全球定位系统（GPS）原理和应用

中国地质大学“第十个五年计划”教材中国地质大学“ 211工程”专项资助教材全球定位系统（GPS）的原理和应用部分编写. 第一部分（第7章的第1章）主要讨论GPS的定位原理，包括概述，GPS的坐标和时间系统，卫星运动的规律，GPS卫星信号的组成和传播，观测方程式和误差. 分析GPS定位，GPS绝对​​定位和相对定位；第二部分（第八章，第九章）主要介绍GPS数据的采集gps定位系统的基本原理，处理方法及其应用. 尽管该书用作高等院校非测量工程本科生的GPS教科书，但也可作为从事测绘工程的各个部门和测绘的技术人员的参考. 图书数据（CIP）数据全球定位系统（G PS）的原理和应用/胡有建，罗云，曾云. —武汉: 中国地质大学出版社，2003.7 ISBN7-5625-1769-xⅠ . 权…Ⅱ. ①胡……洛……③曾……Ⅲ. 全球定位系统原理应用Ⅳ. P228全球定位系统（GPS）的原理和应用胡有健罗云曾云主编: 赵应红负责校对: 胡以zhen出版: 中国地质大学出版社（武汉市洪山区卢默路31号）邮政编码: 430074电话: （027）传真: 电子邮件: cbo @发行: 国家新华书店格式: 787毫米×1092毫米1/16字数: 30万字印刷本11.5版: 2003年7月1版印刷版: 2003年7月1日印刷版: 中国地质大学出版社印刷厂印刷数量: 1-1 000册ISBN 7-5625-1769-x / P·598定价: 30.00元如果您有打印质量问题，请联系印刷厂进行更换. 全球定位系统（GPS）是美国国防部为满足军事需求而建立的新一代卫星导航和定位系统. 陆地和空中进行全方位实时3D导航和定位的能力.

全球定位系统已成为美国导航技术现代化的最重要标志，并且被视为继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的20世纪美国的另一项重大科学技术成就. 十多年来，随着全球定位系统软硬件的不断发展和完善，该系统已广泛应用于国民经济建设和科学技术的许多领域，并逐渐渗透到人们的日常生活中. 例如，由于GPS具有全天候，高精度，高精确度等特点，因此已用于地球动力学研究，海洋大地测量，工程测量和灾害监测，天文学，地球物理勘探，国土资源调查，航空和卫星遥感，天气等. 自动化和高效率. 预测，移动目标速度测量和精确的时间传递已被广泛使用. GPS在人们生活中的应用也具有广阔的前景. 手表式G PS将成为游客的忠实指南. GPS，如手机，传真机和计算机互联网，影响着人们的日常生活，使我们与之密不可分. 因此，对于当代大学生（尤其是理工科大学生），有必要掌握GPS定位的基本原理和方法. 据了解，中国的一些高校已经为其或某些开设了GPS课程，但仍然缺乏适合非测量工程本科生的GPS教科书. 在此基础上，我们编制了面向非测量工程本科生的GPS教材（30-40小时），以满足教学需求.

这本教科书着重介绍GPS定位的基本原理，基本方法及其广泛的实际应用，适度简化了数学模型的推导过程，适当介绍了数据处理所需的电磁波测距和GPS调整的基本知识，力求思路清晰，概念清晰，细节适当，易于理解. 全书共分九章，由胡有建，罗云，曾云合着，胡有建主编. 整本书是胡有建起草的. 在撰写过程中，武汉大学测绘学院的蔡洪祥教授给予了大力支持和协助，并提供了一些研究成果. 李正航教授认真回顾了前六章的初稿，提出了许多宝贵的修正意见. 作者要对他们表示衷心的感谢！由于作者水平的限制，本书中的缺点和错误是不可避免的，请读者批评指正. 作者简介2003年3月的于家山名录第一章………………………………………………（1）1. 1 GPS的起源，特征和功能. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………子子种？？？？？？？？？？？？？与用户..........................................（8）1.4其他导航系统..................................................................（13）第2章GPS的使用坐标系和时间系统... ....................................（14）2. 1概述................... ................................................... （14）2.2 GPS所使用的坐标系………………………………（15）2.3 GPS所使用的时间系………………………………（29））第三章卫星运动法律和GPS卫星轨道位置的计算..................（35）3. 1概述................................. ................................................................................. …（35）3.2卫星的静止运动…………………………………………………………（36）3.3卫星的运动静止…………………… ....................................（43）3.4计算卫星坐标的变化.............................................（ 50）第4章GPS卫星信号的组成和传播...（51）4. 1原理电磁波测距范围.................................................