GPS测量原理及应用PDF电子书下载

第一章 绪论 1

1.1卫星导航定位系统的发展 1

1.1.1早期的卫星定位技术 1

1.1.2子午卫星导航系统的应用及其缺陷 1

1.1.3 GPS全球定位系统的建立 2

1.1.4 GLONASS全球卫星导航系统 4

1.1.5伽利略（GALILEO）全球卫星导航系统 6

1.1.6北斗卫星导航试验系统 9

1.1.7全球卫星导航系统（GNSS） 11

1.2 GPS系统组成 13

1.2.1 GPS工作卫星及其星座 13

1.2 2地面监控系统 14

1.2.3 GPS信号接收机 14

1.3 BDS系统组成 15

1.3.1系统概述 15

1.3.2空间星座 16

1.3.3地面控制 16

1.3.4用户终端部分 17

1.3.5系统现状 17

1.3.6系统应用 17

1.4 GPS在国民经济建设中的应用 18

1.4.1 GPS系统的特点 18

1.4.2 GPS系统的应用前景 19

1.4.3我国的GPS定位技术应用和发展情况 20

第二章 坐标系统和时间系统 22

2.1天球坐标系与地球坐标系 22

2.1.1天球坐标系 22

2.1.2大地坐标系 23

2.1.3站心赤道直角坐标系与站心地平直角坐标系 23

2.1.4卫星测量中常用坐标系 25

2.2 W GS-84坐标系和我国大地坐标系 29

12.2.1 WGS-84大地坐标系 29

2.2.2国家大地坐标系 30

2.2.3地方独立坐标系 31

2.2.4 ITRF坐标框架简介 32

2.2.5 GLONASS卫星导航系统采用的PZ-90坐标系 33

2.3坐标系统之间的转换 33

2.3.1不同空间直角坐标系统之间的转换 33

2.3.2不同大地坐标系的换算 35

2.3.3将大地坐标（B， L）转换为高斯平面坐标（x，y） 35

2.4时间系统 35

2.4.1恒星时ST （Sidereal Time） 35

2.4.2平太阳时MT（Mean Solar Time） 36

2.4.3世界时UT（Universal Time） 36

2.4.4原子时ATI （International Atomic Time） 36

2.4.5协调世界时UTC （Coordinated Universal Time） 36

2.4.6 GPS时间系统 37

2.4.7时间系统之间的关系 37

2.4.8 BDS时间系统 38

第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历 39

3.1概述 39

3.2卫星的无摄运动 39

3.2.1卫星运动的轨道参数 39

3.2.2二体问题的运动方程 40

3.2.3二体问题微分方程的解 42

3.3卫星的受摄运动 43

3.3.1各种作用力的特性及其影响 44

3.3.2卫星受摄运动方程 45

3.4 GPS卫星星历 47

第四章GPS卫星信号和导航电文 51

4.1 GPS卫星信号 51

4.1.1.概述 51

4.1.2伪随机噪声码的产生及特性 52

4.1.3粗码C／A码 54

4.1.4精码P（Y）码 54

4.2 GPS卫星的导航电文 55

4.2.1遥测码 55

4.2.2转换码 56

4.2.3第一数据块 56

4.2.4第二数据块 57

4.2.5第三数据块 57

4.3 GPS卫星位置的计算 58

4.3.1 GPS卫星位置计算的步骤 58

4.3.2 GPS卫星位置计算的示例 60

4.4 BDS导航电文与卫星坐标计算 61

4.4.1 BDS卫星信号 61

4.4.2 BDS卫星导航电文 62

4.4.3 BDS卫星位置计算的步骤 65

4.5 GPS接收机基本工作原理 67

4.5.1 GPS接收机的分类 68

4.5.2 GPS接收机的组成及工作原理 69

4.5.3软件GPS接收机 72

第五章GPS卫星定位基本原理 74

5.1概述 74

5.2伪距测量 75

5.2.1伪距测量 75

5.2.2伪距定位观测方程 77

5.3载波相位测量 77

5.3.1载波相位测量原理 78

5.3.2载波相位测量的观测方程 79

5.3.3整周未知数N0的确定 79

5.4整周跳变的修复 80

5.4.1屏幕扫描法 81

5.4.2用高次差或多项式拟合法 81

5.4.3在卫星间求差法 82

5.4.4用双频观测值修复周跳 82

