GPS衛(wèi)星導航定位技術(shù)與方法

前言

全球定位系統(tǒng)（GPS）自問世以來，以其高精度、全天候、全球覆蓋和廣泛的應用前景吸引了全世界的關注，成為代替?zhèn)鹘y(tǒng)導航、定位和測時的重要手段。GPS作為實時動態(tài)定位服務的基礎平臺，是信息社會的重要基礎設施，可為測繪、交通、土建、農(nóng)林、水利、礦產(chǎn)、地質(zhì)、海洋、航空航天、國土資源、安全防衛(wèi)、防災減災、環(huán)境監(jiān)測、科學研究等諸多領域提供實時、高精度、高可靠性和高效率的空間位置信息服務。編著本書的目的是滿足GPS衛(wèi)星導航定位技術(shù)發(fā)展的需要，充分體現(xiàn)GPS理論研究和技術(shù)發(fā)展的最新成果，向廣大的工程技術(shù)人員和學生系統(tǒng)地介紹衛(wèi)星導航定位的基本理論和最新發(fā)展。本書從數(shù)據(jù)處理的角度，結(jié)合作者多年的科學研究和教學實踐的經(jīng)驗，系統(tǒng)地論述了GPS的基本原理和現(xiàn)代發(fā)展，內(nèi)容包括衛(wèi)星無線電導航定位方法、坐標與時間系統(tǒng)、衛(wèi)星軌道運動、基本觀測量與觀測方程、誤差分析與建模、靜態(tài)與實時動態(tài)定位（RTK）、周跳探測技術(shù)與模糊度解算理論、差分改正模型與編碼方法、網(wǎng)絡GPS，／RTK原理，以及衛(wèi)星測量控制網(wǎng)建網(wǎng)方法與數(shù)據(jù)處理實踐等。本書由黃丁發(fā)負責大綱的制訂和統(tǒng)稿。從構(gòu)思到編寫，編著者得到了武漢大學劉經(jīng)南院士的指導與幫助。編委會成員對大綱編寫和內(nèi)容的制訂提出了非常好的建設性意見與建議。本書相關的研究工作得到了國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目（2007AAl22315）和國家自然科學基金項目（40771173、40271091）的資助。參加部分章節(jié)相關研究工作的有李成鋼博士、李國平博士、殷海濤博士、袁林果博士和黃澤純講師等。鄧芳女士及研究生陳豪、曹利民、董興干、馮威、韓非、李萌、劉雪梅、錢文進、吳亞東和徐韶光等做了大量排版和校對工作。在此一并表示最衷心的感謝！GPS衛(wèi)星導航定位技術(shù)與方法的發(fā)展非常迅速，本書力求系統(tǒng)而全面地反映最新的研究成果，緊跟發(fā)展前沿，但由于作者水平所限，書中疏漏與不妥之處在所難免，懇切希望同行專家、學者及廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書全面系統(tǒng)地論述了全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星導航定位的理論與數(shù)據(jù)處理方法。在GPS技術(shù)的發(fā)展歷程中，數(shù)據(jù)處理與分析發(fā)揮了極其重要的作用。本書從數(shù)據(jù)處理的角度，結(jié)合作者多年科學研究和教學實踐的經(jīng)驗，理論與實際應用相結(jié)合，系統(tǒng)地論述了GPS的基本原理和現(xiàn)代發(fā)展。全書共分12章，內(nèi)容包括衛(wèi)星無線電導航定位方法、坐標與時間系統(tǒng)、衛(wèi)星軌道運動、基本觀測量與觀測方程、誤差分析與建模、靜態(tài)與實時動態(tài)定位(RTK)、周跳探測與整周模糊度解算、差分改正模型與編碼方法、網(wǎng)絡GPS／RTK原理與算法模型，以及衛(wèi)星測量控制網(wǎng)建網(wǎng)方法與數(shù)據(jù)處理實踐等。    本書可用作高等院校測繪、土木、交通、農(nóng)林、水利、地質(zhì)、礦產(chǎn)、海洋、航空航天等專業(yè)的本科生及研究生教材，同時也可供相關專業(yè)從事勘測設計、信息系統(tǒng)、位置服務與導航工作的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言第1章  全球定位系統(tǒng)概論  1.1  無線電定位原理  1.2  GPS的發(fā)展歷程  1.3  GPS的構(gòu)成及特點  1.4  GPS衛(wèi)星的信號  1.5  GPS衛(wèi)星導航電文  1.6  GPS的限制性政策第2章  坐標與時間系統(tǒng)  2.1  天球坐標系  2.2  地球坐標系  2.3  WGS84大地坐標系和我國國家大地坐標系  2.4  不同坐標系的坐標轉(zhuǎn)換  2.5  時間系統(tǒng)第3章  衛(wèi)星軌道運動及衛(wèi)星坐標計算  3.1  開普勒三大定律  3.2  衛(wèi)星軌道運動  3.3  衛(wèi)星星歷  3.4  衛(wèi)星坐標計算第4章  基本觀測量及其誤差分析  4.1  GPS基本觀測量  4.2  與衛(wèi)星有關的誤差  4.3  與信號傳播有關的誤差：電離層延遲  4.4  與信號傳播有關的誤差：對流層延遲  4.5  與接收設備有關的誤差  4.6  相對論的影響  4.7  多路徑的影響  4.8  其他誤差的影響  4.9  觀測量的線性組合第5章  GPS絕對（單點）定位  5.1  絕對定位觀測方程  5.2  偽距絕對定位數(shù)據(jù)處理與精度評定  5.3  時間傳遞與速度測量  5.4  卡爾曼濾波的應用第6章  GPS相對（差分）定位  6.1  相對（差分）定位的模式  6.2  靜態(tài)相對定位模型  6.3  