第一章 绪论 1
1.1 GPS定位技术的发展 1
1.2 GPS定位系统的组成 3
1.2.1 GPS空间星座部分 4
1.2.2 GPS地面监控部分 6
1.2.3 用户设备 8
1.3 美国对GPS用户的限制性政策 10
1.3.1 两种服务 10
1.3.2 实施选择可用性（selective availability,SA）政策 10
1.3.3 精测距码（P码）加密（A-S）措施 11
1.3.4 反限制性政策的措施 11
第二章 全球定位系统（GPS）的时空参考系统 13
2.1 GPS坐标系统简介 13
2.2 天球坐标系 13
2.2.1 天球、天球坐标系 13
2.2.2 岁差和章 动、协议天球坐标系 16
2.2.3 三种天球坐标系之间的坐标变换 19
2.3 地球坐标系 21
2.3.1 地球坐标系 21
2.3.2 极移、协议地球坐标系 23
2.3.3 协议地球坐标系（CTS、T）与协议天球坐标系（I）的坐标转换 25
2.3.4 协议地球系（CTS）的实现 26
2.3.5 GPS卫星的参考系—WGS-84 27
2.3.6 站心坐标系 27
2.4 全球定位系统（GPS）的时间参考系统 29
2.4.1 恒星时（sidereal time,ST）、平太阳时（mean solar time,MT）、世界时（universal time,UT） 30
2.4.2 原子时（atomic time,AT） 33
2.4.3 协调世界时（coordinate universal time,UTC） 33
2.4.4 GPS时间系统（GPST） 34
2.4.5 地球动力学时（terrestrial dynamic time,TDT） 34
第三章 卫星的基本运行规律与GPS卫星位置计算 36
3.1 GPS卫星的无摄运动 36
3.1.1 卫星运动微分方程的面积积分 37
3.1.2 卫星轨道积分与轨道方程 40
3.1.3 卫星运动平均角速度n 43
3.2 GPS卫星无摄运动轨道描述与真近点角f的计算 43
3.2.1 卫星轨道参数（轨道根数） 43
3.2.2 计算真近点角f 45
3.3 GPS卫星的瞬时位置和速度 48
3.3.1 GPS卫星瞬时位置 48
3.3.2 GPS卫星运行速度 51
3.4 GPS卫星的受摄运动 54
3.4.1 地球摄动力影响 55
3.4.2 日、月引力的影响 56
3.4.3 太阳光压的影响 57
3.5 GPS卫星的星历 58
3.5.1 预报星历 58
3.5.2 后处理星历 60
3.6 由卫星预报星历计算GPS卫星坐标 61
3.6.1 计算GPS卫星运行的平均角速度n 61
3.6.2 计算归化时间△t 61
3.6.3 计算观测历元t的平近点角M 62
3.6.4 计算偏近点角E 62
3.6.5 计算卫星的地心矢径ro 62
3.6.6 计算真近点角f 62
3.6.7 计算升交点角距？o 62
3.6.8 计算摄动改正项：δu,δr,δi 62
3.6.9 计算经过摄动改正的升交点角距？，卫星矢径→r和轨道面倾角i 63
3.6.10 计算观测历元t的升交点经度λ 63
3.6.11 计算卫星在轨道直角坐标系中的坐标 64
3.6.12 计算卫星在协议地球坐标系的直角坐标 65
第四章 GPS卫星的广播信号 67
4.1 GPS卫星播发的信号 67
4.1.1 概述 67
4.1.2 伪随机码 68
4.2 伪随机码扩频与相关接收 74
4.2.1 伪码扩频 74
4.2.2 伪码测距 76
4.2.3 码分多址 79
4.3 C/A码与P码 79
4.3.1 C/A码 79
4.3.2 P码 81
4.4 GPS卫星信号的构成 83
4.4.1 卫星的载波信号与调制 83
4.4.2 卫星信号的解调 85
4.5 GPS卫星的导航电文 86
4.5.1 导航电文及其格式 86
4.5.2 导航电文内容 87
第五章 GPS导航定位的观测量、观测方程以及误差分析 91
5.1 GPS导航定位的基本观测量 91
5.1.1 GPS基本观测量 91
5.1.2 测码伪距观测量 92
5.1.3 测相伪距观测量 93
5.1.4 多普勒积分计数伪距差 94
5.2 测码伪距观测方程 95
5.2.1 有关时间的基本概念 95
5.2.2 测码伪距观测方程 96
5.3 测相伪距观测方程 97
5.3.1 载波相位观测量 97
5.3.2 载波信号的传播时间 98
5.3.3 测相伪距观测方程 101
5.4 观测方程的线性化 102
5.4.1 测码伪距观测方程的线性化 103
5.4.2 测相伪距观测方程的线性化 105
5.5 关于GPS观测量的误差分析 106
5.5.1 误差概述 106
5.5.2 与GPS卫星有关的误差 107
5.5.3 与信号传播有关的误差 109
5.5.4 与接收设备有关的误差及改正 116
5.5.5 其他误差 118
第六章 GPS静态定位 122
6.1 基本概念 122
6.1.1 静态定位和动态定位 122
6.1.2 单点定位和相对（多点）定位 123
6.1.3 差分定位 123
6.1.4 卫星导航定位概述 124
6.2 静态单点定位 126
6.2.1 测码伪距静态单点定位 126
6.2.2 测相伪距静态单点定位 130
6.3 观测卫星的几何分布及其对单点定位精度的影响 134
