基础篇 1
1绪论 3
1.1 GPS概况与发展历程 3
1.1.1早期的卫星定位技术 3
1.1.2全球定位系统（GPS）发展历程 6
1.1.3美国政府GPS政策与现代化进程 7
1.2 GPS组成及特点 9
1.2.1 GPS的组成 9
1.2.2 GPS的特点 14
1.3其他卫星导航定位系统 16
1.3.1全球导航卫星系统（GLONASS） 16
1.3.2伽利略卫星导航定位系统（GALILEO） 18
1.3.3北斗卫星导航系统（BDS或COMPASS） 18
2GPS坐标系统和时间系统 21
2.1天球坐标系 21
2.1.1天球的基本概念 21
2.1.2天球坐标系分类 23
2.2地球坐标系 23
2.2.1常用地球坐标系形式 23
2.2.2参心坐标系和地心坐标系 24
2.3协议坐标系 24
2.3.1协议天球坐标系 25
2.3.2协议地球坐标系 25
2.3.3协议天球坐标系与协议地球坐标系的转换 26
2.4 GPS常用坐标系统与高程系统 27
2.4.1 WGS-84坐标系 27
2.4.2 ITRF（国际地球参考框架） 27
2.4.3我国常用大地坐标系 28
2.4.4地方独立坐标系 29
2.4.5 GPS高程系统 30
2.5 GPS坐标转换与基准转换 32
2.5.1坐标转换 32
2.5.2基准转换 35
2.6时间系统 37
2.6.1时间系统概述 37
2.6.2世界时系统 37
2.6.3原子时（AtomicTime，AT） 38
2.6.4力学时（DynamicalTime，DT） 38
2.6.5协调世界时 39
2.6.6 GPS时间系统 40
原理篇 43
3GPS卫星运动与信号构成 45
3.1卫星的无摄运动 45
3.1.1概述 45
3.1.2开普勒定律 46
3.1.3真近点角fs 48
3.2卫星的受摄运动 49
3.2.1卫星运动的摄动力 49
3.2.2地球引力场摄动力对卫星轨道的影响 49
3.2.3日、月引力对卫星轨道摄动影响 50
3.2.4太阳光压对卫星轨道的影响 50
3.2.5其他摄动力对卫星轨道的影响 50
3.3 GPS卫星星历及卫星位置计算 51
3.3.1预报星历 51
3.3.2后处理星历 51
3.3.3 GPS卫星位置计算 52
3.4 GPS卫星信号 53
3.4.1测距码 54
3.4.2载波 55
3.4.3导航电文 55
4GPS定位误差 58
4.1 GPS定位误差概述 58
4.1.1 GPS定位误差分类 58
4.1.2消除或削弱误差影响的方法和措施 59
4.2与卫星有关的误差 60
4.2.1卫星时钟误差 60
4.2.2卫星星历误差 60
4.2.3相对论效应误差 62
4.3与信号传播有关的误差 63
4.3.1电离层折射误差 63
4.3.2对流层折射误差 65
4.3.3多路径效应 67
4.4与接收机有关的误差 69
4.4.1接收机时钟误差 69
4.4.2接收机位置误差 69
4.4.3接收机天线相位中心位置误差 70
4.5其他误差 70
4.5.1地球自转的影响 70
4.5.2地球潮汐的影响 71
4.5.3引力延迟 72
5GPS定位原理 74
5.1 GPS观测值及组合 74
5.1.1码伪距观测值 74
5.1.2载波相位观测值 74
5.1.3多普勒观测值 75
5.1.4组合观测值 75
5.2单点定位 78
5.2.1伪距单点定位 78
5.2.2精密单点定位 80
5.2.3单点定位的定位精度的评价 81
5.3相对定位 82
5.3.1静态相对定位 83
5.3.2动态相对定位 84
5.3.3周跳探测与修复方法 84
5.3.4整周未知数的确定方法 87
5.4差分GPS定位 91
5.4.1差分GPS原理 91
5.4.2实时动态差分定位技术（RTK） 94
5.4.3连续运行参考站（CORS） 95
应用篇 99
6水电站堆石坝心墙碾压过程监测与质量评价应用 101
6.1引言 101
6.2GPS支持下的心墙碾压过程监测与质量评价相关技术设计 102
6.2.1总体技术路线 102
6.2.2监测指标体系设计 103
6.2.3监测硬件平台设计 104
6.2.4监测软件系统设计 106
6.2.5监测数据库结构设计 108
6.2.6相关重要算法设计 109
6.3应用案例——大渡河瀑布沟水电站大坝心墙碾压过程监测与质量评价系统 112
6.3.1工程概况 112
6.3.2硬件组装与校核 113
6.3.3软件系统的开发 116
6.3.4系统应用情况 118
7高速客运专线施工控制网监测应用 121
7.1引言 121
7.2高速客运专线施工控制网监测技术 122
7.2.1控制网选点 122
7.2.2标石埋设 122
7.2.3控制网图形设计 123
7.2.4外业观测实施 124
7.2.5内业数据处理 126
7.3应用案例——石武客专郑州至武汉段精密工程控制测量 129
7.3.1工程概况 129
7.3.2外业实施 130
7.3.3测量数据处理 131
7.4应用展望 137
8大型桥梁施工期安全监测与应急救援应用 139
8.1引言 139
8.2桥梁施工安全监测技术 141
8.2.1基于GPS的桥梁安全监测方法 141
8.2.2桥梁建设危险源分析 142
8.2.3应急救援预案研究 143
8.3应用案例——武汉二七长江大桥施工期安全监测与应急救援系统 144
8.3.1工程概况 144
8.3.2系统功能 145
8.3.3系统实现 146
8.3.4应用展望 152
参考文献 154