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第1章 全球导航卫星系统概论 1

1.1 无线电定位的基本方法 1

1.1.1 测边交会定位 1

1.1.2 双曲线定位 2

1.1.3 多普勒定位 2

1.2 GPS系统 3

1.2.1 系统组成 5

1.2.2 系统特点 5

1.2.3 系统的现代化计划 7

1.3 GLONASS系统 7

1.3.1 系统概述 8

1.3.2 系统结构 9

1.3.3 系统现代化计划 10

1.4 北斗导航卫星系统（BDS系统） 10

1.4.1 系统概述 11

1.4.2 系统组成 12

1.4.3 系统服务 12

1.4.4 系统的发展状况 13

1.5 Galileo系统 14

1.5.1 系统概述 14

1.5.2 系统结构和组成 14

1.5.3 系统服务与预期性能 16

1.5.4 系统开发计划 17

第2章 坐标与时间系统 18

2.1 天球坐标系与地球坐标系 18

2.1.1 天球概述 18

2.1.2 天球坐标系及其转换模型 20

2.1.3 极移与国际协议地极原点 23

2.1.4 地球坐标系及其转换模型 24

2.1.5 瞬时极（真）天球坐标系到瞬时极（真）地球坐标系的转换模型 26

2.2 几种常用坐标系 28

2.2.1 国际地球参考框架（ITRF） 28

2.2.2 GPS系统的WGS-84大地坐标系 28

2.2.3 GLONASS系统的PZ-90大地坐标系 29

2.2.4 Galileo系统的GTRF大地坐标系 30

2.2.5 北斗系统的CGCS2000（国家大地坐标系） 30

2.2.6 空间直角坐标系间的转换 31

2.3 时间系统 32

2.3.1 世界时系统 32

2.3.2 原子时（Atomic Time,AT） 33

2.3.3 力学时（Dynamie Time,DT） 34

2.3.4 协调世界时（Coordinated Universal Time,UTC） 35

2.3.5 GPS时间系统（GPST） 35

2.3.6 GLONASS时间系统（GLONASST） 36

2.3.7 GALILEO时间系统（GST） 37

2.3.8 北斗时间系统（The BeiDou Time） 37

2.4 时间标示法 37

2.4.1 历法（Calendar） 37

2.4.2 儒略日（Julian Day） 38

2.4.3 简化儒略日（Modified Julian Day） 38

2.4.4 GPS时（GPS Time） 39

2.4.5 年积日（Day of Year） 39

第3章 卫星信号的结构 40

3.1 码分多址与频分多址概述 40

3.2 GPS卫星信号 40

3.2.1 载波频率 42

3.2.2 PRN码和信号调制 42

3.2.3 导航电文 46

3.3 Galileo卫星信号 50

3.3.1 载波频率 51

3.3.2 伪随机码和信号调制 53

3.3.3 导航电文 57

3.4 北斗卫星信号 59

3.4.1 载波频率 60

3.4.2 伪随机码和信号调制 60

3.4.3 导航电文 62

3.5 GLONASS卫星信号 67

3.5.1 载波频率 68

3.5.2 伪随机码和调制 69

3.5.3 导航电文 71

第4章 卫星轨道运动理论 73

4.1 概述 73

4.2 正常卫星轨道 73

4.2.1 二体问题下的卫星运动方程 74

4.2.2 开普勒定律和卫星轨道参数 75

4.2.3 卫星的瞬时位置计算 76

4.2.4 卫星的瞬时速度计算 79

4.3 摄动卫星轨道 80

4.3.1 卫星运动的摄动力和受摄运动方程 80

4.3.2 地球引力场摄动力及其对卫星轨道运动的影响 82

4.3.3 日、月引力摄动 84

4.3.4 太阳光压摄动 85

4.3.5 其他摄动力影响 86

4.4 卫星星历与坐标计算 86

4.4.1 GPS卫星的广播星历与坐标计算 87

4.4.2 GLONASS卫星的广播星历与坐标计算 91

4.4.3 BDS卫星的广播星历与坐标计算 93

4.4.4 精密星历与坐标计算 95

4.5 卫星可视性预报 100

4.5.1 卫星可视性预报的基本流程 100

4.5.2 GPS卫星可视性预报实例 102

第5章 基本观测值与误差分析 106

5.1 基本观测值 106

5.1.1 测码伪距观测值 106

5.1.2 载波相位观测值 108

5.1.3 多普勒频移测量值 112

5.1.4 观测值误差 113

5.2 与卫星有关的误差 114

5.2.1 卫星钟差 114

5.2.2 卫星硬件延迟 116

5.2.3 卫星星历误差 119

5.2.4 相对论误差 120

5.2.5 卫星天线偏差 125

5.3 与信号传播有关的误差 127

5.3.1 电离层延迟误差 127

5.3.2 对流层延迟误差 135

5.3.3 多路径误差 145

5.4 与接收机相关的误差 148

5.4.1 接收机钟差 148

5.4.2 接收机硬件延迟 149

5.4.3 接收机天线偏差 150

5.4.4 接收机噪声 151

5.5 其他误差 152

5.6 观测值的线性组合 155

5.6.1 组合标准 155

5.6.2 宽巷组合 156

5.6.3 窄巷组合 156

5.6.4 无电离层组合（Ionosphere-free combination） 157