6.3.1 单点定位精度的几何评价 134
6.3.2 卫星分布的几何图形对精度因子的影响 136
6.4 静态相对定位 139
6.4.1 基本观测量及其线性组合 141
6.4.2 单差观测方程 142
6.4.3 双差观测方程 145
6.4.4 三次差观测方程 149
6.4.5 准动态相对定位观测方程 151
6.5 静态相对定位的线性化观测方程 152
6.5.1 载波相位观测方程的线性化及平差模型 152
6.5.2 观测量线性组合的相关性 159
6.5.3 参考点坐标的偏差对基线测量的影响 162
6.6 整周模糊度的确定方法 165
6.6.1 概述 165
6.6.2 确定整周模糊度的经典待定系数法 165
6.6.3 确定整周模糊度的交换天线法 167
6.6.4 确定整周模糊度的马吉尔适配滤波法 168
6.6.5 确定整周模糊度的快速解算法（FARA） 170
6.6.6 确定整周模糊度的动态法 173
6.6.7 周跳的探测及修正 174
第七章 GPS动态定位原理 177
7.1 测码伪距动态绝对定位 177
7.2 测相伪距动态绝对定位 180
7.3 测码伪距动态相对定位 182
7.3.1 位置差分原理及误差分析 182
7.3.2 测码伪距差分原理 187
7.4 测相伪距动态相对定位 188
7.4.1 测相伪距修正法 188
7.4.2 载波相位求差法 191
第八章 GPS的载体速度测量、姿态测量以及时间测量 194
8.1 GPS接收机的载体速度测量 194
8.2 利用GPS载波相位信号确定载体姿态 196
8.2.1 姿态测量的基本思想 197
8.2.2 整周单差及基线向量的确定 199
8.2.3 载体姿态的确定 201
8.3 GPS测时 203
8.3.1 单站测时法 203
8.3.2 共视测时法 204
第九章 GPS/INS组合导航系统 206
9.1 简述 206
9.2 卡尔曼滤波技术 207
9.2.1 卡尔曼滤波 207
9.2.2 离散系统卡尔曼滤波方程 209
9.2.3 转移矩阵φk,k-1和系统噪声方差阵Qk的计算 214
9.2.4 关于有色噪声条件下的卡尔曼滤波 216
9.3 采用卡尔曼滤波器的组合方法 217
9.3.1 滤波器状态的选取 218
9.3.2 GPS/INS硬件一体化组合 218
9.3.3 GPS/INS软件组合 220
9.4 采用位置、速度组合的GPS/INS导航系统 224
9.4.1 GPS/INS组合系统的状态方程 224
9.4.2 GPS/INS组合系统的量测方程 234
9.4.3 状态方程和量测方程的离散化 236
9.4.4 GPS/INS组合卡尔曼滤波器 237
9.4.5 关于GPS/INS组合卡尔曼滤波几点说明 241
9.5 采用伪距、伪距率组合的GPS/INS导航系统 244
9.5.1 GPS/INS组合系统的状态方程 244
9.5.2 组合系统的量测方程 244
9.5.3 关于GPS/INS组合导航系统仿真 248
9.6 INS速度辅助GPS接收机环路 256
9.6.1 跟踪环基本工作原理 256
9.6.2 INS速度辅助的接收机环路 258
第十章 GPS应用技术 267
10.1 GPS在飞机精密进场着陆中的应用 268
10.1.1 C/A码DGPS着陆系统 270
10.1.2 载波相位DGPS着陆系统 272
10.1.3 采用广域增强系统（WAAS） 277
10.2 GPS在空中交通管制（ATC）中的应用 278
10.2.1 GPS辅助ATC系统概述 278
10.2.2 GPS辅助ATC的性能与类型 279
10.2.3 GPS/ATC的导航、监视和数据通信 281
10.2.4 GPS/ATC的机载系统 283
10.2.5 ATC的地面系统 284
10.3 GPS在无人驾驶飞机中的应用 285
10.3.1 人工干预导航系统 286
10.3.2 自主式导航 286
10.4 GPS在弹道轨迹测量中的应用 292
10.4.1 引言 292
10.4.2 GPS应用于弹道轨迹测量中的组成方案 292
10.4.3 采用弹载转发器的测量原理 296
10.5 GPS在航空摄影测绘中的应用 302
10.6 GPS在自动车辆定位导航系统中的应用 304
10.6.1 概述 304
10.6.2 自动车辆定位导航（AVLN）系统的组成 305
10.6.3 自动车辆定位导航（AVLN）系统的功能和实现 306
10.6.4 GPS/MAP组合系统在AVLN系统中的应用 310
10.7 GPS在低轨人造卫星中的应用 312
10.8 GPS在航天飞机上的应用 316
10.9 GPS在航海导航定位中的应用 318
10.10 GPS在建立地区性或全国性大地测量控制网中的应用 320
10.11 GPS技术在海洋测量中的应用 322
10.12 GPS在地球动力学方面的应用 323
10.13 GPS在精密工程测量和工程形变监测中的应用 327
10.13.1 GPS在隧道贯通控制测量中的应用 327
10.13.2 GPS在工程形变监测中的应用 328
10.14 GPS/GIS合成系统 329
10.14.1 简述 329
10.14.2 GPS/GIS合成系统的基本要求 330
10.14.3 GPS/GIS合成系统的软件开发 331
参考文献 334