPS定位技术在高程测量方面的应用 230

11.2.1　高程系统概述 230

11.2.2　研究大地水准面高程的传统方法 233

11.2.3　确定正常高的GPS高程法 236

11.2.4　确定高程异常的GPS水准法 237

§11.3　GPS定位技术在地球动力学研究方面的应用 240

11.3.1　地球动力学概述 240

11.3.2　GPS对研究板块运动的意义 242

§11.4　GPS定位技术在海洋测绘方面的应用 245

11.4.1　在海洋资源勘探方面的应用 245

11.4.2　在海洋大地测量方面的应用 247

§11.5　GPS定位技术在精密工程测量和工程变形监测方面的应用 248

11.5.1　在精密工程测量中的应用 248

11.5.2　在工程变形监测方面的应用 250

§11.6　GPS定位技术在导航方面的应用 251

11.6.1　概述 251

11.6.2　实时动态单点定位的导航系统 252

11.6.3　差分GPS（DGPS）导航系统 253

11.6.4　广域差分GPS导航系统 255

§11.7　与GPS定位技术组合的导航与测量系统 257

第十二章　GPS接收机 260

§12.1　GPS接收机及其分类 260

12.1.1　GPS接收机的基本概念 260

12.1.2　GPS接收机的类型 261

§12.2　GPS接收机通道的概念 262

12.2.1　序贯通道 263

12.2.2　多路复用通道 264

12.2.3　多通道 264

§12.3　GPS接收机的基本工作原理 264

12.3.1　码相关型通道 265

12.3.2　平方型通道 266

12.3.3　码相位型通道 267

12.4.2 天线的类型 268

§12.4　GPS接收机的天线 268

12.4.1 对天线的要求 268

§12.5　GPS卫星测量系统 269

12.5.1　GPS测量系统的硬件及其发展 269

12.5.2　GPS测量系统的软件功能及其发展 274

附录一：国际制量级的词冠和代号 277

附录二：矩阵的特殊量 278

附录三：关于广义逆矩阵 280

附录四：年积日计算表 285

附录五：GPS点之记 286

附录六：GPS点环视图 287

附录七：GPS点标石类型图 288

附录八：GPS测量手簿记录格式 290

参考文献 293