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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 RTK 168

5.9网络RTK及连续运行参考系统CORS 169

5.9.1.网络RTK 169

5.9.2连续运行参考系统 171

5.10差分GPS 173

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CNAV 327

附录2引用的缩写词 350

参考文献 352