GPS卫星测量原理与应用PDF电子书下载

目录 1

第一章 导引 1

1.1 GPS的发展由来及其特点 1

1.1.1 GPS的发展由来 1

1.1.2 GPS的特点 2

1.2 利用GPS的限制与相应措施 4

1.2.1 美国对利用GPS的限制政策 4

1.2.2 用户摆脱SA政策限制的措施 4

1.3 GPS的组成概况 5

1.3.1 空间星座部分 6

1.3.2 地面监控部分 9

1.3.3 用户设备部分 10

第二章 GPS测量的坐标系统与时间系统 11

2.1 坐标系统的类型 11

2.2 协议天球坐标系 11

2.2.1 天球的基本概念 11

2.2.2 天球坐标系 12

2.2.3 岁差与章动的影响 13

2.2.4 协议天球坐标系的定义和换算 14

2.3 协议地球坐标系 16

2.3.1 地球坐标系 16

2.3.2 地极移动与协议地球坐标系 18

2.3.3 协议地球坐标系与协议天球坐标系的转换 20

2.4.1 地球参心坐标系 21

2.4 地球坐标系的其它表达形式 21

2.4.2 站心坐标系 23

2.5 大地测量基准及其转换 24

2.5.1 经典大地测量基准 24

2.5.2 卫星大地测量基准 27

2.6 时间系统 28

2.6.1 时间的有关概念 28

2.6.2 世界时系统 29

2.6.3 原子时 30

2.6.4 力学时 31

2.6.5 协调世界时 32

2.6.6 GPS时间系统 32

3.1.1 卫星轨道在GPS测量中的意义 34

3.1.2 影响卫星轨道的因素及其研究方法 34

第三章 卫星运动的基础知识及GPS卫星的坐标计算 34

3.1 概述 34

3.2 卫星的无摄运动 35

3.2.1 卫星运动的开普勒定律 36

3.2.2 无摄卫星轨道的描述 38

3.2.3 真近点角fs的计算 39

3.2.4 卫星的瞬时位置 41

3.2.5 卫星的运动速度 43

3.3 卫星的受摄运动 47

3.3.1 卫星运动的摄动力 47

3.3.2 地球引力场摄动力的影响 49

3.3.4 太阳光压的影响 51

3.3.3 日月引力的影响 51

3.4 GPS卫星的星历 52

3.4.1 预报星历 52

3.4.2 后处理星历 53

3.5 GPS卫星的坐标计算 53

3.5.1 升交点经度的计算 54

3.5.2 在协议地球坐标系中GPS卫星位置的计算 55

第四章 电磁波的传播及GPS卫星的信号 57

4.1 电磁波传播的基本概念 57

4.1.1 电磁波及其参数 57

4.1.2 电磁波的传播速度与大气折射 58

4.2.1 大气的结构及性质 60

4.2 大气层对电磁波传播的影响 60

4.2.2 对流层的影响和改正 61

4.2.3 电离层的影响和改正 64

4.3 GPS卫星的码信号 68

4.3.1 GPS卫星信号及其作用 68

4.3.2 码与码的产生 70

4.3.3 GPS的测距码 73

4.4 GPS卫星的导航电文（数据码） 75

4.4.1 导航电文及其格式 75

4.4.2 导航电文的内容 75

4.5 GPS卫星信号的构成 76

4.5.1 卫星的载波信号与调制 76

4.5.2 卫星信号的解调 78

5.1 GPS定位的方法与观测量 79

5.1.1 定位方法的分类 79

5.1.2 观测量的基本概念 79

第五章 GPS定位的观测量、观测方程及误差分析 79

5.2 测码伪距观测方程 81

5.3 测相伪距观测方程 82

5.3.1 卫星载波信号的相位与传播时间 82

5.3.2 测相伪距观测方程 84

5.4 观测方程的线性化 86

5.4.1 测码伪距观测方程的线性化 86

5.4.2 测相伪距观测方程的线性化 87

5.5.1 误差的分类 88

5.5 观测量的误差来源及其影响 88

5.5.2 与卫星有关的误差 89

5.5.3 卫星信号的传播误差 90

5.5.4 与接收设备有关的误差 93

5.5.5 其它误差来源 94

第六章 GPS绝对定位原理 97

6.1 绝对定位方法概述 97

6.2 伪距法定位的原理 98

6.2.1 测码伪距绝对定位法 98

6.2.2 测相伪距绝对定位法 101

6.3 观测卫星的几何分布及其对绝对定位精度的影响 104

6.3.1 绝对定位精度的评价 104

6.3.2 卫星分布的几何图形对精度因子的影响 106

7.1 相对定位方法概述 109

7.1.1 静态相对定位法 109

第七章 GPS相对定位原理 109

7.1.2 动态相对定位法 111

7.2 静态相对定位的观测方程 112

