GPS原理及應(yīng)用

前言

由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的成就，導(dǎo)致大地測(cè)量學(xué)出現(xiàn)重大的技術(shù)突破，其具體實(shí)現(xiàn)就是以全球定位系統(tǒng)（GPS）、衛(wèi)星激光測(cè)距（SLR）和甚長(zhǎng)基線干涉（VLBI）為代表的空間大地測(cè)量技術(shù)手段。大地測(cè)量學(xué)中的這些嶄新的技術(shù)手段使距離和點(diǎn)位測(cè)定能在全球任意空間尺度上達(dá)到10-8～10-9的相對(duì)精度，并能以數(shù)小時(shí)、數(shù)分鐘甚至數(shù)秒鐘的高效率確定一個(gè)地面點(diǎn)的位置，這就從根本上突破了傳統(tǒng)大地測(cè)量的時(shí)空局限性。現(xiàn)代大地測(cè)量已經(jīng)能夠跨越時(shí)空和惡劣自然環(huán)境的限制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人工干預(yù)的自動(dòng)連續(xù)觀測(cè)和數(shù)據(jù)預(yù)處理的精密技術(shù)系統(tǒng)?？商峁缀跏侨我鈺r(shí)刻分辨率的觀測(cè)序列，并具有檢測(cè)瞬時(shí)地學(xué)事件和解決眾多與時(shí)間相依的科學(xué)工程問(wèn)題的能力。而在大地測(cè)量學(xué)的這些新技術(shù)手段中，又?jǐn)?shù)GPS能以高精度、自動(dòng)化、全天候和高效益運(yùn)作，同時(shí)兼有靈活方便的技術(shù)特征，更能實(shí)現(xiàn)上述大地測(cè)量的新目標(biāo)。GPS在監(jiān)測(cè)和描述地球各種動(dòng)力現(xiàn)象、解決國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中與各種工程技術(shù)和國(guó)計(jì)民生相關(guān)聯(lián)的定位、導(dǎo)航等方面的問(wèn)題，正在發(fā)揮著巨大的作用?？梢哉f(shuō)，GPS已經(jīng)深入到各個(gè)相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。GPS的這種徹底的技術(shù)革命和巨大的應(yīng)用潛力，使它在我國(guó)的許多相關(guān)學(xué)科和行業(yè)中受到普遍的重視和關(guān)注。相應(yīng)地在我國(guó)高校中無(wú)論是測(cè)繪工程專業(yè)還是非測(cè)繪類的其他相關(guān)專業(yè)，都設(shè)置了GPS方面的專門課程，或者在測(cè)量學(xué)中增加GPS方面的內(nèi)容?！禛PS原理及應(yīng)用》一書就是西北大學(xué)地理信息系統(tǒng)教研室李天文教授為地理信息系統(tǒng)（GIS）專業(yè)GPS課程編寫的教材。這本教材是李天文教授閱讀并參考了近百種國(guó)內(nèi)外有關(guān)GPS及與GPS有關(guān)的專著、教材和論文，按照課程大綱的要求，結(jié)合他本人長(zhǎng)期從事GPS教學(xué)和科研的心得編寫而成。其目的是讓GIS專業(yè)的學(xué)生比較全面地了解GPS的基本理論、定位原理、實(shí)際作業(yè)和GPS在相關(guān)學(xué)科、行業(yè)中的各種應(yīng)用。由于本書所參考的是一些在GPS方面具有頗多理論成果和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的文獻(xiàn)，因此本書的取材較好。從教材的整體結(jié)構(gòu)來(lái)看，本教材內(nèi)容編排有序、脈絡(luò)清晰，理論、實(shí)踐和應(yīng)用三大部分搭配恰當(dāng)。

