GPS技术与应用PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1 美国卫星导航定位系统发展概况 2

1.1.1 海军导航卫星系统 3

1.1.2 全球定位系统 4

1.2 GPS的组成 6

1.2.1 空间卫星星座 6

1.2.2 地面监控系统 9

1.2.3 用户设备 11

1.3 GPS的特点和用途 13

1.3.1 GPS的特点 13

1.3.2 GPS的用途 14

1.3.3 GPS存在的主要问题 15

1.4 美国的GPS限制性政策和导航战 16

1.4.1 美国实施的GPS限制性政策和措施 16

1.4.2 美国的导航战 18

1.4.3 美国GPS的现代化 19

1.4.4 克服美国限制性政策和措施的主要技术和方法 19

1.5 其他卫星导航定位系统 20

1.5.1 全球导航卫星系统GLONASS 20

1.5.2 欧洲的GNSS 22

1.5.3 GEOSTAR系统 23

第2章 GPS信号和伪码测距原理 26

2.1 GPS信号的基本结构 26

2.1.1 概述 26

2.1.2 GPS信号的基本构成 27

2.1.3 GPS信号的特点 28

2.1.4 GPS卫星发射的其他信号 29

2.2 GPS伪随机码及其特性 30

2.2.1 伪随机码的产生及特性 30

2.2.2 C/A码 34

2.2.3 P码 36

2.3 GPS卫星的广播导航电文 37

2.3.1 导航电文的格式 37

2.3.2 导航电文的内容 38

2.4 扩频技术和相关接收 45

2.4.1 扩频技术 46

2.4.2 相关接收 48

2.5 伪码测距原理 50

2.6 GPS导航接收机工作原理 52

2.6.1 C/A码和P码的捕获 52

2.6.2 码的锁定与导航电文的解码 54

2.6.3 载波的跟踪 56

2.6.4 接收机的通道 57

第3章 GPS卫星位置和速度计算 58

3.1 GPS导航定位中常用的时间系统 58

3.1.1 时间的有关概念 58

3.1.2 世界时系统 59

3.1.3 原子时系统 62

3.1.4 力学时系统 63

3.1.5 GPS时间系统 63

3.1.6 GLONASS时间系统 65

3.2 GPS导航定位中常用的坐标系统 65

3.2.1 地心空间直角坐标系及其等价坐标系 65

3.2.2 卫星测量中的常用坐标系 71

3.2.3 WGS-84大地坐标系 77

3.3 卫星运动基本理论 77

3.3.1 卫星运动概述 77

3.3.2 卫星运动二体问题 79

3.3.3 地球引力场摄动力及其影响 81

3.3.4 日、月摄动 83

3.3.5 太阳光辐射压摄动 84

3.3.6 GPS卫星Y轴偏差摄动 85

3.3.7 地球潮汐摄动和大气摄动 86

3.4 GPS广播星历卫星位置和速度的计算 86

3.4.1 卫星位置的计算 87

3.4.2 卫星速度的计算 91

3.5 I GS的GPS精密星历及其应用 94

3.5.1 国际GPS服务（IGS）概述 94

3.5.2 IGS精密星历的获取与数据 95

3.5.3 IGS精密星历在事后GPS数据精密处理中的应用 97

第4章 GPS伪距导航定位原理 101

4.1 GPS定位的基本概念 101

4.1.1 绝对定位与相对定位 101

4.1.2 静态定位与动态定位 103

4.2 伪距导航定位原理 104

4.2.1 GPS定位的基本观测量与定位模型 104

4.2.2 GPS伪距定位解算 106

4.2.3 精度估算 108

4.3 GPS定位的几何精度因子 109

4.3.1 影响GPS定位精度的因素 109

4.3.2 几何精度因子 109

4.3.3 最佳星座的选择 111

4.4 伪距测量相对定位 112

4.4.1 相对定位概述 112

4.4.2 直接观测值的线性组合 114

4.4.3 单差观测值相对定位 115

4.4.4 双差观测值相对定位 117

4.4.5 相对定位的分析讨论 118

4.5 GPS测速原理 120

4.5.1 多普勒频移的测定 120

4.5.2 GPS单点测速 121

4.5.3 GPS测速误差 123

4.5.4 GPS相对测速 123

第5章 GPS定位的主要误差源 126

5.1 概述 126

5.2 电离层延迟误差 126

5.2.1 电离层延迟的产生与特点 126

5.2.2 电离层中电子总量的计算 128

5.2.3 电离层延迟误差改正模型 130

5.2.4 双频观测量组合消除电离层影响 135

5.3 对流层延迟误差 136

5.3.1 对流层延迟误差的产生与特点 136

5.3.2 对流层折射的改正模型 137

5.3.3 气象参数计算 139

5.4 多路径误差 140

5.5 相对论效应 142

5.6 时钟误差 145

5.6. 1频率与时钟误差 145

5.6. 2卫星钟差 147

5.6. 3接收机钟差 147

5.7 卫星星历误差 148

5.8 SA干扰误差 150

5.9 地球旋转改正 152

5.10 地球潮汐的影响 153

第6章 载波相位测量定位技术 158

6.1 载波相位测量原理 158

6.1.1 重建载波 159

6.1.2 载波相位测量原理 160

6.2 载波相位测量定位原理 161

6.2.1 载波相位测量的基本观测量 161

6.2.2 载波相位测量的观测方程 164

6.2.3 载波相位定位解算 166

