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目录 1

序 1

前言 1

第1章 GPS卫星定位测量基础 1

1.1 GPS定位系统概述 1

1.1.1 卫星大地测量的发展概况 1

1.1.2 GPS系统的组成 5

1.1.3 其他卫星导航定位系统 8

1.2 GPS定位系统的坐标系 9

1.2.1 天球概述 10

1.2.2 两种天球坐标系及其转换模型 12

1.2.4 两种地球坐标系及其转换模型 15

1.2.3 极移与国际协议地极原点 15

1.2.5 瞬时极（真）天球坐标系到瞬时极（真）地球坐标系的转换模型 18

1.2.6 WGS-84世界大地坐标系 19

1.3 GPS定位的时间系统 20

1.3.1 世界时系统 20

1.3.2 原子时 22

1.3.3 力学时 23

1.3.4 协调世界时 23

1.3.5 GPS时间系统 24

1.4 人造地球卫星的正常轨道运动 24

1.4.1 二体问题意义下卫星的运动方程 24

1.4.2 开普勒定律和卫星运动的轨道参数 25

1.4.3 卫星的瞬时位置计算 32

1.4.4 卫星运动的瞬时速度计算 34

1.5 人造地球卫星的受摄运动 35

1.5.1 卫星运动的摄动力和受摄运动方程 35

1.5.2 地球引力场摄动力及其对卫星轨道运动的影响 37

1.5.3 日、月引力摄动 39

1.5.4 太阳光压摄动 40

1.5.5 其他摄动力影响 40

思考题 41

第2章 GPS卫星信号及其测量原理 42

2.1 GPS卫星的测距码信号与伪距测量原理 42

2.1.1 码的基本概念 42

2.1.2 伪随机噪声码及其产生 43

2.1.3 GPS卫星的测距码信号 45

2.1.4 码相关伪距测量原理 47

2.2 GPS卫星的导航电文 48

2.2.1 导航电文的组成格式 48

2.2.2 导航电文的内容 49

2.3 GPS卫星星历 52

2.3.1 GPS卫星的预报星历 52

2.3.2 GPS卫星的后处理星历 53

2.4 GPS卫星的载波信号与相位测量原理 55

2.4.1 GPS卫星的载波信号 55

2.4.2 GPS卫星信号的调制 55

2.4.3 GPS卫星信号的解调 57

2.4.4 载波相位测量原理 59

2.5.1 GPS工作卫星的SA与AS技术 60

2.5 美国政府关于GPS卫星信号的限制使用政策 60

2.5.2 GPS用户的反限制技术措施 61

2.6 GPS信号接收机 62

2.6.1 GPS信号接收机的基本工作原理 62

2.6.2 GPS信号接收机分类 66

2.6.3 几种常见的测量型GPS信号接收机 68

思考题 71

第3章 GPS静态定位原理 73

3.1 GPS定位方法分类及其误差源 73

3.1.1 GPS定位方法分类 73

3.1.2 GPS测量误差概述 75

3.1.3 卫星星历误差 76

3.1.4 时钟误差 78

3.1.5 卫星信号传播误差 79

3.1.6 与接收设备有关的误差 85

3.2 静态绝对定位原理 87

3.2.1 伪距观测方程及其线性化 87

3.2.2 伪距法绝对定位解 88

3.2.3 卫星几何分布精度因子 90

3.3 静态相对定位原理 92

3.3.1 静态相对定位的一般概念 92

3.3.2 载波相位观测方程及其线性化 93

3.3.3 基线向量的单差模型及其解算 95

3.3.4 基线向量的双差和三差模型及其解算 99

3.3.5 相位观测量线性组合的相关性 102

3.4 整周未知数的确定方法与周跳分析 104

3.4.1 整周未知数的确定方法 105

3.4.2 周跳的探测与修复 109

3.5 GPS快速静态相对定位 112

3.5.1 准动态定位法 112

3.5.2 快速整周未知数解算原理 113

3.5.3 快速整周未知数求解方法 114

3.5.4 快速静态定位作业方式 116

思考题 117

第4章 GPS动态定位原理 118

4.1 GPS动态绝对定位原理 118

4.2 GPS动态相对定位与差分GPS 120

4.3.1 位置差分原理 122

4.3 差分GPS定位原理 122

4.3.2 伪距差分原理 123

4.3.3 相位平滑伪距差分 125

4.4 载波相位差分原理 128

4.4.1 载波相位差分GPS定位原理 128

4.4.2 整周未知数的动态求解 131

4.4.3 RTK GPS定位设备 134

4.5 动态相对定位中的坐标转换 135

4.5.1 三维空间直角坐标系下的坐标转换 135

4.5.2 平面坐标转换 136

4.6 广域差分GPS 137

4.6.1 单站差分GPS 137

4.6.2 局部区域差分GPS 138

4.6.3 广域差分GPS系统 139

思考题 142

第5章 GPS控制网的设计与外业工作 143

5.1 GPS网的构网特点与网形设计一般原则 143

5.1.1 GPS网的构网特点 143

5.1.2 GPS控制网的构网方式 144

