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基础篇1

1绪论3

1.1 GPS概况与发展历程3

1.1.1早期的卫星定位技术3

1.1.2全球定位系统（GPS）发展历程6

1.1.3美国政府GPS政策与现代化进程7

1.2 GPS组成及特点9

1.2.1 GPS的组成9

1.2.2 GPS的特点14

1.3其他卫星导航定位系统16

1.3.1全球导航卫星系统（GLONASS）16

1.3.2伽利略卫星导航定位系统（GALILEO）18

1.3.3北斗卫星导航系统（BDS或COMPASS）18

2GPS坐标系统和时间系统21

2.1天球坐标系21

2.1.1天球的基本概念21

2.1.2天球坐标系分类23

2.2地球坐标系23

2.2.1常用地球坐标系形式23

2.2.2参心坐标系和地心坐标系24

2.3协议坐标系24

2.3.1协议天球坐标系25

2.3.2协议地球坐标系25

2.3.3协议天球坐标系与协议地球坐标系的转换26

2.4 GPS常用坐标系统与高程系统27

2.4.1 WGS-84坐标系27

2.4.2 ITRF（国际地球参考框架）27

2.4.3我国常用大地坐标系28

2.4.4地方独立坐标系29

2.4.5 GPS高程系统30

2.5 GPS坐标转换与基准转换32

2.5.1坐标转换32

2.5.2基准转换35

2.6时间系统37

2.6.1时间系统概述37

2.6.2世界时系统37

2.6.3原子时（AtomicTime，AT）38

2.6.4力学时（DynamicalTime，DT）38

2.6.5协调世界时39

2.6.6 GPS时间系统40

原理篇43

3GPS卫星运动与信号构成45

3.1卫星的无摄运动45

3.1.1概述45

3.1.2开普勒定律46

3.1.3真近点角fs48

3.2卫星的受摄运动49

3.2.1卫星运动的摄动力49

3.2.2地球引力场摄动力对卫星轨道的影响49

3.2.3日、月引力对卫星轨道摄动影响50

3.2.4太阳光压对卫星轨道的影响50

3.2.5其他摄动力对卫星轨道的影响50

3.3 GPS卫星星历及卫星位置计算51

3.3.1预报星历51

3.3.2后处理星历51

3.3.3 GPS卫星位置计算52

3.4 GPS卫星信号53

3.4.1测距码54

3.4.2载波55

3.4.3导航电文55

4GPS定位误差58

4.1 GPS定位误差概述58

4.1.1 GPS定位误差分类58

4.1.2消除或削弱误差影响的方法和措施59

4.2与卫星有关的误差60

4.2.1卫星时钟误差60

4.2.2卫星星历误差60

4.2.3相对论效应误差62

4.3与信号传播有关的误差63

4.3.1电离层折射误差63

4.3.2对流层折射误差65

4.3.3多路径效应67

4.4与接收机有关的误差69

4.4.1接收机时钟误差69

4.4.2接收机位置误差69

4.4.3接收机天线相位中心位置误差70

4.5其他误差70

4.5.1地球自转的影响70

4.5.2地球潮汐的影响71

4.5.3引力延迟72

5GPS定位原理74

5.1 GPS观测值及组合74

5.1.1码伪距观测值74

5.1.2载波相位观测值74

5.1.3多普勒观测值75

5.1.4组合观测值75

5.2单点定位78

5.2.1伪距单点定位78

5.2.2精密单点定位80

5.2.3单点定位的定位精度的评价81

5.3相对定位82

5.3.1静态相对定位83

5.3.2动态相对定位84

5.3.3周跳探测与修复方法84

5.3.4整周未知数的确定方法87

5.4差分GPS定位91

5.4.1差分GPS原理91

5.4.2实时动态差分定位技术（RTK）94

5.4.3连续运行参考站（CORS）95

应用篇99

6水电站堆石坝心墙碾压过程监测与质量评价应用101

6.1引言101

6.2GPS支持下的心墙碾压过程监测与质量评价相关技术设计102

6.2.1总体技术路线102

6.2.2监测指标体系设计103

6.2.3监测硬件平台设计104

6.2.4监测软件系统设计106

6.2.5监测数据库结构设计108

6.2.6相关重要算法设计109

6.3应用案例——大渡河瀑布沟水电站大坝心墙碾压过程监测与质量评价系统112

6.3.1工程概况112

6.3.2硬件组装与校核113

6.3.3软件系统的开发116

6.3.4系统应用情况118

7高速客运专线施工控制网监测应用121

7.1引言121

7.2高速客运专线施工控制网监测技术122

7.2.1控制网选点122

7.2.2标石埋设122

7.2.3控制网图形设计123

7.2.4外业观测实施124

7.2.5内业数据处理126

7.3应用案例——石武客专郑州至武汉段精密工程控制测量129

7.3.1工程概况129

7.3.2外业实施130

7.3.3测量数据处理131

7.4应用展望137

8大型桥梁施工期安全监测与应急救援应用139

8.1引言139

8.2桥梁施工安全监测技术141

8.2.1基于GPS的桥梁安全监测方法141

8.2.2桥梁建设危险源分析142

8.2.3应急救援预案研究143

8.3应用案例——武汉二七长江大桥施工期安全监测与应急救援系统144

8.3.1工程概况144

8.3.2系统功能145

8.3.3系统实现146

8.3.4应用展望152

参考文献154