GPS精密定位定軌后處理

前言

GPS（Global Positioning System），又稱全球定位系統(tǒng)，是由美國國防部組織研制和實(shí)施的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它具有全球性、全天候、全方位、連續(xù)、快速、實(shí)時(shí)等高精度的三維導(dǎo)航、定位、授時(shí)功能。該系統(tǒng)自從其運(yùn)行以來，廣泛的應(yīng)用于海、陸、空各領(lǐng)域，并滿足其各個(gè)部門的導(dǎo)航與定位需求，對(duì)我國的國防建設(shè)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)及社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。隨著選擇可用性（Selective Availability，SA）政策的取消，GPS應(yīng)用的廣度和深度得到了很大的改善。目前，歐洲大陸、美國本土等民間組織紛紛建立起研究機(jī)構(gòu)，探索進(jìn)一步提高GPS定位精度的途徑，其中最為集中的觀點(diǎn)在于建立自身的定軌中心，在美國控制范圍以外獨(dú)立地進(jìn)行GPS的定軌工作。這種需求極大地推動(dòng)了衛(wèi)星精密定位定軌技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)星載GPS低軌衛(wèi)星（包括重力衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星等）的定軌是目前國際上研究的一個(gè)熱點(diǎn)。衛(wèi)星精密定軌是衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，沒有先進(jìn)的定軌技術(shù)和相應(yīng)的軟件為依托來獲得高精度軌道，就不可能進(jìn)行精密定位和開拓其他領(lǐng)域的應(yīng)用。我國衛(wèi)星定位技術(shù)的應(yīng)用已有20多年的歷史，但是目前衛(wèi)星的精密定位定軌還主要依靠引進(jìn)的軟件，這種依賴國外軟件的狀況很難取得突破性的創(chuàng)新成果。只依靠國外軟件已無法滿足我國快速發(fā)展的衛(wèi)星技術(shù)的實(shí)際需要，也不利于國防安全的保障，因此，需要盡快開發(fā)具有我國特色和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星精密定位、定軌軟件系統(tǒng)。與此同時(shí)，我國已計(jì)劃在不久的將來發(fā)射自己的重力衛(wèi)星，因此對(duì)低軌衛(wèi)星的定軌問題需要重點(diǎn)研究。本書在作者博士論文的基礎(chǔ)上，并結(jié)合所承擔(dān)的國家863 計(jì)劃.劃項(xiàng)目（2006AA12Z323）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40774008）和所參與的國家973計(jì)劃項(xiàng)目（2006CB701301）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40574005）的研究，盡力探討衛(wèi)星精密定位定軌的后處理部分，主要是研究利用單天解的軌道和基線處理結(jié)果進(jìn)行多類參數(shù)（測(cè)站坐標(biāo)參數(shù)、測(cè)站速度參數(shù)、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)、定軌參數(shù)等）的聯(lián)合估計(jì)和軌道綜合問題。

內(nèi)容概要

本書主要就高精度GPS定位定軌后處理所涉及的核心算法以及實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究。主要解決利用單天解的軌道和基線處理結(jié)果進(jìn)行多類參數(shù)（測(cè)站坐標(biāo)參數(shù)、測(cè)站速度參數(shù)、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)、定軌參數(shù)等）的聯(lián)合估計(jì)和軌道綜合問題。提出利用SINEX文件作為GPS精密定位定軌后處理的主要輸入文件，討論了SINEX文件結(jié)構(gòu)及其與法方程的相互轉(zhuǎn)換問題；提出直接以所涉及的測(cè)站坐標(biāo)信息、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)信息等為觀測(cè)量的基于坐標(biāo)模式的廣義網(wǎng)平差模型；從隨機(jī)模型誤差和函數(shù)模型誤差兩個(gè)方面，對(duì)參數(shù)估計(jì)中先驗(yàn)約束的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析；以附加約束條件的間接平差模型為例，推導(dǎo)了附加額外約束條件對(duì)平差結(jié)果的影響，并以平差后的單位權(quán)中誤差減小為條件，分析了附加額外約束產(chǎn)生增益的條件；重點(diǎn)研究了基于坐標(biāo)模式的測(cè)站坐標(biāo)參數(shù)、測(cè)站速度參數(shù)、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的估計(jì)問題，并編制了相應(yīng)的程序；采用軌道疊加的方法，對(duì)利用單天解軌道合成多天解軌道算法進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo)，并通過算例證明了軌道綜合對(duì)提高軌道產(chǎn)品精度的有效性?！　”緯蔀閺氖麓蟮販y(cè)量，尤其是GPS數(shù)據(jù)處理相關(guān)的研究人員和大專院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。

作者簡(jiǎn)介

姚宜斌，1976年1月出生于湖北宜都，1993年考入武漢測(cè)繪科技大學(xué)工程測(cè)量系，2000年獲武漢測(cè)繪科技大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位，2004年獲武漢大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位。2007年破格晉升為武漢大學(xué)教授?，F(xiàn)任武漢大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。
　　主要從事測(cè)量數(shù)據(jù)處理理論、高精度GPS數(shù)據(jù)處理與