5.4.5根据平差后的残差发现和修复整周跳变 83

5.5 GPS绝对定位与相对定位 83

5.5.1静态绝对定位 83

5.5.2静态相对定位 86

5.6美国的GPS政策 90

5.6.1美国的SA和AS政策 90

5.6.2 GPS现代化计划 92

5.6.3针对SA和AS政策的对策 92

5.7差分GPS定位原理 93

5.7.1单站GPS的差分（SRDGPS） 94

5.7.2局部区域GPS差分系统（LADGPS） 95

5.7.3广域差分 96

5.8 CORS及网络RTK技术 98

5.9全球实时GPS差分系统 100

第六章GPS卫星导航 102

6.1概述 102

6.2 GPS卫星导航原理 103

6.2.1单点动态定位 103

6.2.2伪距差分动态定位 104

6.2.3动态载波相位差分测量 105

6.3 GPS用于测速、测时、测姿态 106

6.3.1 GPS测速 106

6.3.2 GPS定时 107

6.3.3 GPS干涉仪载体姿态测量 109

6.4 GPS卫星导航方法 111

6.4.1基本概念 111

6.4.2 GPS单机导航 112

6.4.3差分GPS导航 112

6.4.4 GPS／惯性组合导航 113

6.5精密单点定位技术 116

6.5.1精密单点定位原理 116

6.5.2精密单点定位中的数据预处理 117

6.5.3精密单点定位中的误差改正 117

第七章GPS测量的误差来源及其影响 119

7.1 GPS测量主要误差分类 119

7.2与信号传播有关的误差 119

7.2.1电离层折射 119

7.2.2对流层折射 123

7.2.3多路径误差 124

7.3与卫星有关的误差 127

7.3.1卫星星历误差 127

7.3.2卫星钟的钟误差 129

7.3.3.相对论效应 129

7.4与接收机有关的误差 130

7.4.1接收机钟误差 130

7.4.2接收机的位置误差 130

7.4.3天线相位中心位置的偏差 131

7.4.4 GPS天线相位中心的偏差 131

7.5其他误差 133

7.5.1地球自转的影响 133

7.5.2地球潮汐改正 134

第八章GPS测量的设计与实施 135

8.1 GPS测量的技术设计 135

8.1.1 GPS网技术设计的依据 135

8.1.2 GPS网的精度、密度设计 135

8.1.3 GPS网的基准设计 137

8.1.4 GPS网构成的几个基本概念及网特征条件 138

8.1.5 GPS网的图形设计 140

8.2 GPS测量的外业准备及技术设计书编写 143

8.2.1 测区踏勘 143

8.2.2资料收集 143

8.2.3设备、器材筹备及人员组织 143

8.2.4拟订外业观测计划 144

8.2.5设计GPS网与地面网的联测方案 144

8.2.6 GPS接收机选型及检验 145

8.2.7技术设计书编写 147

8.2.8 GPS卫星可见性预报示例 148

8.2.9 GPS技术设计示例——三峡库区A、 B级GPS网观测技术设计 149

8.3 GPS测量的外业实施 155

8.3.1选点 155

8.3.2标志埋设 155

8.3.3观测工作 157

8.4 GPS测量的作业模式 160

8.4.1经典静态定位模式 161

8.4.2快速静态定位 161

8.4.3准动态定位 161

8.4.4往返式重复设站 162

8.4.5动态定位 162

8.4.6实时动态测量的作业模式与应用 162

8.5数据预处理及观测成果的质量检核 164

8.5.1数据预处理 164

8.5.2观测成果的外业检核 165

8.5.3 A、 B级GPS网基线处理结果质量检核 166

8.5.4野外返工 167

8.5.5 GPS网平差处理 168

8.6技术总结与上交资料 168

8.6.1技术总结 168

8.6.2上交资料 169

第九章GPS测量数据处理 170

9.1概述 170

9.1.1数据传输 170

9.1.2数据预处理 171

9.1.3基线向量的解算及网平差 172

9.2 GPS基线向量的解算 173

9.2.1双差观测值模型 173

9.2.2法方程的组成及解算 175

9.2.3精度评定 176

9.2.4基线向量解算结果分析 176

9.2.5 GPS基线向量解算示例 177

9.3 GPS定位成果的坐标转换 181

9.3.1 GPS定位结果的表示方法 181