5.1.3 GPS控制网网形设计的一般原则 146

5.2 GPS控制网的优化设计 146

5.2.1 GPS测量的特点以及优化设计的内容 147

5.2.2 GPS网基准的优化设计 148

5.2.3 GPS网的精度设计 149

5.2.4 GPS网精度设计实例 151

5.3.1 GPS网可靠性概念 152

5.3 GPS网的可靠性设计 152

5.3.2 传统控制网可靠性设计标准 153

5.3.3 GPS控制网可靠性设计标准 155

5.3.4 顾及可靠性标准的GPS网的设计 159

5.4 GPS测量的外业工作 161

5.4.1 选点与埋设标志 161

5.4.2 GPS接收机的检验 162

5.4.3 GPS卫星预报与观测调度计划 163

5.4.4 GPS外业观测工作 165

5.4.5 GPS相对定位作业模式 167

5.5 GPS基线向量解算与网平差概述 169

5.5.1 GPS基线向量解算 169

5.5.2 GPS网平差与坐标转换概述 170

5.6.1 GPS观测成果的检验 171

5.6 GPS观测成果检验与技术总结 171

5.6.2 GPS测量的技术总结与上交资料 172

思考题 173

第6章 GPS定位测量数据处理 174

6.1 概述 174

6.2 国家坐标系与地方独立坐标系 175

6.2.1 旋转椭球与参心坐标系 175

6.2.2 54北京和80西安国家坐标系 177

6.2.3 站心坐标系 179

6.2.4 地方独立坐标系 180

6.2.5 高斯平面直角坐标系和UTM坐标系 180

6.3.1 空间直角坐标系与椭球大地坐标系的关系 183

6.3 GPS定位测量中的坐标转换 183

6.3.2 三维坐标转换模型 185

6.3.3 三维坐标差转换模型 187

6.3.4 联合平差确定转换参数 188

6.4 GPS网的三维平差 190

6.4.1 三维无约束平差 191

6.4.2 GPS网的三维约束平差 193

6.4.3 GPS网的三维联合平差 195

6.4.4 GPS网的三维平差中若干问题的处理 196

6.5 GPS基线向量网的二维平差 201

6.5.1 GPS基线向量网的二维投影变换 202

6.5.2 GPS基线向量网的二维平差 205

6.5.3 GPS网平差约束基准兼容性检验 206

6.6 GPS高程 212

6.6.1 高程系统简介 212

6.6.2 GPS水准 214

6.6.3 GPS重力高程 217

6.6.4 GPS高程精度 218

思考题 219

第7章 GPS定位测量技术应用 220

7.1 GPS在大地测量与地球动力学研究中的应用 220

7.1.1 GPS在大地测量中的应用 220

7.1.2 GPS在地球动力学研究中的应用 225

7.2.1 GPS在滑坡、矿山地面沉陷等灾害地质监测中的应用 230

7.2 GPS在灾害监测与预报中的应用 230

7.2.2 GPS在大城市地面沉降监测中的应用 233

7.2.3 GPS在大坝、桥梁、海上钻井平台等工程形变监测中的应用 240

7.3 GPS在工程测量以及摄影测量与遥感技术中的应用 243

7.3.1 GPS在桥梁与隧道控制测量中的应用 244

7.3.2 GPS在各种线路工程测量中的应用 247

7.3.3 GPS在摄影测量与遥感技术中的应用 251

7.4 GPS定位技术的其他应用 254

7.4.1 GPS在海洋测绘中的应用 254

7.4.2 GPS在农业、林业与野外考查中的应用 258

7.4.3 GPS在导航、航天及天气预报中的应用 260

7.4.4 GPS测时、测速 265

思考题 266

8.1 全球导航卫星系统概述 268

第8章 现代全球卫星导航定位系统发展 268

8.2 俄罗斯卫星导航系统——GLONASS卫星系统 269

8.2.1 GLONASS系统的发展与结构 269

8.2.2 GLONASS系统频率和信号 270

8.2.3 现阶段GLONASS系统存在的问题与发展方向 271

8.3 欧洲卫星导航系统——Galileo系统 272

8.3.1 Galileo系统的结构和组成 272

8.3.2 Galileo系统的信号 275

8.3.3 Galileo系统的特点与GPS的同异及兼容性 277

8.4 北斗双星导航定位系统——RDSS系统 279

8.4.1 双星定位系统的组成 279

8.4.2 双星定位系统的定位原理及方法 280

8.4.3 双星导航定位系统的功能与特点 282

8.5 GPS现代化的构架与作用 284

8.5.1 现有GPS系统存在的问题 284

8.5.2 GPS现代化的构架 285

8.5.3 GPS现代化计划的进程安排 288

8.6 空间大地测量新技术简介 288

8.6.1 甚长基线干涉测量 288

8.6.2 卫星激光测距 291

8.6.3 卫星测高 293

8.6.4 合成孔径雷达干涉测量 294

8.6.5 由卫星集成的多普勒定轨和无线电定位系统 295

8.6.6 精密测距及其变率测量系统 296

思考题 296

参考文献 297