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1、武汉大学 实用GPS测量数据处理教程目录目录I概述1第一章GPS定位原理概述1第1节GPS的组成1第2节GPS信号1第3节SPS和PPS2第4节GPS定位的常用观测值3第5节GPS定位的误差源3第6节GPS定位方法5第二章坐标系、基准和坐标系统9第1节地球的形状9一、地球的自然外表9二、地球的质量和重力9三、大地水准面9四、参考椭球9五、投影9第2节坐标系统9一、坐标系的分类9二、基准10三、坐标系变换与基准变换11四、GPS测量中常用的坐标系统16第三章GPS静态定位在测量中的应用19第1节GPS静态定位在测量中的应用19第2节布设GPS基线向量网的工作步骤19一、测前工作19二、测量实施2
2、0三、测后工作21第四章技术设计23第1节技术设计的作用23第2节技术设计的内容23第五章布网方法26第1节GPS基线向量网的等级26第2节GPS基线向量网的布网形式26一、跟踪站式27二、会战式27三、多基准站式28四、同步图形扩展式28五、单基准站式29第3节采用同步图形扩展的布网形式布设GPS基线向量网时的观测作业方式29一、点连式30二、边连式30三、网连式31四、混连式32第4节布设GPS基线向量网时的设计指标32一、效率指标32二、可靠性指标33三、精度指标33第5节GPS网的设计准那么33一、出发点33二、GPS网布网作业准那么34第六章GPS基线解算36第1节GPS基线解算的根
3、本原理36一、观测值36二、基线解算平差37第2节GPS基线解算的分类38一、单基线解算38二、多基线解39第3节基线解算阶段的质量控制39一、质量控制指标及其应用39二、应用42第4节影响GPS基线解算结果的几个因素及其应对方法42一、影响GPS基线解算结果的几个因素42二、影响GPS基线解算结果因素的判别及应对措施42第5节GPS基线解算的过程48第七章GPS基线向量网平差51第1节GPS网平差的分类51一、三维平差和二维平差51二、无约束平差、约束平差和联合平差52第2节GPS网平差原理52一、三维无约束平差52二、三维联合平差54三、二维联合平差55第3节GPS网平差的过程55一、提取
4、基线向量，构建GPS基线向量网55二、三维无约束平差55三、约束平差/联合平差55四、质量分析与控制56第4节GPS网平差中起算数据的检验56一、方差检验法56二、符合路线法57三、检查点法57第八章GPS高程59第1节高程系统59一、大地高系统59二、正高系统59三、正常高59四、高程系统之间的转换关系60第2节GPS高程的方法60一、等值线图法60二、地球模型法61三、高程拟合法61第九章技术总结65第1节技术总结的作用65第2节技术总结的内容65附录69第1节RINEX格式69第2节GPSurvey软件使用97一、GPSurvey软件概述97二、建立工程103三、数据传输105四、基线解
5、算108五、基线向量网平差TRIMNET PLUS114第3节词汇表122第0章 概述全球定位系统Global Positioning System-GPS作为新一代的卫星导航定位系统，经过二十多年的开展，从此处接着写.已开展成为一种被广泛采用的系统，它的应用领域和应用前景已远远超出了该系统设计者当初的设想，目前，它在航空、航天、军事、交通、运输、资源勘探、通信、气象等几乎所有的领域中，都被作为一项非常重要的技术手段和方法，用来进行导航、定时、定位、地球物理参数测定和大气物理参数测定等。作为较早采用GPS技术的领域，在测量中，它最初主要用于高精度大地测量和控制测量，建立各种类型和等级的测量控制
6、网；现在，它除了继续在这些领域发挥着重要作用外，还在测量领域的其它方面得到充分的应用，如用于各种类型的施工放样、测图、变形观测、航空摄影测量、海测和地理信息系统中地理数据的采集等。尤其是在各种类型的测量控制网的建立这一方面，GPS定位技术已根本上取代了常规测量手段，成为了主要的技术手段。现在，在我国采用GPS技术布设了新的国家大地测量控制网，很多城市也都采用GPS技术建立了城市控制网。为了使大家能充分了解和掌握利用GPS定位技术建立控制网的根本原理和方法，本书将围绕着利用GPS定位技术布设控制网的全过程，介绍在布网过程中所设及到的大量理论与技术问题，内容将包括从技术设计、外业观测、基线解算、直
7、到网平差和提交成果进行验收等各个环节，具体有以下一些内容：第1章n GPS定位原理概述在这一局部里，将简要介绍GPS系统和GPS定位的根本原理。如果读者已对此有较全面的了解，可以跳过此局部。n 坐标系、基准和坐标系统介绍在采用GPS布设控制网时常用的坐标系统及各坐标系统间的转换关系。n GPS静态定位在测量中的应用介绍GPS静态定位在测量中的主要应用方式及作业步骤。n 技术设计介绍在布设GPS网时，进行技术设计的作用、原那么和内容。n 布网方法介绍GPS网的类型和布网方法。n GPS基线解算介绍基线解算的原理、步骤、精化处理方法和质量控制方法。n GPS基线向量网平差介绍GPS网平差的类型、原