內(nèi)容概要

　　《GPS原理及應(yīng)用(第2版)》是作者在多年從事GPS衛(wèi)星測(cè)量教學(xué)與應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上撰寫而成的。全書共13章，第1～4章主要介紹了GPS衛(wèi)星測(cè)量的基本原理；第5～7章主要介紹了GPS衛(wèi)星測(cè)量的誤差來(lái)源、技術(shù)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理；第8章主要介紹了GPS衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)的使用與檢驗(yàn)；第9～13章主要介紹了GPS衛(wèi)星測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用?！禛PS原理及應(yīng)用(第2版)》重點(diǎn)介紹了GPS衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)的使用與檢驗(yàn)，特別是對(duì)GPS衛(wèi)星測(cè)量技術(shù)在有關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用作了詳細(xì)論述。　　《GPS原理及應(yīng)用(第2版)》可作為GIS專業(yè)本科生及研究生教材，同時(shí)也可供相關(guān)專業(yè)師生、研究人員及測(cè)繪專業(yè)技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第二版修編說(shuō)明第一版序第一版前言第1章 緒論1.1 衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展概況1.2 GPS的特點(diǎn)1.3 GPS系統(tǒng)的組成1.4 GPS的應(yīng)用第2章 GPS定位的坐標(biāo)系統(tǒng)及時(shí)間系統(tǒng)2.1 協(xié)議天球坐標(biāo)系2.2 協(xié)議地球坐標(biāo)系2.3 協(xié)議地球坐標(biāo)系與協(xié)議天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換2.4 國(guó)家坐標(biāo)系與地方坐標(biāo)系2.5 WGS-84坐標(biāo)系2.6 時(shí)間系統(tǒng)第3章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)3.1 概述3.2 衛(wèi)星的無(wú)攝運(yùn)動(dòng)3.3 衛(wèi)星的瞬時(shí)位置與瞬時(shí)速度計(jì)算3.4 地球人造衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)3.5 GPS衛(wèi)星星歷3.6 GPS衛(wèi)星的偽隨機(jī)測(cè)距碼3.7 GPS導(dǎo)航電文3.8 偽距測(cè)量原理3.9 衛(wèi)星的載波信號(hào)及相位測(cè)量原理3.10 美國(guó)政府關(guān)于GPS衛(wèi)星信號(hào)的SA政策第4章 GPS定位原理4.1 GPS絕對(duì)定位原理4.2 觀測(cè)衛(wèi)星的幾何分布與GPS授時(shí)4.3 GPS相對(duì)定位原理4.4 差分GPS測(cè)量原理4.5 廣域差分GPS4.6 整周未知數(shù)的確定方法與周跳分析第5章 GPS測(cè)量的誤差來(lái)源5.1 GPS測(cè)量誤差的分類5.2 與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差5.3 與衛(wèi)星信號(hào)傳播有關(guān)的誤差5.4 與接收機(jī)有關(guān)的誤差5.5 其他誤差來(lái)源第6章 GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)與外業(yè)施測(cè)6.1 GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)6.2 GPS控制網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)原則6.3 GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)6.4 GPS測(cè)前準(zhǔn)備及技術(shù)設(shè)計(jì)書的編寫6.5 GPS測(cè)量外業(yè)實(shí)施6.6 技術(shù)總結(jié)與上交資料第7章 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理7.1 概述7.2 GPS基線向量的解算7.3 GPS控制網(wǎng)的三維平差7.4 GPS基線向量網(wǎng)的二維平差7.5 GPS高程第8章 GPS衛(wèi)星信號(hào)接受機(jī)8.1 GPS衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)的分類8.2 GPS接收機(jī)的組成及工作原理8.3 幾種常見GPS衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)8.4 GPS衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)的選用與檢驗(yàn)第9章 GPS測(cè)量技術(shù)在控制測(cè)量、精密工程測(cè)量及變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用9.1 概述9.2 GPS在控制測(cè)量中的應(yīng)用9.3 GPS在精密工程測(cè)量中的作用9.4 GPS在工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用第10章 GPS測(cè)量技術(shù)在航空遙感中的應(yīng)用10.1 概述10.2 常規(guī)空中三角測(cè)量10.3 GPS輔助空中三角測(cè)量10.4 機(jī)載GPS天線與攝影機(jī)偏心測(cè)量10.5 GPS輔助空中三角測(cè)量第11章 GPS測(cè)量技術(shù)在土地資源調(diào)查中的應(yīng)用11.1 土地資源調(diào)查的目的與任務(wù)11.2 土地資源調(diào)查的內(nèi)容與方法11.3 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)11.4 GPS測(cè)量技術(shù)在土地資源調(diào)查中的應(yīng)用第12章 GPS在地質(zhì)調(diào)查、地形測(cè)量、地籍測(cè)量及深水測(cè)量中的應(yīng)用12.1 概述12.2 GPS在地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用12.3 GPS在地形測(cè)量中的應(yīng)用12.4 RTK技術(shù)在地籍測(cè)量中的應(yīng)用12.5 差分GPS在水深測(cè)量中的應(yīng)用第13章 GPS測(cè)量技術(shù)在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用13.1 GPS測(cè)量技術(shù)在地球動(dòng)力學(xué)及地震監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用13.2 GPS測(cè)量技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用13.3 GPS在氣象信息測(cè)量中的應(yīng)用13.4 GPS在公安、交通系統(tǒng)中的應(yīng)用13.5 GPS測(cè)量技術(shù)在航海導(dǎo)航中的應(yīng)用13.6 GPS測(cè)量技術(shù)在航空導(dǎo)航中的應(yīng)用13.7 GPS在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用13.8 GPS在水土保持生態(tài)建設(shè)中的應(yīng)用13.9 GPS定位技術(shù)在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用主要參考文獻(xiàn)附錄 GPS靜態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)處理