6.3 载波相位测量相对定位 171

6.3.1 单差相位观测值相对定位 172

6.3.2 双差观测值相对定位 175

6.3.3 三差观测值相对定位 177

6.3.4 相对定位的误差改正 179

6.4 载波观测值的线性组合 181

6.4.1 双频相位的线性组合 181

6.4.2 常用的线性组合 183

6.4.3 伪距与载波相位的组合 186

6.5 整周跳变的探测与修复 189

6.5.1 高次差探测与修复周跳法 190

6.5.2 多项式拟合法 192

6.5.3 星际差探测和修复法 194

6.5.4 电离层残差法 195

6.5.5 利用无周跳卫星观测数据进行周跳的探测和修复 196

6.5.6 伪距与相位组合法 197

6.5.7 根据平差或数据处理后的残差来探测和修复周跳 198

6.6 静态整周模糊度确定方法 199

6.6.1 经典方法——将N0作为待定参数求解 199

6.6.2 三差法 200

6.6.3 “停—走”法 200

6.7 动态整周模糊度确定方法 203

6.7.1 快速模糊度解算法 204

6.7.2 双频P码伪距／载波组合法 207

6.7.3 模糊度函数法 210

6.7.4 最小二乘搜索法 212

6.7.5 模糊度协方差法 213

6.7.6 优化的Cholesky分解算法 215

6.8 高精度GPS动态定位的卡尔曼滤波方法 219

6.8.1 基本滤波模型 219

6.8.2 滤波递推方程 222

6.8.3 周跳的探测与修复 223

第7章 GPS差分定位技术 227

7.1 位置差分原理 227

7.2 伪距差分原理 228

7.3 载波相位差分原理 231

7.3.1 概述 231

7.3.2 逼近法 232

7.3.3 求差法 232

7.4 扩展伪距差分（广域差分） 233

7.5 广域增强系统 237

7.5.1 基本原理 237

7.5.2 WAAS信号设计 239

7.5.3 WAAS测距功能 241

7.5.4 WAAS的电文 242

7.6 差分定位的数据链 244

7.6.1 地波系统 246

7.6.2 VHF和UHF网络 246

7.6.3 移动卫星通信 247

7.7 差分电文格式 248

7.7.1 概述 248

7.7.2 通用电文格式 248

7.7.3 电文类型、内容与格式 250

第8章 GPS组合导航定位技术 268

8.1 GPS/INS组合系统的原理与方法 268

8.1.1 经典组合原理 268

8.1.2 GPS与INS硬件一体化组合 270

8.1.3 GPS与SINS软件组合方式 272

8.2 GPS/INS组合系统的数据处理 279

8.2.1 问题描述 279

8.2.2 全组合滤波法 280

8.2.3 分布式滤波法 281

8.2.4 GPS/INS分布式组合滤波器 282

8.3 组合系统的统计质量控制 284

8.3.1 统计质量控制方法概述 285

8.3.2 SINS/GPS滤波器的质量控制 285

8.3.3 SINS/GPS滤波器的可靠性分析 290

8.4 INS解决GPS周跳检测与整周模糊度求定 291

8.5 应用GPS速度改进惯性平台姿态精度 293

8.5.1 用GPS速度辅助提高惯性平台水平姿态精度 294

8.5.2 水平失准误差估计 296

8.6 GPS/GLONASS组合导航定位方法 297

8.6.1 GLONASS卫星的广播星历计算 297

8.6.2 GPS/GLONASS数据融合 301

第9章 GPS在导弹航天器测控领域中的应用 306

9.1 GPS在导弹测控领域中的应用 306

9.1.1 GPS外弹道测量 308

9.1.2 多目标测量 337

9.2 GPS在航天器测控中的应用 345

9.2.1 中低轨道航天器轨道确定 345

9.2.2 GPS测定航天器的姿态 354

9.2.3 GPS在空间交会对接中的应用 361

第10章 GPS在测控支持领域中的应用 373

10.1 GPS定时与测频 373

10.1.1 时间频率统一系统简介 373

10.1.2 GPS定时与测频 375

10.1.3 GLONASS及GPS/GLONASS兼容时频接收机 377

10.1.4 GPS定时测频在我国测控系统的应用 378

10.1.5 GPS时频接收机测量数据的处理 380

10.1.6 GPS信号在时频领域中的其他应用 381

10.2 GPS用于航天测量船的定位和测姿 382

10.2.1 GPS的定位应用 383

10.2.2 GPS用于船姿船位系统的工作原理 384

10.2.3 展望 390

10.3 GPS在外测设备精度鉴定中的应用 391

10.3.1 GPS鉴定外测设备精度的原理及特点 392

10.3.2 GPS精度鉴定系统 394

10.4 GPS在电离层和对流层测量中的应用 397

10.4.1 对流层和电离层对GPS信号时延的影响 397

10.4.2 基于GPS的电离层测量方法 400

10.4.3 基于GPS的对流层测量方法 406

10.5 GPS在靶场大地测量中的应用 411

10.5.1 靶场大地测量的基本任务 411

10.5.2 GPS布设靶场大地基准网 412

10.5.3 设备点、发射点、目标点、落点的GPS大地联测 412

10.5.4 GPS测定各类设备标校基准 413

10.5.5 坐标系统与转换系数 413

10.5.6 GPS点的高程 413

参考文献 414