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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GPS120

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GPS137

4.6.1 单站差分GPS137

4.6.2 局部区域差分GPS138

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