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目录 1

第一章 绪论 1

学习目标 1

第一节 卫星大地测量及其发展 1

一、大地测量的发展概况 1

二、卫星大地测量的起源 2

三、GPS定位的基本概念 4

四、中国GPS卫星跟踪网 5

第二节 导航定位卫星及其星座 7

一、GPS卫星及星座 7

二、前苏联GLONASS全球卫星导航系统 9

三、欧洲空间局的NAVSAT卫星导航系统 10

四、伽利略全球卫星导航系统 12

五、中国的北斗导航卫星定位系统 13

第三节 GPS在国民经济建设中的应用 14

一、GPS在大地测量中的应用 14

二、GPS在工程测量中的应用 16

三、GPS在航空摄影测量中的应用 17

四、GPS在线路勘测及隧道贯通测量中的应用 17

五、GPS在地形、地籍及房地产测量中的应用 18

六、GPS在水下地形测量中的应用 18

七、GPS在其他领域中的应用 19

本章小结 19

思考题与习题 20

第二章 GPS定位的坐标系统和时间系统 21

学习目标 21

一、概述 22

第一节 参心坐标系 22

二、1954年北京坐标系［BJZ54（原）］ 23

三、1980年国家大地坐标系（GDZ80） 23

四、1954年新北京坐标系（BJZ54） 26

第二节 地心坐标系 26

一、建立地心坐标系的意义和方法 26

二、地心坐标系的表述形式 27

三、WGS—84大地坐标系 27

四、地方独立坐标系 28

五、ITRF坐标框架简介 28

第三节 天球坐标系 29

一、天球上的点和圈 29

二、岁差与章动 29

三、天球坐标系的建立 30

第四节 时间系统 31

一、概述 31

二、世界时（UT） 32

三、历书时（ET） 33

四、原子时（ATI） 33

五、协调世界时（UTC） 33

六、力学时（DT） 34

七、GPS时（GPST） 34

八、区时（Tn） 34

本章小结 35

思考题与习题 35

一、地面监控部分 36

第一节 GPS定位系统的组成 36

学习目标 36

第三章 GPS系统的组成与GPS信号 36

二、空间卫星部分 38

三、用户接收部分 39

第二节 卫星的运行及其轨道 39

一、理想情况下的卫星运动 40

二、卫星运行的轨道 41

三、摄动力对卫星运行轨道的影响 43

第三节 卫星星历与卫星位置计算 43

一、GPS卫星星历 44

二、卫星在其轨道平面内的位置计算 45

三、卫星在地心空间直角坐标系中的位置计算 46

第四节 GPS卫星信号 47

一、GPS卫星信号的内容 47

三、测距码的产生 49

二、GPS信号的结构 49

四、GPS信号的传播 50

五、导航电文 51

第五节 GPS信号的接收 54

一、信号接收设备的组成 54

二、天线单元 55

三、接收单元 55

本章小结 58

思考题与习题 58

第四章 GPS卫星定位的基本原理 59

学习目标 59

第一节 GPS定位概述 59

二、单点定位和相对定位 60

一、静态定位与动态定位 60

三、主动式测距和被动式测距 61

四、用GPS定位的基本方法 61

第二节 伪距法定位 62

一、测定伪距的方法 62

二、伪距法定位的原理 63

三、伪距法定位的计算 64

四、伪距定位法的应用 65

第三节 载波相位测量 66

一、载波相位测量原理 66

二、载波相位测量观测方程 67

三、载波相位测量差分法 69

一、动态定位的特点 71

第四节 GPS动态定位原理 71

二、单点动态定位 72

三、伪距差分动态定位 73

四、GPS测速 74

五、GPS定时 75

本章小结 76

思考题与习题 76

第五章 GPS卫星定位的误差来源及其影响 78

学习目标 78

第一节 GPS测量的主要误差分类 78

第二节 与卫星有关的误差 79

一、卫星星历误差 79

二、卫星钟的钟误差 80

三、相对论效应 81

第三节 卫星信号传播误差 82

一、电离层折射 82

二、对流层折射 84

三、多路径误差 85

第四节 接收设备误差与图形强度 86

一、接收机钟误差 86

二、天线相位中心位置误差 86

三、等效距离误差 87

四、几何图形强度 87

第五节 整周跳变分析与整周未知数的确定 88

一、整周跳变分析 88

二、整周未知数N0的确定 90

思考题与习题 91

本章小结 91

第六章 GPS卫星定位测量的设计与实施 93

学习目标 93

第一节 建立GPS控制网的技术依据 94

一、GPS测量的精度分级 94

二、GPS点的密度 95

三、测量作业基本技术规定 95

第二节 GPS定位网的布设 97

一、技术设计中应考虑的因素 97

二、GPS网的布网原则 98

三、GPS网的联测设计 98

四、卫星空间分布的几何图形强度设计 99

五、野外选点 99

一、接收机的类型选择 101

六、标石埋设 101

第三节 GPS接收机的选择 101

二、最佳GPS接收机具备的条件 103

三、GPS接收机简介 103

第四节 GPS定位网的测设方案 106

一、两台接收机相对定位的测设方案 106

二、多台接收机的同步网测设方案 107

三、多台接收机的异步网测设方案 108

第五节 外业观测 109

一、接收设备及其检验 109

二、制定实测方案 110

三、选择最佳观测时段 111

四、编排作业调度表 111

六、观测作业 112

五、天线安置 112

七、外业成果记录 113

第六节 观测成果的外业检核及处理 114

一、野外数据检核 114

二、数据后处理 115

三、技术总结与上交资料 116

本章小结 117

思考题与习题 117

第七章 GPS控制网的数据处理 119

学习目标 119

第一节 观测数据的预处理 119

一、概述 119

三、数据预处理的内容 121

二、预处理的准备工作 121

一、误差方程的列立 124

第二节 GPS基线向量的解算 124

二、法方程的组成与解算 126

三、精度评定 127

四、解算结果分析 128

第三节 GPS基线网独立平差 129

一、概述 129

二、基线网按经典自由网平差 129

三、基线网按亏秩自由网平差 131

第四节 坐标系统的转换 132

一、空间直角坐标与大地坐标的转换 132

二、不同空间直角坐标系之间的坐标转换 133

四、在高斯平面坐标系统中的坐标转换模型 136

三、不同大地坐标系之间的坐标转换 136

第五节 GPS网与地面网的三维平差 139

一、概述 139

二、在空间直角坐标系中的三维约束平差 139

三、在大地坐标系统中的三维约束平差 142

四、三维联合平差 144

五、GPS网三维平差的若干问题 145

第六节 GPS网与地面网的二维平差 145

一、二维无约束平差 146

二、二维约束平差 147

三、二维联合平差 148

一、概述 151

二、拟合法确定正常高程 151

第七节 GPS的高程计算 151

三、GPS水准应用 152

本章小结 153

思考题与习题 153

第八章 GPS实时动态定位 154

学习目标 154

第一节 RTK概述 154

一、RTK的工作原理 154

二、RTK的系统组成 155

第二节 RTK系统基准站的组成和作用 156

第三节 RTK流动站的组成和作用 157

第四节 RTK定位测量的外业准备工作 158

第五节 RTK的作业方法 158

二、启动基准站 159

一、架设基准站 159

三、启动流动站 160

四、开始测量 160

第六节 GPS网络RTK技术 160

一、概述 160

二、VRS的系统构成及工作原理 161

三、VRS系统的优势 162

本章小结 163

思考题与习题 163

附录 164

附录一 某市GPS三等平面控制网测量技术设计示例 164

附录二 Trimble Geomatics Office（TGO）软件的使用 169

参考文献 183