第1章 绪论 1
1.1 卫星定位技术的发展历史 1
1.1.1 早期的卫星定位技术 1
1.1.2 卫星多普勒定位系统 2
1.2 GPS的组成 2
1.2.1 卫星星座部分 3
1.2.2 地面监控部分 4
1.2.3 用户设备部分 5
1.3 GPS的特点及用途 6
1.3.1 GPS相对于常规测量技术的特点 6
1.3.2 GPS相对于其他导航定位系统的特点 8
1.3.3 GPS的应用前景与现代化进程 9
1.4 GALILEO系统 10
1.4.1 系统简介 10
1.4.2 GALILEO系统的体系结构 11
1.4.3 GALILEO系统精度分析 12
1.4.4 GALILEO系统的管理和实施 12
1.5 我国卫星定位技术发展与应用概况 12
1.5.1 卫星多普勒定位技术在我国的应用和发展 12
1.5.2 GPS在我国的应用和发展 13
1.5.3 我国卫星导航定位技术的发展 14
习题 17
2.1.1 坐标系统 18
2.1.2 时间系统 18
2.1 概述 18
第2章 GPS定位的坐标系统与时间系统 18
2.2 协议天球坐标系 19
2.2.1 天球的基本概念 19
2.2.2 天球坐标系 19
2.2.3 岁差与章动的影响 20
2.2.4 协议天球坐标系及其转换 21
2.3 协议地球坐标系 23
2.3.1 地球坐标系 23
2.3.2 协议地球坐标系 24
2.3.3 协议天球坐标系与协议地球坐标系的转换 25
2.4 国家坐标系与地方坐标系 26
2.4.1 地球参心坐标系 26
2.4.2 站心坐标系 28
2.4.3 国家大地坐标系 29
2.4.4 地方独立坐标系 30
2.4.5 高斯平面直角坐标系 31
2.5 WGS-84坐标系 33
2.6 时间系统 33
2.6.1 时间系统概述 33
2.6.2 世界时系统 34
2.6.3 原子时 35
2.6.4 力学时 36
2.6.5 协调世界时 36
2.6.6 GPS时间系统 36
习题 37
3.1.2 开普勒定律 38
3.1.1 概述 38
3.1 卫星的无摄运动 38
第3章 卫星运动与GPS卫星信号 38
3.1.3 卫星运动轨道参数描述 40
3.1.4 真近点角fs的计算 41
3.2 卫星瞬时位置与瞬时速度的计算 43
3.2.1 卫星的瞬时位置 43
3.2.2 卫星的运行速度 45
3.3 卫星的受摄运动 48
3.4 GPS卫星的星历 51
3.4.1 预报星历 51
3.4.2 后处理星历 52
3.5 GPS卫星信号 53
3.6 GPS卫星的导航电文 54
3.6.1 导航电文的内容 55
3.6.2 RINEX数据格式 58
习题 62
第4章 GPS卫星定位原理 63
4.1 概述 63
4.1.1 伪距测量 64
4.1.2 载波相位测量 64
4.2 GPS 绝对定位原理 66
4.2.1 测码伪距观测方程 66
4.2.2 测相伪距观测方程 68
4.2.3 静态绝对定位 70
4.3 相对定位原理 72
4.3.1 静态相对定位的概念 72
4.3.2 观测方程及其解算 73
4.4 差分GPS定位原理 78
4.4.1 位置差分原理 78
4.4.2 伪距差分原理 79
4.4.3 载波相位差分原理 79
4.4.4 局部区域GPS差分技术 80
4.5 广域差分GPS系统 80
4.5.1 广域差分GPS系统的基本思想 81
4.5.2 广域差分GPS系统的工作流程 81
4.5.3 广域差分GPS系统的特点 81
4.5.4 我国建立广域差分GPS系统的方案 82
4.5.5 我国广域差分GPS系统C/A码单点定位试验 83
4.6 周跳与整周未知数的确定 83
4.6.1 整周跳变修复 83
4.6.2 整周未知数N0的确定 84
习题 85
第5章 GPS接收机基本工作原理 86
5.1 GPS接收机的分类 86
5.2 GPS接收机工作原理 87
5.3 几种常用的GPS接收机 89
5.3.1 Trimble GPS接收机 89
5.3.2 Leica GPS接收机 91
5.3.3 Ashtech GPS接收机 92
5.3.4 中海达GPS接收机 94
5.3.5 发展趋势 95
5.4 GPS仪器的检验与维护 96
5.4.1 GPS接收机的检验 96
习题 97
5.4.2 GPS接收机的维护 97
6.1 GPS测量误差的分类 98
6.2 与卫星有关的误差 98
6.2.1 卫星星历误差 98
第6章 GPS测量的误差来源与减弱措施 98
6.2.2 卫星钟误差 101
6.2.3 相对论效应的影响 101