章節(jié)摘錄

插圖：不斷的試驗(yàn)活動(dòng)為GPS精密定位技術(shù)在測(cè)量工作中的應(yīng)用開拓了廣闊的前景。相對(duì)于經(jīng)典的測(cè)量技術(shù)來(lái)說(shuō)，GPS定位技術(shù)主要有以下特點(diǎn)：1.觀測(cè)站之間無(wú)需通視既要保持良好的通視條件，又要保障測(cè)量控制網(wǎng)的良好結(jié)構(gòu)，這一直是經(jīng)典測(cè)量技術(shù)在實(shí)踐方面的難題之一。而GPS測(cè)量不需觀測(cè)站之間互相通視，因而不再需要建造覘標(biāo)，這一優(yōu)點(diǎn)既可大大減少測(cè)量工作的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間（一般造標(biāo)費(fèi)用約占總經(jīng)費(fèi)的30％～50％），同時(shí)也使點(diǎn)位的選擇變得更加靈活，經(jīng)濟(jì)效益不斷提高。然而，也應(yīng)指出，GPS測(cè)量雖不要求觀測(cè)站之間相互通視，但必須保持觀測(cè)站的上空開闊（凈空），以便接收的GPS衛(wèi)星信號(hào)不受干擾。2.定位精度高大量實(shí)驗(yàn)表明，目前在小于50km的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)1×10-8～2×10-6，而在100～500km的基線上可達(dá)10-8～10-7，隨著觀測(cè)技術(shù)與數(shù)據(jù)處理軟件及方法的不斷改善，其定位精度還將進(jìn)一步提高。在大于1000km的距離上，相對(duì)定位精度達(dá)到或優(yōu)于10-8。3.觀測(cè)時(shí)間短目前，利用經(jīng)典的靜態(tài)定位方法，測(cè)量一條基線的相對(duì)定位所需要的觀測(cè)時(shí)間，根據(jù)要求精度的不同，一般約為1～3h。為了進(jìn)一步縮短觀測(cè)時(shí)間，提高作業(yè)速度，利用短基線（不超過(guò)20km）快速相對(duì)定位法，其觀測(cè)時(shí)間僅需數(shù)分鐘。4.提供三維坐標(biāo)GPS測(cè)量中，在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，亦可精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。GPS測(cè)量的這一特點(diǎn)，不僅為研究大地水準(zhǔn)面的形狀和確定地面點(diǎn)的高程開辟了新途徑，同時(shí)也為其在航空物探、航空攝影測(cè)量及精密導(dǎo)航中的應(yīng)用，提供了重要的高程數(shù)據(jù)。5.操作簡(jiǎn)便如何減少野外的作業(yè)時(shí)間及強(qiáng)度，是測(cè)繪工作者探索的重大課題之一，而GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高，在觀測(cè)中測(cè)量員的主要任務(wù)只是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器高程、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)和采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)，而其他觀測(cè)工作，如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測(cè)和記錄等均由儀器自動(dòng)完成。另外，GPS接收機(jī)一般重量較輕、體積較小，例如NovAtelRPK-L1／L2型GPS接收機(jī)，重量約為1.0kg，體積為1085cm3，攜帶和搬運(yùn)都很方便，從而極大地減少了外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度。

編輯推薦

《GPS原理及應(yīng)用(第2版)》特點(diǎn)：內(nèi)在結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，組織形式新穎。內(nèi)容編排有序，脈絡(luò)清晰，層層遞進(jìn)，理論、實(shí)踐和應(yīng)用三大部分搭配恰當(dāng)，實(shí)踐與理論并重。由基礎(chǔ)理論到實(shí)踐操作，再到GPS技術(shù)的應(yīng)用，理論與工程實(shí)例結(jié)合緊密，反映了當(dāng)前GPS衛(wèi)星測(cè)量發(fā)展的最新技術(shù)。

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