動態(tài)相對定位模型  6.4  數(shù)據(jù)通信與RTCM SC-104標準第7章  GPS基線數(shù)據(jù)處理模型  7.1  觀測方程的線性化與平差模型  7.2  整周模糊度的確定方法  7.3  周跳探測與修復第8章  衛(wèi)星網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)合處理與變換  8.1  概述  8.2  GPS網(wǎng)的無約束平差  8.3  衛(wèi)星網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)合平差  8.4  GPS高程測量  8.5  網(wǎng)平差軟件與數(shù)據(jù)處理實踐第9章  GPS控制網(wǎng)建網(wǎng)與數(shù)據(jù)處理實踐  9.1  控制網(wǎng)的技術(shù)設計  9.2  GPS測量前準備工作  9.3  GPS野外數(shù)據(jù)采集與處理  9.4  GPS網(wǎng)平差與技術(shù)報告第10章  綜合衛(wèi)星定位服務網(wǎng)絡系統(tǒng)  10.1  概述  10.2  綜合衛(wèi)星定位服務網(wǎng)絡的發(fā)展現(xiàn)狀  10.3  網(wǎng)絡RTK定位技術(shù)的發(fā)展及其特點  10.4  網(wǎng)絡RTK技術(shù)的分類和系統(tǒng)組成  10.5  網(wǎng)絡RTK定位原理  10.6  網(wǎng)絡RTK定位系統(tǒng)的實現(xiàn)第11章  GPS衛(wèi)星導航定位技術(shù)的應用  11.1  GPS在科學研究中的應用  11.2  GPS在工程技術(shù)中的應用  11.3  GPS在軍事上的應用  11.4  GPS在其他領域的應用第12章  GNSS展望與現(xiàn)代化  12.1  概述  12.2  GLONASS  12.3  GALILEO系統(tǒng)  12.4  北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)  12.5  GPS現(xiàn)代化參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：目前，2000國家GPS控制網(wǎng)也已投入使用，該網(wǎng)由國家測繪局的GPS A，B級、總參測繪局的GPS一、二級網(wǎng)和中國地殼運動觀測網(wǎng)絡組成，全網(wǎng)共有2609個點。通過聯(lián)合數(shù)據(jù)處理將其歸于一個統(tǒng)一的坐標參考框架，為建立新一代的地心坐標系統(tǒng)邁出了堅實的一步。11.2.2在航空攝影測量中的應用應用航空攝影測量方法測繪地形圖，需要進行空中三角測量解決像片的坐標系問題。空中三角測量需要實測一定數(shù)量的像片控制點的地面坐標，用它求解出像片上加密點的地面坐標，最終實現(xiàn)像片測圖。在GPS技術(shù)出現(xiàn)之前，像片控制點的坐標是使用常規(guī)測量儀器進行野外測量完成的，此工作費力、費時。目前，應用GPS定位技術(shù)替代常規(guī)測量方法測定像控點已在航外控制點測量中普遍采用。GPS航外像控點聯(lián)測一般可按E級網(wǎng)的標準施測，GPS網(wǎng)可以不分級而直接聯(lián)測已知控制點，網(wǎng)中允許存在單基線。像控點聯(lián)測可以采用靜態(tài)定位、快速靜態(tài)定位及動態(tài)定位的模式進行，可以聯(lián)測一定數(shù)量的網(wǎng)點水準高程進行全網(wǎng)高程擬合，數(shù)據(jù)處理采用一般商用軟件及廣播星歷即可。雖然應用GPS可方便地得到像控點坐標，但仍需要作業(yè)員攜帶GPS接收機在野外跋山涉水，并沒有改變航測生產(chǎn)的流程，克服野外工作量大的缺點。隨著GPS技術(shù)的不斷成熟，GPS輔助空中三角測量方法應運而生。此法就是在航攝飛機上安置機載GPS接收機當作流動站，在測區(qū)的已知地面控制點上安置GPS接收機作為參考站.采用動態(tài)差分定位模式，求定攝影瞬間航攝機的三維坐標后，僅需在測區(qū)周邊或四角測定少量的地面控制點，即可完成各種精度要求的空中三角測量。由于機載GPS天線相位中心與航攝機的光學投影中心存在位置偏差，攝影瞬間與GPS定位時刻不重合，需要進行相關的改正與歸算。機載GPS天線安置在飛機的頂部，航攝機卻安置在飛機的底部，兩者的中心雖然不重合，但它們與飛機是剛性連接的，兩者的偏差可表示為像片坐標系中的三個偏心分量，并用常規(guī)方法事先測定之。GPS動態(tài)差分定位測定的是GPS觀測歷元機載GPS天線相位中心坐標，GPS輔助空中三角測量所需的是攝影機曝光瞬間的攝影機坐標，兩者在時刻上不重合，需要利用相鄰的GPS觀測歷元所測定的位置進行內(nèi)插或擬合。內(nèi)插或擬合的精度與GPS數(shù)據(jù)采樣率及內(nèi)插方法有關，數(shù)據(jù)采樣率越高，內(nèi)插或擬合的誤差越小，內(nèi)插方法采用二次多項式模型即可。

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《GPS衛(wèi)星導航定位技術(shù)與方法》力求系統(tǒng)而全面地反映最新的研究成果，緊跟發(fā)展前沿，但由于作者水平所限，書中疏漏與不妥之處在所難免，懇切希望同行專家、學者及廣大讀者批評指正。

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