9.3.2 GPS定位成果的坐标转换 182

9.3.3坐标转换中协因数阵的转换 183

9.3.4只有一个重合点时的坐标转换 184

9.3.5只有一个重合点和一个已知大地方位角时的坐标转换 184

9.3.6 GPS网投影变换至地方独立坐标系 185

9.3.7地方独立坐标系内的平面投影公式 185

9.4基线向量网平差 185

9.4.1 GPS基线向量网的无约束平差 186

9.4.2 GPS基线向量网的约束平差 187

9.4.3 GPS基线向量网与地面网联合平差 191

9.5 GPS高程 192

9.5.1GPS水准高程 192

9.5.2 GPS重力高程 199

9.5.3 GPS三角高程 200

9.5.4应用实例 200

9.5.5提高GPS水准精度的措施 201

9.6精密基线解算软件简介 202

9.6.1 GAMIT／GLOBK软件 203

9.6.2 BERNESE软件 205

第十章GPS应用 210

10.1 GPS在大地控制测量中的应用 210

10.1.1概述 210

10.1.2全球或全国性的高精度GPS网 210

10.1.3区域性GPS大地控制网 211

10.2 GPS在精密工程测量及变形监测中的应用 212

10.2.1 GPS用于建立精密工程控制网的可行性 212

10.2.2 GPS用于工程变形监测的可行性 213

10.2.3隔河岩水库大坝外观变形GPS自动化监测系统 214

10.2.4 GPS在滑坡外观变形监测中的应用 215

10.2.5 GPS在机场轴线定位中的应用 220

10.3 GPS在航空摄影测量中的应用 220

10.3.1常规空中三角测量 221

10.3.2 GPS用于空中三角测量的可行性 221

10.3.3机载GPS天线相位中心位置的确定 222

10.3.4机载GPS天线与摄影机偏心测量 223

10.3.5 GPS辅助空中三角测量联合平差 224

10.3.6 GPS辅助空中三角测量实验结果分析 224

10.4 GPS在线路勘测及隧道贯通测量中的应用 226

10.4.1概述 226

10.4.2线路GPS控制网的建立 227

10.4.3长隧道GPS施工控制网 228

10.4.4地铁精密导线GPS测量 229

10.4.5应用前景 230

10.5 GPS在地形、地籍及房地产测量中的应用 230

10.5.1概述 230

10.5.2 RTK技术用于各种控制测量 230

10.5.3 RTK技术在地籍和房地产测量中的应用 231

10.6 GPS在海洋测绘中的应用 231

10.6.1概述 231

10.6.2用GPS定位技术进行高精度海洋定位 232

10.6.3中国沿海RBN／DGPS系统 232

10.6.4 GPS技术用于建立海洋大地控制网 232

10.6.5 GPS在水下地形测绘中的应用 233

10.7 GPS在智能交通系统中的应用 234

10.7.1车辆GPS定位管理系统 235

10.7.2应用差分GPS技术的车辆管理系统 236

10.7.3应用前景 236

10.8 GPS在地球动力学及地震研究中的应用 237

10.8.1中国地壳运动监测网 237

10.8.2青藏高原地球动力学监测网 237

10.8.3首都圈GPS地表形变监测网 238

10.8.4龙门山GPS地壳形变监测网 238

10.8.5世界各地GPS地壳运动监测网 238

10.8.6南极菲尔德斯海峡形变监测网 239

10.9 GPS在气象方面的应用 239

10.9.1 GPS气象学简介 239

10.9.2 GPS气象学分类 240

10.9.3 GPS气象学的原理 240

10.9.4 GPS／MET的应用前景 241

10.10 GPS在航海航空导航中的应用 242

10.10.1 GPS航海导航应用 242

10.10.2 GPS航空导航应用 243

10.11 GNSS技术在煤矿开采沉陷自动化监测中的应用 246

10.11.1系统组成 247

10.11.2系统建设 247

10.11.3系统精度 250

10.12 GPS在电离层监测方面的应用 251

10.13 GPS-R遥感应用 252

10.14 GPS在其他领域中的应用 253

10.14.1在农业领域中的应用 253

10.14.2在林业管理方面的应用 254

10.14.3在旅游及野外考察中的应用 254

主要参考文献 255