5.6.5 几何无关组合（Geometry-free） 158

5.6.6 Melbourne-Wübbena组合 158

第6章 单点（绝对）定位 159

6.1 单点（绝对）定位的观测方程 159

6.1.1 标准单点定位观测方程 159

6.1.2 精密单点定位观测方程 160

6.2 单点（绝对）定位的数据处理 160

6.2.1 标准单点定位数据处理 161

6.2.2 精度评定 165

6.3 速度测量与时间传递 167

6.3.1 速度测量 167

6.3.2 时间传递 171

6.4 精密单点定位（PPP）技术简介 173

6.4.1 精密单点定位基本原理 173

6.4.2 精密单点定位主要误差源及其改正模型 175

6.4.3 精密单点定位的技术优势 175

6.4.4 精密单点定位中的坐标框架 176

6.4.5 精密单点定位技术的应用前景 176

第7章 差分（相对）定位 178

7.1 差分（相对）定位概论 178

7.1.1 基本概念 178

7.1.2 差分定位的分类 179

7.2 差分定位的方法 182

7.2.1 坐标（位置）域差分 182

7.2.2 观测值（距离）域差分 183

7.2.3 广域差分 184

7.3 差分改正数计算 184

7.3.1 坐标差分改正数计算 184

7.3.2 距离差分改正数计算 185

7.3.3 局域差分改正数计算 186

7.3.4 广域差分改正数计算 186

7.3.5 流动站数据处理 187

7.4 数据传输标准 188

7.4.1 RTCM-SC-104传输格式 188

7.4.2 NMEA-0183协议 190

7.5 静态相对定位原理 193

7.5.1 概述 193

7.5.2 基本的观测值组合 194

7.5.3 差分定位的观测方程 196

7.6 动态相对定位原理 198

7.6.1 概述 198

7.6.2 伪距观测动态相对定位 199

7.6.3 载波相位观测动态相对定位 201

第8章 基线数据处理模型 203

8.1 间接观测平差引论 203

8.2 基线解算的数学模型 204

8.2.1 单差模型 204

8.2.2 双差模型 206

8.2.3 三差模型 208

8.2.4 参考站坐标误差对基线解的影响 210

8.3 周跳探测与修复 211

8.3.1 检测周跳的观测量 211

8.3.2 多项式拟合法检测周跳 212

8.3.3 卡尔曼滤波法检测周跳 212

8.3.4 基于三差的选权选代法 213

8.4 整周模糊度的解算与搜索技术 215

8.4.1 概述 215

8.4.2 模糊度搜索空间 217

8.4.3 模糊度搜索方法 218

8.4.4 整周模糊度显著性检验 219

第9章 GNSS控制测量与网平差 221

9.1 控制网的技术设计 221

9.1.1 技术设计的依据 221

9.1.2 控制网精度及分布设计 221

9.1.3 基准设计 223

9.1.4 图形设计 224

9.2 GNSS施测前的准备工作 229

9.2.1 测区踏勘及资料收集 229

9.2.2 选点及埋石 230

9.2.3 GNSS接收机的选择与检验 232

9.2.4 观测计划的拟定 233

9.2.5 人员组织及后勤保障 233

9.3 GNSS野外数据采集与处理 234

9.3.1 测量作业的基本技术规定 234

9.3.2 外业观测 235

9.3.3 基线数据处理与检核 237

9.4 GNSS控制网平差 240

9.4.1 网平差的目的 240

9.4.2 网平差的类型 240

9.4.3 网平差的整体流程 241

9.5 GNSS网的无约束平差 242

9.5.1 GNSS基线向量 242

9.5.2 以空间直角坐标为未知参数的GNSS网三维平差 243

9.5.3 以大地坐标作为未知参数的GNSS网三维平差 244

9.6 GNSS网的约束平差 245

9.6.1 三维约束平差 245

9.6.2 二维约束平差 247

9.6.3 单位权方差及检验 248

9.7 GNSS高程测量 249

9.7.1 高程系统 249

9.7.2 大地水准面高的计算方法 250

9.7.3 地形起伏对大地水准面高计算的影响 255

第10章 GNSS参考站网络系统 257

10.1 概述 257

10.1.1 国内外GNSS参考站网络的发展现状 257

10.1.2 网络RTK定位技术发展及其特点 258

10.2 GNSS参考站网络RTK原理 259

10.2.1 VRS/RTK的构成与工作流程 259

10.2.2 VRS观测值推导 260

10.2.3 流动站双差方程的建立 261

10.3 网络RTK的解算模型 262

10.3.1 参考站基线解算模型 262

10.3.2 空间相关误差及其标定方法 263

10.3.3 差分信息的生成与发布 266

10.4 典型GNSS参考站网络系统 269

10.4.1 VRS3Net系统软件 270

10.4.2 SpiderNet系统软件 270

10.4.3 GNSMART系统软件 272

10.4.4 ARSNet系统软件 272

10.5 GNSS参考站网络的应用 273

10.5.1 精确位置服务、精确授时服务 274

10.5.2 气象监测、空间天气监测 274

10.5.3 GNSS卫星精确定轨 275

10.5.4 地壳运动监测与地球动力学研究 276

参考文献 279