（51）4.2 GPS测距码信号…………………………………………（54）4.3 GPS信号传播误差………………………………………………（58）4.4 GPS卫星导航消息…………………………（62）4.5 GPS卫星信号的组成………………………………（65）第五章GPS定位观测方程和误差分析..... ...（67）5.1 GPS定位方法，观测和观测方程............................... .......（67）5.2 GPS观测方程式…………………………（69）5.3 GPS观测方程式的解... .................................................................................（73）5.4准确度估算.................................. ....................................（77）5. 5 GPS定位误差的来源及其影响...（78）第6章GPS绝对e定位................................................ ...（81）Ⅲ6. 1绝对定位概述.............................................. .......（81）6.2动态绝对定位................................ ...................................（82）6.3静态绝对定位... ...（85）6.4可见卫星的数量及其空间分布对定位精度的影响. ..（89）第7章GPS相对定位.................................. .....（94）7. 1概述..................................................................... （94）7.2 GPS静态相对定位……………………………………（94）7.3 GPS动态相对定位…………………………………………（98） 7.4整周跳跳（每周跳跳）及其修复………………………………（103）7.5整周未知确认................ ....................................（105）第8章GPS数据收集和数据处理............................... .....................................（111）8. 1概述.................. .................................................（111）8.2 GPS数据收集工作的实施. .............................（111）8.3 GPS观测数据的后测量处理概述................ ........（123）第9章GPS技术的应用... 148）9.1 GPS在大地测量（控制）测量中的应用...（148） 9.2 GPS在工程测量中的应用...（...... 149）9.3 GPS在斯大学应用物理实验室NNSS海军导航S atellite SystemTransit1964 NNSS 1967 7多普勒频移20 708056 1 000km 1.5hr（-，35m 1m 0.5m 19961973国防部1 / -NAVSTAR / GPSNaviga-NNSSGPS定位系统定时和Ran -GHz0.15 0.40 1.23 1.58 ging /全球定位系统-km1 00020 200 tem5624 GPSmin1077181994 GPSns101110121973 GPS 200GPSGPS（1）GPS4GPS（2）GPS（3）GPS106107（4）GPS（5）GPS1-1GPS 1-1 -GPS1-2 JDAM联合直接攻击GPS1-1 GPS GPS2 1991 JDAM 1-21 -2 JDAMJDAM 24公里GPS9.11GPSGPSGPS 3 1-33 GPS1-3 GPS3 1-4 GPS 24 21 3 21 3 24 6 4 5560 90 30 20 200km1-4 GPS 11小时58分钟GPS 4 GPS4 11 GPS经度纬度海拔4 GPS 43 GPS1978 GPS 2003 2 GPS 28 11 GPS块GPSBlock 1994 2 28 21 GPS块A 7 GPS块R GPS块R 8 1997 GPS块R 2003 1 29 GPS块F 1-5 GPS块A1-5 GPS块FGPS块F 15 2008 18 GPS块F 1- 2GPSL1 L2 GPS块4 F L5 GPSGPS GPS块-mkg2 136 GPSBlockd60W1 510kbps121-5 GPSkbps32ns20yr15GPSBlock FAR 4 RB C CSCesium GPSGPS（1）（2）（3）（4）（5）GPS SLRS卫星激光Ra ngingGPS 6科罗拉多州盖瑟斯堡升空加尔戈1-61-65GPS GPS GPS1-71-7科罗拉多州施里沃空军基地GPS 1-7（1）（2）GPS（3）GPS（4）盖瑟斯堡马里兰州6 24hr4 C1-7GPS 24hr.GPSGPSGPS1 -8a1-8b GPS1-8a1- 8b GPSGPS 1-97 GPSC / A…1-91983 007 GPS GPS1GPS2 