GPS測量原理與方法

前言

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）是美國從20世紀(jì)70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，贏得了廣大測繪工作者的信賴并成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來了一場深刻的技術(shù)革命。由于GPS技術(shù)具有全天候、高精度和自動測量的特點，作為先進(jìn)的測量手段和新的生產(chǎn)力已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的各個應(yīng)用領(lǐng)域。因此，GPS技術(shù)應(yīng)用的專業(yè)知識已成為測量工程等工科專業(yè)的學(xué)生所必修的一門課程。為了滿足高職高專院校開設(shè)GPS課程的教學(xué)需要，考慮到高職高專學(xué)生的實際情況，本教材對GPS技術(shù)用于定位的基本原理、方法和技術(shù)用通俗的語言做了介紹，重點講述了GPS測量技術(shù)的設(shè)計方法與外業(yè)測量實施的基本技能以及GPS測量數(shù)據(jù)的處理方法，以便學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，能較好地掌握GPS技術(shù)用于工程測量的基本技能，為今后從事水利工程規(guī)劃設(shè)計、勘測施工及管理打下基礎(chǔ)。

內(nèi)容概要

本教材是高職高專院校GPS測量課程教材，主要講述GPS定位原理、GPS
測量技術(shù)的設(shè)計方法與外業(yè)測量實施的基本技能以及GPS測量數(shù)據(jù)的處理方法。此外，還補(bǔ)充了GPS原始數(shù)據(jù)的解析方法，對GPS技術(shù)在工程控制測量中的應(yīng)用也作了簡要介紹。全書共分9章，第1～6章主要講解GPS技術(shù)的基本理論知識，第7章、第8章主要講解GPS測量技術(shù)的實際應(yīng)用方法，第9章為應(yīng)用介紹。
本教材可作為高職高專院校水利類、測繪類或相關(guān)專業(yè)的教材，也可作為測繪專業(yè)和從事定位與導(dǎo)航工作的科技人員及相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員的參考用書。

書籍目錄

前言
第1章 緒論
  1.1 衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展概況
  1.2 GPS的應(yīng)用
  1.3 GPS的特點
  思考題
第2章 坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)
  2.1 協(xié)議天球坐標(biāo)系
  2.2 協(xié)議地球坐標(biāo)系
  2.3 我國大地坐標(biāo)系
  2.4 WGS-84坐標(biāo)系
  2.5 坐標(biāo)系的換算
  2.6 GPS測量的時間系統(tǒng)
  思考題
第3章 衛(wèi)星運(yùn)動基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷
  3.1 概述
  3.2 衛(wèi)星的無攝運(yùn)動與受攝運(yùn)動
  3.3 GPS衛(wèi)星星歷
  3.4 GPS衛(wèi)星信號
  3.5 美國政府關(guān)于GPS衛(wèi)星信號的SA政策
  思考題
第4章 GPS測量原始數(shù)據(jù)的解析
  4.1 GPS數(shù)據(jù)的格式解析
  4.2 數(shù)據(jù)的傳輸與存儲
第5章 GPS衛(wèi)星定位原理
  5.1 概述
  5.2 偽距測量與整周模糊度的處理
  5.3 絕對定位原理
  5.4 相對定位原理
  5.5 差分定位原理
  思考題
第6章 GPS衛(wèi)星定位的誤差來源及其影響
  6.1 GPS測量的主要誤差及分類
  6.2 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差
  6.3 衛(wèi)星信號傳播誤差
  6.4 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度
  6.5 其他誤差來源
  思考題
第7章 GPS測量技術(shù)設(shè)計與外業(yè)實施
  7.1 GPS測量的技術(shù)設(shè)計
  7.2 GPS測量的技術(shù)設(shè)計書編寫及外業(yè)準(zhǔn)備
  7.3 GPS測量的外業(yè)實施
  7.4 技術(shù)總結(jié)與資料上交
  思考題
第8章 GPS測量數(shù)據(jù)處理
  8.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理
  8.2 GPS基線向量的解算
  8.3 GPS控制網(wǎng)的平差
  8.4 GPS高程
  思考題
第9章 GPS在控制測量中的應(yīng)用
  9.1 GPS在大地控制測量中的應(yīng)用
  9.2 GPS在城市控制測量中的應(yīng)用
  9.3 GPS在隧道貫通控制測量中的應(yīng)用
  9.4 GPS在橋梁施工控制測量中的應(yīng)用
  9.5 GPS在水電工程施工控制測量中的應(yīng)用
  9.6 GPS在公路施工控制測量中的應(yīng)用
  9.7 GPS在鐵路施工控制測量中的應(yīng)用

章節(jié)摘錄

插圖：（1）航路導(dǎo)航.航路主要指洋區(qū)和大陸空域航路。各種研究和實驗已經(jīng)證明，GPS和一種稱之為接收機(jī)自主完善性監(jiān)測的技術(shù)能滿足洋區(qū)航路對GPS的導(dǎo)航精度、完善性和可用性的要求，而且精度也能滿足大陸空域航路的要求，GPS和廣域增強(qiáng)系統(tǒng)也能滿足大陸空域航路對精度、完善性和可用性的要求。GPS的精度遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有任何航路用導(dǎo)航系統(tǒng)，這種精度的提高和連續(xù)性服務(wù)的改善有助于有效利用空域，實現(xiàn)最佳的空域劃分和管理、空中交通流量管理以及飛行路徑管理，為空中運(yùn)輸服務(wù)開辟了廣闊的應(yīng)用前景，同時也降低了營運(yùn)成本，保證了空中交通管制的靈活性GPS的全球、全天候、無誤差積累的特點，更是中、遠(yuǎn)程航線上目前最好的導(dǎo)航系統(tǒng)。按照國際民航組織的部署，（3PS將逐漸替代現(xiàn)有的其他無線電導(dǎo)航系統(tǒng).GPS不依賴于地面設(shè)備，可與機(jī)載計算機(jī)等其他設(shè)備一起進(jìn)行航路規(guī)劃和航路突防，為軍用飛機(jī)的導(dǎo)航增加了許多靈活性。（2）進(jìn)場及著陸。GPS及其廣域增強(qiáng)系統(tǒng)完全滿足非精密進(jìn)場及著陸對精度、完善性和可用性的要求：結(jié)合局域偽距差分技術(shù)／系統(tǒng)增強(qiáng)，能滿足各類精密進(jìn)場的要求.可以肯定，各種增強(qiáng)和組合系統(tǒng)與GPS將成為進(jìn)場及著陸的主要手段，儀表著陸將最終被取代。由于GPS著陸系統(tǒng)設(shè)備簡單、無需配置復(fù)雜的地面支持系統(tǒng)，它將適合于任何機(jī)場，包括私人機(jī)場和山區(qū)機(jī)場。理論上，GPS著陸系統(tǒng)可以引導(dǎo)飛機(jī)沿著任意一條飛行剖面和進(jìn)場路徑著陸，這就增強(qiáng)了各種機(jī)場著陸的靈活性和盲降能力。

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