7.2.1 基本观测量及其线性组合 112

7.2.2 单差观测方程 113

7.2.3 双差观测方程 115

7.2.4 三差观测方程 116

7.2.5 准动态相对定位的观测方程 117

7.3 动态相对定位的观测方程 118

7.4.1 观测方程的线性化及平差模型 120

7.4 相对定位的单基线平差模型 120

7.4.2 观测量线性组合的相关性 126

7.5 整周待定值的确定方法与周跳分析 128

7.5.1 整周待定值及其确定方法概述 128

7.5.2 确定整周待定值的经典静态相对定位法 129

7.5.3 确定整周待定值的交换接收天线法 130

7.5.4 确定整周待定位的P码双频技术 131

7.5.5 确定整周待定值的马吉尔配适滤波法 137

7.5.6 周跳分析 138

7.6 GPS卫星网的整体平差原理 140

7.6.1 整体平差方法概述 140

7.6.2 基线向量网的平差模型 141

7.6.3 平差结果的精度评定 145

第八章 GPS测量的实施 148

8.1 概述 148

8.2 GPS网的技术设计 148

8.2.1 测量的精度标准 149

8.2.2 网的图形设计 150

8.2.3 网的基准设计 151

8.3 选点与建立标志 152

8.3.1 选点工作 152

8.3.2 点位标志的建立 153

8.4 GPS测量的观测工作 153

8.4.1 观测计划的拟定 154

8.4.2 仪器的选择与检验 156

8.4.3 观测工作 157

8.5 GPS相对定位的作业模式 159

8.5.1 静态相对定位模式 160

8.5.2 快速静态相对定位模式 160

8.5.3 准动态相对定位模式 161

8.5.4 动态相对定位模式 161

8.6 观测成果的外业检核 162

8.6.1 外业观测数据的评价标准 162

8.6.2 外业观测成果的检核内容 163

8.7 观测数据的测后处理过程 164

8.7.1 观测数据的预处理 164

8.7.2 平差计算 165

8.7.3 技术总结与上交资料 166

第九章 GPS卫星网与经典地面网的联合平差及GPS高程的应用 167

9.1 GPS卫星网与地面网联合平差的意义 167

9.2 GPS网与地面网的三维联合平差 168

9.2.1 在三维坐标系统中两网的转换模型 168

9.2.2 网的方差与协方差模型及网的基准 170

9.2.3 三维联合平差模型 174

9.3 GPS网与地面网的两维联合平差 177

9.3.1 在两维坐标系统中两网的转换模型 177

9.3.2 两维联合平差模型 181

9.4 GPS在高程测量方面的应用 184

9.4.1 高程系统概述 184

9.4.2 研究大地水准面高程的传统方法 186

9.4.3 GPS大地高程的应用 190

10.1 在基本控制测量方面的应用 193

第十章 GPS测量的应用 195

10.2 在地球动力学研究方面的应用 196

10.2.1 地球动力学概述 196

10.2.2 GPS对研究板块运动的意义 197

10.3 在工程变形监测方面的应用 199

10.4 在精密工程测量方面的应用 200

10.5 在海洋测绘方面的应用 202

10.5.1 在海洋资源勘探方面的应用 202

10.5.2 在海洋大地测量方面的应用 203

10.6 GPS用于接收机载体航速的测定 204

10.7 GPS用于时间测定 207

第十一章 GPS接收机 210

11.1 GPS接收机及其分类 210

11.1.1 GPS接收机的基本概念 210

11.1.2 GPS接收机的类型 211

11.2 GPS接收机通道的概念 212

11.2.1 序贯通道 213

11.2.2 多路复用通道 214

11.2.3 多通道 214

11.3 GPS接收机的基本工作原理 214

11.3.1 码相关型通道 215

11.3.2 平方型通道 216

11.4.1 对天线的要求 217

11.4 GPS接收机的天线 217

11.3.3 码相位型通道 217

11.4.2 天线的类型 218

11.5 Mini-Mac2816型GPS接收机 219

11.6 Wild200型GPS测量系统 221

11.7 Trimble4000SE/SSE型GPS接收机 223

11.8 Ashtech-Ⅻ型GPS接收机 226

符号目录 229

附录一：国际制量级的词冠和代号 243

附录二：矩阵的特殊量 244

附录三：关于广义逆矩阵 247

附录四：年积日计算表 252

参考文献 253