書籍目錄

第1章 緒論　1.1 引言　1.2 GPS定位定軌后處理研究現(xiàn)狀　1.3 本書的主要研究?jī)?nèi)容　1.4 本章小節(jié)第2章 基于坐標(biāo)模式的廣義網(wǎng)平差模型　2.1 SINEX文件格式及其向法方程的轉(zhuǎn)換　2.2 基于基線模式的GPS網(wǎng)平差模型　2.3 基于坐標(biāo)模式的廣義網(wǎng)平差模型　2.4 基于坐標(biāo)模式的廣義網(wǎng)平差參數(shù)估計(jì)　2.5 坐標(biāo)模式下的廣義網(wǎng)平差原理　2.6 坐標(biāo)模式下的粗差問題　2.7 坐標(biāo)模式下的系統(tǒng)誤差問題　2.8 本章小結(jié)　第3章 參數(shù)估計(jì)中先驗(yàn)約束的影響分析　3.1 附加先驗(yàn)約束的參數(shù)估計(jì)模型　3.2 先驗(yàn)約束不當(dāng)對(duì)平差結(jié)果的影響　3.3 先驗(yàn)約束的消除　3.4 附加額外約束條件對(duì)平差結(jié)果的影響　3.5 本章小結(jié)第4章 基于坐標(biāo)模式的廣義網(wǎng)平差的算法實(shí)現(xiàn)　4.1 多類參數(shù)聯(lián)合估計(jì)方法　4.2 參數(shù)預(yù)消除　4.3 參數(shù)轉(zhuǎn)換的原理及應(yīng)用　4.4 參數(shù)的約束與基準(zhǔn)的引入　4.5 待估參數(shù)的快速解算方法　4.6 本章小結(jié)第5章 坐標(biāo)參數(shù)、速度參數(shù)、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)估計(jì)　5.1 測(cè)站坐標(biāo)參數(shù)估計(jì)　5.2 測(cè)站速度參數(shù)估計(jì)模型　5.3 測(cè)站速度參數(shù)估計(jì)的若干問題　5.4 測(cè)站速度參數(shù)的周期性分析　5.5 地球自轉(zhuǎn)參數(shù)估計(jì)  5.6 本章小結(jié)第6章 軌道綜合原理及其實(shí)現(xiàn)　6.1 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)概述　6.2 軌道參數(shù)與軌道合成方案　6.3 連續(xù)單天解弧段合成多天解弧段　6.4 連續(xù)單天解弧段合成多天解弧段的算例分析　6.5 利用動(dòng)力平滑的方法進(jìn)行簡(jiǎn)化的軌道合成　6.6 不同分析中心處理的多天解弧段的合成　6.7 本章小結(jié)

章節(jié)摘錄

插圖：眾所周知，GPS廣泛地應(yīng)用于大規(guī)模的測(cè)量控制網(wǎng)的建立和區(qū)域坐標(biāo)框架的維護(hù)等基礎(chǔ)測(cè)繪工作中，這必然涉及不同時(shí)期、不同規(guī)模的GPS網(wǎng)觀測(cè)結(jié)果的聯(lián)結(jié)和GPS網(wǎng)觀測(cè)結(jié)果與常規(guī)地面觀測(cè)結(jié)果的統(tǒng)一處理問題。由于各GPS子網(wǎng)或附加的地面觀測(cè)值可能已經(jīng)經(jīng)過平差處理，其平差后的測(cè)站坐標(biāo)和協(xié)方差是已知的，而原始觀測(cè)信息沒有保留，因此傳統(tǒng)的以基線為觀測(cè)量的平差方法不一定方便處理，而以坐標(biāo)為平差觀測(cè)量進(jìn)行處理反而更能方便地利用已有的信息和結(jié)果。其次，自20世紀(jì)70年代以來，天文大地網(wǎng)與空間網(wǎng)聯(lián)合平差一直是大地測(cè)量研究的重要課題之一，聯(lián)合平差的主要目的是利用空間網(wǎng)加強(qiáng)天文大地網(wǎng)和建立地心坐標(biāo)系。洲級(jí)或者國家級(jí)大地網(wǎng)聯(lián)合平差的例子首推70年代到80年代北美大地網(wǎng)重新平差和歐洲三角網(wǎng)重新平差（第三階段），其次應(yīng)推俄羅斯1995-1996年進(jìn)行的衛(wèi)星網(wǎng)與天文大地網(wǎng)的聯(lián)合平差，作為這些平差的結(jié)果，建立了大地測(cè)量基準(zhǔn)NAD83、ED87和SK-95。20世紀(jì)90年代初，我國基于上述考慮，提出天文大地網(wǎng)與空間網(wǎng)的聯(lián)合平差方案。主要依據(jù)是截止到70年代，我國已建成包括5000 km特級(jí)導(dǎo)線在內(nèi)的全國天文大地網(wǎng)，1982年完成的包括約5萬個(gè)點(diǎn)的全國天文大地網(wǎng)的整體平差為大規(guī)模平差積累了經(jīng)驗(yàn)，90年代初基本建成的國家大地網(wǎng)數(shù)據(jù)庫為聯(lián)合平差提供了重要的支撐。自1992年以來，我國先后建立了多個(gè)大尺度的高精度GPS網(wǎng)，包括國家高精度GPSA級(jí)網(wǎng)、中國地殼運(yùn)動(dòng)GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)、青藏高原地殼形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)、華北網(wǎng)、東南沿海GPS網(wǎng)、新疆網(wǎng)等，特別是隨著“2000國家GPS大地控制網(wǎng)”項(xiàng)目的完成，目前我國已經(jīng)有2 800多個(gè)高精度的GPS網(wǎng)點(diǎn)，這些空間數(shù)據(jù)網(wǎng)的建立成為聯(lián)合平差的基礎(chǔ)。

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《GPS精密定位定軌后處理》由測(cè)繪科技專著出版基金資助。

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