衛(wèi)星導(dǎo)航定位基礎(chǔ)

第１章　緒論 ……………………………………………………………………… １
１．１　什么是衛(wèi)星導(dǎo)航定位 …………………………………………………………… １
１．２　傳統(tǒng)測繪定位方法 ……………………………………………………………… ２
１．３　GPS的產(chǎn)生與發(fā)展 ……………………………………………………………… ４
１．３．１　子午衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展 …………………………………………………… ５
１．３．２　子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其不足 ………………………………………………… ６
１．３．３　美國衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的發(fā)展歷史 ………………………………… １０
１．３．４　結(jié)語 …………………………………………………………………… １７
第２章　衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)所涉及的時間系統(tǒng)…………………………… １９
２．１　時間系統(tǒng)的概念 ……………………………………………………………… １９
２．２　太陽時與恒星時 ……………………………………………………………… ２０
２．２．１　太陽時 ………………………………………………………………… ２０
２．２．２　恒星時 ………………………………………………………………… ２１
２．２．３　世界時 ………………………………………………………………… ２２
２．３　原子時、協(xié)調(diào)世界時與GPS時 ……………………………………………… ２２
２．３．１　原子時 ………………………………………………………………… ２２
２．３．２　協(xié)調(diào)世界時 …………………………………………………………… ２３
２．３．３　GPS時 ………………………………………………………………… ２３
２．４　建立在相對論框架下的時間系統(tǒng) …………………………………………… ２４
２．５　幾種時間標(biāo)示法 ……………………………………………………………… ２４
２．５．１　歷法 …………………………………………………………………… ２４
２．５．２　儒略日 ………………………………………………………………… ２４
２．５．３　儒略日與格里高利歷的轉(zhuǎn)換 ………………………………………… ２５
２．５．４　年積日 ………………………………………………………………… ２６
衛(wèi)星導(dǎo)航定位基礎(chǔ)
第３章　衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)所涉及的坐標(biāo)系統(tǒng)…………………………… ２７
３．１　地球坐標(biāo)系 …………………………………………………………………… ２７
３．２　天球坐標(biāo)系 …………………………………………………………………… ３１
３．２．１　歲差 …………………………………………………………………… ３２
３．２．２　章動 …………………………………………………………………… ３３
３．３　ITRS與GCRS間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換………………………………………………… ３４
３．４　北斗導(dǎo)航系統(tǒng)所涉及的時間和坐標(biāo)系統(tǒng) …………………………………… ３６
第４章　衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)…………………………… ３８
４．１　GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的組成 ……………………………………………… ３８
４．１．１　空間部分 ……………………………………………………………… ３８
４．１．２　地面監(jiān)控部分 ………………………………………………………… ４２
４．１．３　用戶部分 ……………………………………………………………… ４３
４．２　GPS載波、測距碼與導(dǎo)航電文 ………………………………………………… ４６
４．２．１　載波 …………………………………………………………………… ４６
４．２．２　測距碼 ………………………………………………………………… ４７
４．２．３　導(dǎo)航電文 ……………………………………………………………… ５０
４．３　GPS衛(wèi)星位置的計算 ………………………………………………………… ６０
４．３．１　開普勒定律 …………………………………………………………… ６０
４．３．２　衛(wèi)星軌道位置地心坐標(biāo)計算 ………………………………………… ６２
４．３．３　衛(wèi)星的可視性預(yù)報與精度因子計算 ………………………………… ７１
第５章　GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位中的誤差分析 ………………………………… ７５
５．１　誤差概述 ……………………………………………………………………… ７５
５．１．１　模型改正法 …………………………………………………………… ７６
５．１．２　求差法 ………………………………………………………………… ７６
５．２　相對論效應(yīng)誤差 ……………………………………………………………… ７７
５．２．１　衛(wèi)星軌道視為正圓時的相對論效應(yīng) ………………………………… ７７
５．２．２　衛(wèi)星軌道橢圓變化量的相對論效應(yīng) ………………………………… ７９
５．２．３　接收機(jī)時鐘的相對論效應(yīng) …………………………………………… ８０
５．３　衛(wèi)星時鐘誤差 ………………………………………………………………… ８１
５．３．１　廣播衛(wèi)星鐘差 ………………………………………………………… ８１
５．３．２　精密衛(wèi)星鐘差 ………………………………………………………… ８２
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目　錄
５．３．３　硬件時延誤差 ………………………………………………………… ８３
５．４　衛(wèi)星星歷誤差 ………………………………………………………………… ８４
５．４．１　廣播星歷誤差 ………………………………………………………… ８４
５．４．２　精密星歷誤差 ………………………………………………………… ８５
５．４．３　削弱星歷誤差的主要方法 …………………………………………… ８５
５．４．４　國際GNSS服務(wù) ……………………………………………………… ８６
５．５　電離層延遲誤差 ……………………………………………………………… ８８
５．５．１　電離層對衛(wèi)星信號傳播的影響 ……………………………………… ８８
５．５．２　電離層誤差公式推導(dǎo) ………………………………………………… ８９
５．５．３　電子密度及其分布特征 ……………………………………………… ９０
５．５．４　電離層改正模型 ……………………………………………………… ９３
５．５．５　利用雙頻觀測進(jìn)行電離層延遲改正 ………………………………… ９６
５．５．６　利用雙頻觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建模型實(shí)現(xiàn)電離層改正 ……………………… １００
５．６　對流層延遲誤差 ……………………………………………………………… １０１
５．６．１　對流層對衛(wèi)星信號的影響 …………………………………………… １０１
５．６．２　對流層誤差模型 ……………………………………………………… １０３
５．６．３　水汽壓計算 …………………………………………………………… １０６
５．６．４　氣象參數(shù)測定及誤差 ………………………………………………… １０６
５．６．５　標(biāo)準(zhǔn)氣象元素法 ……………………………………………………… １０８
５．６．６　無氣象參數(shù)改正模型 ………………………………………………… １０９
５．６．７　投影函數(shù)的高精度模型研究 ………………………………………… １１１
５．７　多路徑效應(yīng)誤差 ……………………………………………………………… １１４
５．７．１　測距碼觀測時的影響 ………………………………………………… １１５
５．７．２　載波相位觀測時的影響 ……………………………………………… １１６
５．７．３　消除多路徑效應(yīng)的方法與措施 ……………………………………… １１７
５．８　其他誤差改正 ………………………………………………………………… １１８
５．８．１　地球自轉(zhuǎn)改正誤差 …………………………………………………… １１８
５．８．２　天線相位中心誤差 …………………………………………………… １１９
第６章　衛(wèi)地距測量與單點(diǎn)定位方法 ……………………………………… １２２
６．１　簡單的衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理 …………………………………………………… １２２
６．２　測距碼測定衛(wèi)地距 …………………………………………………………… １２３
６．２．１　測距碼測量原理 ……………………………………………………… １２３
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衛(wèi)星導(dǎo)航定位基礎(chǔ)
６．２．２　測距碼觀測方程 ……………………………………………………… １２９
６．３　載波相位測量 ………………………………………………………………… １３０
６．３．１　重建載波的方法 ……………………………………………………… １３１
６．３．２　載波相位測量原理 …………………………………………………… １３２
６．３．３　載波相位觀測方程 …………………………………………………… １３３
６．４　單點(diǎn)定位計算 ………………………………………………………………… １３４
６．４．１　偽距觀測單點(diǎn)定位 …………………………………………………… １３４
６．４．２　使用載波相位觀測的精密單點(diǎn)定位 ………………………………… １３８
第７章　差分定位 ……………………………………………………………… １４１
７．１　差分定位的概念與分類 ……………………