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第一编GPS定位原理、方法与数学模型3

第1章 绪论3

1.1全球定位系统的产生与发展3

1.1.1子午卫星系统及其局限性3

1.1.2全球定位系统的产生和发展5

1.2美国政府的GPS政策6

1.2.1早期的GPS政策6

1. 2. 2 GPS政策的变化8

1.3其他卫星导航定位系统概况9

1.3.1全球导航卫星系统（GNSS）9

1.3.2区域性卫星导航定位系统12

第2章GPS测量中所涉及的时间系统和坐标系统15

2.1有关时间系统的一些基本概念15

2.2恒星时与太阳时18

2.3原子时、协调世界时与GPS时20

2.4建立在相对论框架下的时间系统23

2. 5 GPS中涉及的一些长时间计时方法25

2.6天球坐标系28

2.6.1岁差28

2.6.2章动31

2.6.3天球坐标系32

2.7地球坐标系34

2.7.1极移34

2.7.2瞬时（真）地球坐标系34

2.7.3协议地球坐标系34

2. 8 ITRS与GCRS之间的坐标转换37

第3章 全球定位系统的组成及信号结构40

3.1全球定位系统的组成40

3.1.1空间部分40

3.1.2地面监控部分43

3.1.3用户部分45

3.2载波与测距码47

3.2.1载波47

3.2.2 测 距码47

3.3导航电文55

3.3.1导航电文的总体结构56

3.3.2第1子帧（第一数据块）56

3.3.3第2、3子帧（第二数据块）63

3.3.4第4、5子帧（第三数据块）66

3.4卫星信号调制70

3. 5 GPS卫星位置的计算71

3.5.1用广播星历计算卫星位置71

3.5.2用精密星历计算卫星位置74

第4章GPS定位中的误差源75

4.1概述75

4.1.1误差分类75

4.1.2消除或削弱上述误差影响的方法和措施76

4.2相对论效应77

4.2.1近似公式77

4.2.2严格公式79

4.2.3需要说明的几个问题80

4.3钟误差80

4.3. 1卫星钟误差80

4.3.2由于信号在卫星内的群延差而引起的卫星钟改正81

4.3.3接收机钟误差82

4.3.4在GPS测量中处理钟差的几种方法83

4.4卫星星历误差84

4.4. 1 GPS卫星的广播星历和精密星历84

4.4.2国际GNSS 服务86

4.4. 3 IGS的产品及其精度87

4.4.4星历误差对定位的影响89

4.4.5消除和削弱星历误差影响的方法和措施91

4.5电离层延迟92

4.5.1电离层的概况92

4.5.2电离层模型和经验改正公式97

4.5.3双频改正模型99

4.5.4利用GNSS双频观测资料建立VTEC模型102

4.5.5利用三频观测值进行电离层延迟改正105

4.6对流层延迟107

4.6.1基本原理107

4.6.2普通GPS测量中常用的几种对流层延迟模型108

4.6.3高精度GPS测量时所用的对流层延迟改正方法112

4.6.4投影函数113

4.7多路径误差116

4.8其他误差改正120

4.8.1地球自转改正120

4.8.2天线相位缠绕120

4.8.3天线相位中心的误差121

第5章 距离测量与定位方法126

5.1利用测距码测定卫地距126

5.2载波相位测量131

5. 2.1概论131

5.2.2载波相位测量原理133

5.2.3载波相位测量的实际观测值133

5.2.4载波相位测量的观测方程135

5.3单差、双差、三差观测值136

5.4其他一些常用的线性组合观测值141

5.4.1同类型不同频率观测值的线性组合141

5.4.2不同类型观测值的线性组合142

5.5周跳的探测及修复143

5.5.1产生整周跳变的原因144

5.5.2周跳的探测及修复145

5.6整周模糊度的确定149

5.6.1静态定位中常用的方法150

5.6.2快速定位中常用的方法152

5.6.3动态定位中常用的方法158

5.7单点定位160

5.7.1坐标系160

5.7.2用测码伪距观测值进行单点定位160

5.7.3精密单点定位162

5. 8相对定位162

5. 8. 1 GPS定位中的几个基本术语162

5.8.2静态相对定位163

5.8.3动态相对定位166

5. 8. 4 RTK168

5.9网络RTK及连续运行参考系统CORS169

5.9.1.网络RTK169

5.9.2连续运行参考系统171

5.10差分GPS173

5.10.1概况173

5.10.2差分GPS原理173

5.10.3差分GPS的分类175

5.10.4差分GPS的新进展180

第6章 全球定位系统的应用181

6. 1 GPS在测量领域中的应用181

6. 1. 1 GPS在大地测量与地球动力学中的应用181

6.1.2 GPS在工程测量中的应用182

6.1. 3 GPS在航测和遥感中的应用183

6.1.4 GPS在地籍测量及地形测量中的应用184

6. 2 GPS在军事中的应用184

6. 3 GPS在交通运输业中的应用185

6.4 GPS在大气科学中的应用186

6. 5 GPS在其他领域中的应用188

第二编GPS测量与数据处理193

第7章GPS网及其建立193