8、理、步骤和质量控制方法。n GPS高程介绍采用GPS进行测定高程的方法。n 技术总结介绍布设GPS网时，技术总结的作用和内容。本书的目的是使读者能够了解GPS数据处理的根本原理和过程，掌握布设GPS网及数据处理的方法，因此全书侧重于方法的介绍，对于理论问题未做过多表达，对于这些问题，读者假设感兴趣，可阅读其它有关书籍 本书附录中将提供一些参考文献，供读者选读。第2章 GPS定位原理概述第1节 GPS的组成GPSGlobal Positioning System即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利
9、用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。GPS方案始于1973年Hofmann GPS.T.P p11.，已于1994年进入完全运行状态(FOC FOC Full Operational Capability。)。Hofmann GPS.T.P p17.GPS的整个系统由空间局部、地面控制局部和用户局部所组成：n 空间局部GPS的空间局部是由24颗GPS工作卫星所组成，这些GPS工作卫星共同组成了GPS卫星星座，其中21颗为可用于导航的卫星，3颗为活动的备用卫星 实际上这3颗备用卫星同样可用于导航定位。这24颗卫星分布在6个倾角为55的轨道上绕地球运行。卫星的运行周期约为1
10、2恒星时。每颗GPS工作卫星都发出用于导航定位的信号。GPS用户正是利用这些信号来进行工作的。n 控制局部GPS的控制局部由分布在全球的由假设干个跟踪站所组成的监控系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个，位于美国克罗拉多Colorado的法尔孔Falcon空军基地，它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；另外，主控站也具有监控站的功能。监控站有五个，除了主控站外，其它四个
11、分别位于夏威夷Hawaii、阿松森群岛Ascencion、迭哥伽西亚Diego Garcia、卡瓦加兰Kwajalein，监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态；注入站有三个，它们分别位于阿松森群岛Ascencion、迭哥伽西亚Diego Garcia、卡瓦加兰Kwajalein，注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。n 用户局部GPS的用户局部由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机气象仪器等所组成。它的作用是接收GPS卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。以上这三个局部共同组成了一个完整的GPS系统。第2节 GPS信号GPS
12、卫星发射两种频率的载波信号，即频率为1575.42MHz的L1载波和频率为1227.60HMz的L2载波，它们的频率分别是根本频率10.23MHz的154倍和120倍，它们的波长分别为19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分别调制着多种信号，这些信号主要有：n C/A码C/A码又被称为粗捕获码，它被调制在L1载波上，是1MHz的伪随机噪声码PRN码，其码长为1023位周期为1ms。由于每颗卫星的C/A码都不一样，因此，我们经常用它们的PRN号来区分它们。C/A码是普通用户用以测定测站到卫星间的距离的一种主要的信号。n P码P码又被称为精码，它被调制在L1和L2载波上，是10MHz的伪
13、随机噪声码，其周期为七天。在实施AS时，P码与W码进行模二相加生成保密的Y码，此时，一般用户无法利用P码来进行导航定位。n Y码见P码。n 导航信息导航信息被调制在L1载波上，其信号频率为50Hz，包含有GPS卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置，导航信息也被称为播送星历。第3节 SPS和PPSGPS系统针对不同用户提供两种不同类型的效劳。一种是标准定位效劳(SPSStandard Positioning Service)，另一种是精密定位效劳(PPSPrecision Positioning Service)。这
14、两种不同类型的效劳分别由两种不同的子系统提供，标准定位效劳由标准定位子系统(SPSStandard Positioning System)提供，精密定位效劳那么由精密定位子系统(PPSPrecision Positioning System)提供。SPS主要面向全世界的民用用户。PPS主要面向美国及其盟国的军事部门以及民用的特许用户。一、 SPSSPS Standard Positioning Service标准定位效劳是供普通民用用户使用的。世界上的任何民用用户都可以免费且不受限制地使用该类定位效劳。绝大多数的GPS接收机都具有接收SPS信号的能力，美国国防部通过采用SA有意识地降低了SPS的定位精度。SPS的估计精度为：n 水平精度：100 mn 垂直精度：156 mn 时间精度：340 ns ns：纳秒，10-9秒。二、 PPSPPS Precision Positioning Service精密定位效劳是供经过美国政府授权的用户使用的。这类用户包括美国及其盟国的军事部门、某些美国政府部门、以及一些经过挑选并通过美国政府特别批准的民用用户。使用PPS需要采用加密设备、密钥以及专用的接收
