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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