GPS衛(wèi)星導(dǎo)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(yīng)用前景吸引了全世界的關(guān)注，成為代替?zhèn)鹘y(tǒng)導(dǎo)航、定位和測(cè)時(shí)的重要手段。GPS作為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位服務(wù)的基礎(chǔ)平臺(tái)，是信息社會(huì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，可為測(cè)繪、交通、土建、農(nóng)林、水利、礦產(chǎn)、地質(zhì)、海洋、航空航天、國(guó)土資源、安全防衛(wèi)、防災(zāi)減災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、高精度、高可靠性和高效率的空間位置信息服務(wù)。編著本書的目的是滿足GPS衛(wèi)星導(dǎo)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(xué)生系統(tǒng)地介紹衛(wèi)星導(dǎo)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(xué)研究和教學(xué)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，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(dǎo)航定位方法、坐標(biāo)與時(shí)間系統(tǒng)、衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)、基本觀測(cè)量與觀測(cè)方程、誤差分析與建模、靜態(tài)與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）、周跳探測(cè)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(luò)GPS，／RTK原理，以及衛(wèi)星測(cè)量控制網(wǎng)建網(wǎng)方法與數(shù)據(jù)處理實(shí)踐等。本書由黃丁發(fā)負(fù)責(zé)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(xué)劉經(jīng)南院士的指導(dǎo)與幫助。編委會(huì)成員對(duì)大綱編寫和內(nèi)容的制訂提出了非常好的建設(shè)性意見與建議。本書相關(guān)的研究工作得到了國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2007AAl22315）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40771173、40271091）的資助。參加部分章節(jié)相關(guān)研究工作的有李成鋼博士、李國(guó)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(jìn)、吳亞東和徐韶光等做了大量排版和校對(duì)工作。在此一并表示最衷心的感謝！GPS衛(wèi)星導(dǎo)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(xué)者及廣大讀者批評(píng)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(dǎo)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(xué)研究和教學(xué)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，理論與實(shí)際應(yīng)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(dǎo)航定位方法、坐標(biāo)與時(shí)間系統(tǒng)、衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)、基本觀測(cè)量與觀測(cè)方程、誤差分析與建模、靜態(tài)與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)、周跳探測(cè)與整周模糊度解算、差分改正模型與編碼方法、網(wǎng)絡(luò)GPS／RTK原理與算法模型，以及衛(wèi)星測(cè)量控制網(wǎng)建網(wǎng)方法與數(shù)據(jù)處理實(shí)踐等。    本書可用作高等院校測(cè)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(shí)也可供相關(guān)專業(yè)從事勘測(cè)設(shè)計(jì)、信息系統(tǒng)、位置服務(wù)與導(dǎo)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(diǎn)  1.4  GPS衛(wèi)星的信號(hào)  1.5  GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文  1.6  GPS的限制性政策第2章  坐標(biāo)與時(shí)間系統(tǒng)  2.1  天球坐標(biāo)系  2.2  地球坐標(biāo)系  2.3  WGS84大地坐標(biāo)系和我國(guó)國(guó)家大地坐標(biāo)系  2.4  不同坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換  2.5  時(shí)間系統(tǒng)第3章  衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)及衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算  3.1  開普勒三大定律  3.2  衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)  3.3  衛(wèi)星星歷  3.4  衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算第4章  基本觀測(cè)量及其誤差分析  4.1  GPS基本觀測(cè)量  4.2  與衛(wèi)星有關(guān)的誤差  4.3  與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差：電離層延遲  4.4  與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差：對(duì)流層延遲  4.5  與接收設(shè)備有關(guān)的誤差  4.6  相對(duì)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(cè)量的線性組合第5章  GPS絕對(duì)（單點(diǎn)）定位  5.1  絕對(duì)定位觀測(cè)方程  5.2  偽距絕對(duì)定位數(shù)據(jù)處理與精度評(píng)定  5.3  時(shí)間傳遞與速度測(cè)量  5.4  卡爾曼濾波的應(yīng)用第6章  GPS相對(duì)（差分）定位  6.1  相對(duì)（差分）定位的模式  6.2  靜態(tài)相對(duì)定位模型  6.3  