卫星导航定位基础

孙敏，北京大学地球与空间学院遥感所副教授，博士生导师，主要研究领域为无人机遥感、数字影像分析、增强现实地理信息系统。

第１章　绪论 １

１．１　什么是卫星导航定位 １

１．２　传统测绘定位方法 ２

１．３　GPS的产生与发展 ４

１．３．１　子午卫星系统的发展 ５

１．３．２　子午卫星系统及其不足 ６

１．３．３　美国卫星导航定位系统的发展历史 １０

１．３．４　结语 １７

第２章　卫星导航定位系统所涉及的时间系统 １９

２．１　时间系统的概念 １９

２．２　太阳时与恒星时 ２０

２．２．１　太阳时 ２０

２．２．２　恒星时 ２１

２．２．３　世界时 ２２

２．３　原子时、协调世界时与GPS时 ２２

２．３．１　原子时 ２２

２．３．２　协调世界时 ２３

２．３．３　GPS时 ２３

２．４　建立在相对论框架下的时间系统 ２４

２．５　几种时间标示法 ２４

２．５．１　历法 ２４

２．５．２　儒略日 ２４

２．５．３　儒略日与格里高利历的转换 ２５

２．５．４　年积日 ２６

卫星导航定位基础

第３章　卫星导航定位系统所涉及的坐标系统 ２７

３．１　地球坐标系 ２７

３．２　天球坐标系 ３１

３．２．１　岁差 ３２

３．２．２　章动 ３３

３．３　ITRS与GCRS间的坐标转换 ３４

３．４　北斗导航系统所涉及的时间和坐标系统 ３６

第４章　卫星导航定位系统的组成及信号结构 ３８

４．１　GPS卫星导航定位系统的组成 ３８

４．１．１　空间部分 ３８

４．１．２　地面监控部分 ４２

４．１．３　用户部分 ４３

４．２　GPS载波、测距码与导航电文 ４６

４．２．１　载波 ４６

４．２．２　测距码 ４７

４．２．３　导航电文 ５０

４．３　GPS卫星位置的计算 ６０

４．３．１　开普勒定律 ６０

４．３．２　卫星轨道位置地心坐标计算 ６２

４．３．３　卫星的可视性预报与精度因子计算 ７１

第５章　GPS卫星导航定位中的误差分析 ７５

５．１　误差概述 ７５

５．１．１　模型改正法 ７６

５．１．２　求差法 ７６

５．２　相对论效应误差 ７７

５．２．１　卫星轨道视为正圆时的相对论效应 ７７

５．２．２　卫星轨道椭圆变化量的相对论效应 ７９

５．２．３　接收机时钟的相对论效应 ８０

５．３　卫星时钟误差 ８１

５．３．１　广播卫星钟差 ８１

５．３．２　精密卫星钟差 ８２

目　录

５．３．３　硬件时延误差 ８３

５．４　卫星星历误差 ８４

５．４．１　广播星历误差 ８４

５．４．２　精密星历误差 ８５

５．４．３　削弱星历误差的主要方法 ８５

５．４．４　国际GNSS服务 ８６

５．５　电离层延迟误差 ８８

５．５．１　电离层对卫星信号传播的影响 ８８

５．５．２　电离层误差公式推导 ８９

５．５．３　电子密度及其分布特征 ９０

５．５．４　电离层改正模型 ９３

５．５．５　利用双频观测进行电离层延迟改正 ９６

５．５．６　利用双频观测数据构建模型实现电离层改正 １００

５．６　对流层延迟误差 １０１

５．６．１　对流层对卫星信号的影响 １０１

５．６．２　对流层误差模型 １０３

５．６．３　水汽压计算 １０６

５．６．４　气象参数测定及误差 １０６

５．６．５　标准气象元素法 １０８

５．６．６　无气象参数改正模型 １０９

５．６．７　投影函数的高精度模型研究 １１１

５．７　多路径效应误差 １１４

５．７．１　测距码观测时的影响 １１５

５．７．２　载波相位观测时的影响 １１６

５．７．３　消除多路径效应的方法与措施 １１７

５．８　其他误差改正 １１８

５．８．１　地球自转改正误差 １１８

５．８．２　天线相位中心误差 １１９

第６章　卫地距测量与单点定位方法 １２２

６．１　简单的卫星导航定位原理 １２２

６．２　测距码测定卫地距 １２３

６．２．１　测距码测量原理 １２３

卫星导航定位基础

６．２．２　测距码观测方程 １２９

６．３　载波相位测量 １３０

６．３．１　重建载波的方法 １３１

６．３．２　载波相位测量原理 １３２

６．３．３　载波相位观测方程 １３３

６．４　单点定位计算 １３４

６．４．１　伪距观测单点定位 １３４

６．４．２　使用载波相位观测的精密单点定位 １３８

第７章　差分定位 １４１

７．１　差分定位的概念与分类 １４１

７．１．１　差分定位概念 １４１

７．１．２　差分定位的分类 １４１

７．２　差分改正数的计算方法 １４４

７．２．１　坐标域差分 １４４

７．２．２　观测值域差分 １４５

７．２．３　状态空间域(广域)差分 １４６

７．２．４　流动站数据处理 １４６

７．３　数据传输标准 １４７

RTCMＧSCＧ１０４传输格式 １４７

第８章　相对定位 １５８

８．１　单差、双差、三差观测方程 １５８

８．１．１　相对定位消除误差的方法 １５８

８．１．２　单差观测方程 １６０

８．１．３　双差观测方程 １６２

８．１．４　三差观测方程 １６４

８．１．５　流动站初始坐标与其定位结果的关系分析 １６５

８．２　周跳的探测及修复 １６６

８．２．１　整周跳变产生的原因 １６６

８．２．２　周跳的探测与修复方法 １６７

８．３　整周模糊度的确定 １７４

８．３．１　确定整周数的原因 １７４

目　录

８．３．２　确定整周模糊度的几种常用方法 １７５

８．４　静态相对定位原理 １８９

８．５　动态相对定位原理 １９２

８．６　RTK技术 １９３

８．６．１　RTK系统组成 １９３

８．６．２　网络RTK １９５

第９章　连续运行参考系统 ２０５