SA3，A转换代码GPS GPSC / A粗略/采集代码P精确代码GPS SPS标准定位服务PPS精确定位服务PPS L1L2 PC / A授权用户P L1L2 PPS 510mPSPSL1C / A8 C / A 1520m SA L2 2001 1 SPSSPS 1991 7 SA GPS C / A SA SA 100m2000 5 1 SAP PA-S W，PWPY PGPS GPSGPS GPSGPS20 20卫星跟踪站GPS 1.2.21993 IAG国际大地测量GPS协会IGS国际地球动力学GPS服务IGSGPS 2003 1 8 348 1-10IGS GPSGPS91-10 IGSIGSGP SGPS GPS LADGPS局部差分GPS GPS WADGPS野外差分GPS 150kmGPS 1 000km20 90 FAA联邦航空管理局WAASW区域扩展系统1- 11广域参考站GPS广域主站-WAAS10地面地球站地球静止地球轨道卫星WAAS 2000 8 35m37mGPS120 60帕鲁斯茨卡达-M 70茨卡达-C 901978 GPSGLONASS全球导航卫星系统24 3 3 64.8 19 13020 180km 11hr15min GPS 50GPS 35yr1-121-12 GLONASSGLONASS 5 9 1GPS1982 10 12 GLONASS 2001 12 3111 82 GLONASS 1996 9 2001 12 1 GPS220 80 ESA欧洲航天局18 20 000km12hrGPSGLONASSNAVSAT20 90 EC欧洲委员会ESA（GNSS全球导航卫星系统）GPS GLONASS GNSS-1 GPS GLONASS GNSS-2GNSS-1 EGNOS欧洲对地静止导航覆盖服务GPS GLONASS Egnos 3 2 Inmarsat-3 1 Artemis 2000 16220m GNSS-1 2004GNSS-2 GalileoProgram GNSS-1 GPS GLONASS 30Gali1eo 2002 3 2615欧盟交通运输部长200832000 10 31 12 21北斗导航系统对地静止卫星GPS12 John Harrison 47176120惯性导航1972 Litton20陆基导航系统LORAN LongR航海双曲线导航系统麻省理工学院（MIT）1942年0.51.5n -ALORAN-A 20 60 -A -11957 -A -C -C -C 35m-C -A 0.20.5n 1988 -C -1 20 90 -COMEGA VLF极低频率1972 1982 8 24n13GPSGPSGPS GPSGPS惯性系统，GPSNon-惯性系统GPS33CIS常规惯性系统CTS常规陆地系统时空基准面初始EpochGPS14（1）GPS 1cm2.6 106s（2）GPS 1cm 3 1011s（3）0.01s 5m天球极SCP南天球极15赤道极地电2小时黄极极春分（秋季分），2-2s x，y，z OZ NCP XγYXOZ Z XsZαgps定位系统的基本原理，δOα右升sSr Y小时hrhrδO-2夏尔δhrδ-2 6 45，1643⎡x⎤xδ⋅cosα⎤⎢⎢⎥⎢yyr r⎢cosδssinα⎥2-1⎢⎣z⎢⎣sinδ⎦⎥16⎧yαarctg⎪⎪x⎪ ⎪x⎪2x +y⎪22 2rxyz⎪⎩+ + r天文距离旋进125Nipparchus 172 1 50.2″ 4000北极星龙图班10 000yr天鹅座Deneb 14000y r Lyra Vega25 800yrNEPNCPMoon的路径18.6yrεC2-3EEONCP NEPCε（23.517）北天极瞬时北天极9.2英寸18.6年Nutation Ellipse25 800yr 18.6yr2-3 CC EE33 EOP地球定向参数EOP XYP PICS CI0St瞬时天体系统24 020.313 5 B1950.0 1950 2.3.5 1949 1231hr min s 22 09 46.08 1980 IAG IAU国际天文学联合会1984 1 1hr min sJD 2 451 545.0 J2000.0 2000 1 1 12 0000J2000.0 t J2000.0 tt xy z xy z xy z J2000.0CISMtICS t txcosz -sinz 0cosθ0-sinθcosζ-sinζ0x⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥z⎥⎥ ⎥z001sinθ0cosθ00 1 z∆⎣⎦⎣⎎⎣⎣⎣x⎡0 cos（εε）sin（εε）sinψcosψ0 0cosεsinΔyy⎥s⎢0sin（εε）cos（εε）⎥⎢00 1⎥⎢0− sicεcoscos⎦ICSMtzθζ3εεψ32.2.1GPS t6毕达哥拉斯亚里斯多德月蚀16麦哲伦费迪南德3表皮龙的弧度测量6 267km2 1 Posidonius 8 68372721km71液面SurfaceGeoid引力等势面1 00 Earth Ellipsoid Gyration Semi-Matrix Ref. 线2-4天文子午线本初子午线初始天文子午线PHOϕλE2-4λλP Pϕ H天文经度P ϕ天文纬度PH正交标高P202-5刚体极性位移2-5瞬时极点瞬时瞬时旋转皇家轴190瞬时国际地面3.0惯性

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