6.3 与信号传播有关的误差 102
6.3.1 电离层折射误差 102
6.3.2 对流层折射误差 105
6.3.3 多路径效应误差 106
6.4 与接收机有关的误差 108
6.5 其他误差 109
6.5.1 地球自转的影响 109
6.4.2 接收机安置误差 109
6.4.3 天线相位中心位置偏差 109
6.4.1 接收机钟误差 109
6.5.2 地球潮汐的影响 110
习题 111
第7章 GPS测量技术设计与实施 112
7.1 GPS测量技术设计 112
7.1.1 GPS网技术设计依据 112
7.1.2 GPS网的精度设计 112
7.1.3 GPS网的基准与网形设计 114
7.2 GPS测量的测前准备与技术设计书编写 119
7.2.1 测区踏勘与资料收集 119
7.2.2 外业观测计划的拟定 119
7.2.3 仪器准备与人员组织 120
7.2.4 技术设计书的编写 122
7.3 GPS测量的实施 123
7.3.1 选点 123
7.3.2 埋设标志 123
7.3.3 观测 124
7.3.4 GPS测量的作业模式 127
7.4 GPS数据预处理与成果质量检核 130
7.4.1 GPS数据预处理 130
7.4.2 观测成果的外业检核 131
7.4.3 野外返工 132
7.5 技术总结与提交资料 133
7.5.1 技术总结 133
7.4.4 GPS网平差处理 133
7.5.2 提交资料 134
习题 134
第8章 GPS测量数据处理 135
8.1 GPS数据处理的基本步骤 135
8.1.1 数据输入 135
8.1.2 预处理 136
8.1.3 基线向量解算及网平差 137
8.2 GPS基线向量的解算 137
8.2.1 双差观测值模型 137
8.2.2 法方程组成及解算 140
8.2.3 精度评定 141
8.2.4 基线向量解算结果分析 141
8.3.1 GPS定位结果的表示方法 142
8.3 GPS定位成果的坐标转换 142
8.3.2 GPS定位成果至国家／地方参考椭球的二维转换 143
8.3.3 GPS定位成果转换至国家／地方参考椭球的三维转换 145
8.3.4 GPS定位成果转换至国家大地直角坐标系的转换 146
8.3.5 坐标转换中协因数阵的转换 147
8.4 GPS基线向量网平差 147
8.4.1 GPS基线向量网的无约束平差 148
8.4.2 GPS基线向量网的约束平差 149
8.4.3 GPS网与地面网联合平差 153
8.5 GPS高程 154
8.5.1 高程系统 154
8.5.2 GPS水准高程 155
8.5.3 GPS重力高程 157
8.5.4 GPS三角高程 158
习题 159
第9章 GPS的工程应用 160
9.1 GPS在大地控制测量中的应用 160
9.2 GPS在形变监测中的应用 161
9.2.1 GPS形变监测网的设计 162
9.2.2 GPS在大坝变形监测中的应用 164
9.2.3 GPS在高层建筑物动态位移监测中的应用 167
9.3 GPS在线路勘测中的应用 169
9.3.1 概述 169
9.3.2 GPS线路控制网的布设 170
9.3.3 GPS线路控制网的网形 170
9.3.4 内业平差优化处理的方法 170
9.4.1 概述 171
9.4 GPS在桥梁工程中的应用 171
9.4.2 润扬长江公路大桥施工控制网的建立 172
9.5 GPS在水下地形测量中的应用 175
9.5.1 概述 175
9.5.2 水下地形测量系统简介 176
习题 181
第10章 GPS/GIS技术的集成应用 182
10.1 基于GIS的GPS车辆监控系统 182
10.1.1 概述 182
10.1.2 GPS车辆监控系统的组成及工作原理 182
10.1.3 基于GIS的GPS车辆监控系统设计 183
10.1.4 GPS车辆监控系统的电子地图设计 185
10.1.5 GPS车辆监控系统属性数据库设计 187
10.2 GPS/PDA在土地变更调查中的应用 189
10.2.1 我国土地详查的历史沿革 189
10.2.2 我国土地变更调查技术的现状 190
10.2.3 GPS/PDA土地变更调查的流程 191
10.2.4 GPS基站测设方案 191
10.2.5 GPS/PDA在土地变更调查中的应用实例 193
习题 197
附录 198
附录A TGO数据处理软件及其使用 198
附录B HDS2003数据处理软件 213
附录C Trimble GPS RTK测量操作 222
参考文献 230