7.1 GPS网193

7. 1. 1 GPS静态测量的特点193

7.1.2 GPS网194

7.2 GPS网的建立过程195

7.2.1设计准备196

7.2.2测量实施196

7.2.3数据处理197

7.3 GPS测量中的几个基本概念197

7.3.1观测时段198

7.3.2同步观测198

7.3.3基线向量198

7.3.4复测基线及其长度较差198

7.3.5闭合环及环闭合差198

7.3.6同步观测环和同步环检验199

7.3.7独立基线向量199

7.3.8独立观测环和独立环检验199

7. 4 GPS网的质量及质量控制201

7. 4. 1 GPS网的质量201

7.4.2 GPS网的质量控制201

7.4. 3 GPS网质量的影响因素201

第8章GPS测量的技术设计203

8.1概述203

8.1.1技术设计及其作用203

8.1.2技术设计的依据203

8. 2 GPS网的精度和密度设计204

8. 2. 1 GPS测量的等级及其用途204

8. 2. 2 GPS测量的精度及密度指标204

8. 2. 3 GPS网的精度和密度设计206

8. 3 GPS网的基准设计206

8. 3. 1 GPS网的基准设计206

8.3.2最小约束平差与约束平差207

8. 4 GPS网的布网形式208

8.4.1跟踪站式208

8.4.2会战式208

8.4.3多基准站式209

8.4.4同步图形扩展式209

8.4.5单基准站式210

8. 5 GPS网的图形设计211

8.5.1三角形网211

8.5.2多边形网211

8.5.3附合导线网211

8.5.4星形图213

8. 6 GPS网的设计准则213

8.6.1网形与GPS网质量的关系213

8.6.2提高 GPS网质量的方法214

8.6.3起算数据的选取与分布215

8. 7 GPS网的设计指标215

8. 7. 1 GPS网的特征值216

8.7.2效率指标217

8.7.3可靠性指标217

8.7.4精度指标217

8.8技术设计书的编写218

第9章GPS测量的外业219

9.1选点与埋石219

9.1.1选点准备219

9. 1. 2选点219

9. 1 .3 埋石220

9.2接收机的维护和保养222

9.3接收机的检验223

9.3.1一般性检视223

9.3.2通电检验223

9.3.3附件检验223

9.3.4试测检验223

9.3.5接收机的检验要求225

9.3.6野外检定场226

9.4观测方案设计226

9.4.1基本技术要求226

9.4.2观测方案内容227

9.5作业调度228

9.5.1作业调度的内容228

9.5.2同步图形的连接方式230

9.5.3迁站方案231

9.6观测作业233

9.6.1准备工作233

9.6.2观测作业234

9.6.3 记录234

9.6.4外业观测成果的质量检核236

9.6.5补测和重测237

9.7成果验收和上交资料237

9.7.1成果验收237

9.7.2上交资料238

9.8外业进度估算及项目成本预算238

9.8.1外业进度估算238

9.8.2项目成本预算239

第10章GPS测量中的数据格式240

10. 1 RINEX格式240

10.1.1概述240

10.1.2文件类型及命名规则240

10.1.3文件结构及特点241

10. 1. 4 RINEX 2. 10格式说明242

10. 1. 5 RINEX格式文件实例255

10.2 SP3精密星历数据格式261

10.2.1概述261

10. 2. 2 SP3格式文件实例262

10.2.3 SP3格式定义及说明262

第11章GPS基线解算275

11.1概述275

11.2基线的解算模式276

11.2.1基线向量解276

11.2.2单基线解模式278

11.2.3多基线解模式279

11.2.4整体解／战役模式280

11.3基线解算的过程及结果281

11.3.1 GPS基线解算的过程281

11.3.2基线解的输出结果282

11.4基线解算的质量控制282

11.4.1质量的控制指标282

11.4.2质量的参考指标285

11.4.3基线的精化处理286

第12章GPS网平差290

12.1网平差的类型及作用290

12.1.1网平差的目的290

12.1.2网平差的类型290

12.2网平差的流程292

12.2.1网平差的整体流程292

12.2.2无约束平差的流程293

12.2.3约束平差的流程294

12.2.4联合平差的流程294

12.3网平差原理及质量控制296

12.3.1基本数学模型296

12.3.2三维无约束平差305

12.3.3三维约束平差308

12.3.4三维联合平差312

12.4采用GPS技术建立独立坐标系313

12.4.1独立坐标系313

12.4.2建立独立坐标系基本方法314

12.4.3投影面的转换315

12.4.4坐标的相似变换317

12. 5 GPS高程测量317

12.5. 1高程系统及其相互关系318

12. 5. 2 GPS水准321

附录1调制在L2 C码上的导航电文CNAV327

附录2引用的缩写词350

参考文献352