動(dòng)態(tài)相對(duì)定位模型  6.4  數(shù)據(jù)通信與RTCM SC-104標(biāo)準(zhǔn)第7章  GPS基線數(shù)據(jù)處理模型  7.1  觀測(cè)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(cè)與修復(fù)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(cè)量  8.5  網(wǎng)平差軟件與數(shù)據(jù)處理實(shí)踐第9章  GPS控制網(wǎng)建網(wǎng)與數(shù)據(jù)處理實(shí)踐  9.1  控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)  9.2  GPS測(cè)量前準(zhǔn)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(bào)告第10章  綜合衛(wèi)星定位服務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)  10.1  概述  10.2  綜合衛(wèi)星定位服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀  10.3  網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)的發(fā)展及其特點(diǎn)  10.4  網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的分類和系統(tǒng)組成  10.5  網(wǎng)絡(luò)RTK定位原理  10.6  網(wǎng)絡(luò)RTK定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)第11章  GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的應(yīng)用  11.1  GPS在科學(xué)研究中的應(yīng)用  11.2  GPS在工程技術(shù)中的應(yīng)用  11.3  GPS在軍事上的應(yīng)用  11.4  GPS在其他領(lǐng)域的應(yīng)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(dǎo)航系統(tǒng)  12.5  GPS現(xiàn)代化參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：目前，2000國(guó)家GPS控制網(wǎng)也已投入使用，該網(wǎng)由國(guó)家測(cè)繪局的GPS A，B級(jí)、總參測(cè)繪局的GPS一、二級(jí)網(wǎng)和中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)組成，全網(wǎng)共有2609個(gè)點(diǎn)。通過聯(lián)合數(shù)據(jù)處理將其歸于一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)參考框架，為建立新一代的地心坐標(biāo)系統(tǒng)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。11.2.2在航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用應(yīng)用航空攝影測(cè)量方法測(cè)繪地形圖，需要進(jìn)行空中三角測(cè)量解決像片的坐標(biāo)系問題?？罩腥菧y(cè)量需要實(shí)測(cè)一定數(shù)量的像片控制點(diǎn)的地面坐標(biāo)，用它求解出像片上加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)像片測(cè)圖。在GPS技術(shù)出現(xiàn)之前，像片控制點(diǎn)的坐標(biāo)是使用常規(guī)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行野外測(cè)量完成的，此工作費(fèi)力、費(fèi)時(shí)。目前，應(yīng)用GPS定位技術(shù)替代常規(guī)測(cè)量方法測(cè)定像控點(diǎn)已在航外控制點(diǎn)測(cè)量中普遍采用。GPS航外像控點(diǎn)聯(lián)測(cè)一般可按E級(jí)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)施測(cè)，GPS網(wǎng)可以不分級(jí)而直接聯(lián)測(cè)已知控制點(diǎn)，網(wǎng)中允許存在單基線。像控點(diǎn)聯(lián)測(cè)可以采用靜態(tài)定位、快速靜態(tài)定位及動(dòng)態(tài)定位的模式進(jìn)行，可以聯(lián)測(cè)一定數(shù)量的網(wǎng)點(diǎn)水準(zhǔn)高程進(jìn)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(yīng)用GPS可方便地得到像控點(diǎn)坐標(biāo)，但仍需要作業(yè)員攜帶GPS接收機(jī)在野外跋山涉水，并沒有改變航測(cè)生產(chǎn)的流程，克服野外工作量大的缺點(diǎn)。隨著GPS技術(shù)的不斷成熟，GPS輔助空中三角測(cè)量方法應(yīng)運(yùn)而生。此法就是在航攝飛機(jī)上安置機(jī)載GPS接收機(jī)當(dāng)作流動(dòng)站，在測(cè)區(qū)的已知地面控制點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)作為參考站.采用動(dòng)態(tài)差分定位模式，求定攝影瞬間航攝機(jī)的三維坐標(biāo)后，僅需在測(cè)區(qū)周邊或四角測(cè)定少量的地面控制點(diǎn)，即可完成各種精度要求的空中三角測(cè)量。由于機(jī)載GPS天線相位中心與航攝機(jī)的光學(xué)投影中心存在位置偏差，攝影瞬間與GPS定位時(shí)刻不重合，需要進(jìn)行相關(guān)的改正與歸算。機(jī)載GPS天線安置在飛機(jī)的頂部，航攝機(jī)卻安置在飛機(jī)的底部，兩者的中心雖然不重合，但它們與飛機(jī)是剛性連接的，兩者的偏差可表示為像片坐標(biāo)系中的三個(gè)偏心分量，并用常規(guī)方法事先測(cè)定之。GPS動(dòng)態(tài)差分定位測(cè)定的是GPS觀測(cè)歷元機(jī)載GPS天線相位中心坐標(biāo)，GPS輔助空中三角測(cè)量所需的是攝影機(jī)曝光瞬間的攝影機(jī)坐標(biāo)，兩者在時(shí)刻上不重合，需要利用相鄰的GPS觀測(cè)歷元所測(cè)定的位置進(jìn)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(guān)，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(xiàng)式模型即可。

編輯推薦

《GPS衛(wèi)星導(dǎo)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(xué)者及廣大讀者批評(píng)指正。

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