卫星导航定位新技术及应用

第1章 全球卫星导航系统起源与发展动态 1

【教学及学习目标】 1

1.1 引言1

1.2 卫星导航系统起源 2

1.2.1 子午仪系统及其局限性 2

1.2.2 全球定位系统的产生、发展及前景 3

1.3 全球卫星导航系统建设进展4

1.3.1 BDS 4

1.3.2 Galileo 14

1.3.3 GPS24

1.3.4 GLONASS 31

1.3.5 区域导航系统 35

1.4 GNSS在各个领域中的应用及我国卫星导航应用展望 37

1.4.1 民用领域 38

1.4.2 军事领域 38

1.4.3 我国卫星导航应用展望 38

1.5 基于GNSS的PNT体系 40

1.5.1 体系框架41

1.5.2 综合PNT 42

1.5.3 水下PNT 46

1.5.4 微PNT 51

1.5.5 弹性PNT 57

思考题 61

参考文献 61

第2章 GNSS精密定位基本数学原理 63

【教学及学习目标】 63

2.1 引言 63

2.2 GNSS基本观测方程 63

2.2.1 测距码观测量 63

2.2.2 载波相位观测量 64

2.3 GNSS定位基本数学模型 64

2.3.1 单点定位模型 64

2.3.2 双差精密定位模型 66

2.4 GNSS精密定位整数估计方法 67

2.4.1 混合整数模型估计步骤 68

2.4.2 整数估计定义 68

2.5 三种常用整数估计 70

2.5.1 取整估计 70

2.5.2 Bootstrapping估计 70

2.5.3 整数*小二乘估计 71

2.6 整数估计成功率 73

2.6.1 取整估计成功率 73

2.6.2 Bootstrapping估计成功率 74

2.6.3 整数*小二乘估计成功率 74

2.7 基于格基规约的GNSS整数估计 76

2.7.1 格基理论及GNSS整数估计 76

2.7.2 LLL规约 78

2.8 LAMBDA规约及搜索算法 82

2.8.1 LAMBDA规约方法 82

2.8.2 LAMBDA规约与1-LLL规约等效 83

2.8.3 LAMBDA搜索算法 84

2.9 LLL深度规约 87

2.9.1 定义 87

2.9.2 两种全局排序方法 88

2.9.3 快速V-BLAST排序 90

2.9.4 循环快速V-BLAST 排序规约 91

2.10 GNSS整数估计检验 92

2.10.1 常用GNSS整数解检验方法 93

2.10.2 GNSS整数解后验概率检验 93

2.10.3 后验概率检验 97

思考题 100

参考文献 100

第3章 网络RTK 技术 104

【教学及学习目标】 104

3.1 引言 104

3.2 网络RTK概述 105

3.2.1 基本概念及原理 105

3.2.2 系统组成 106

3.2.3 技术特点及影响因素 109

3.2.4 关键技术 110

3.3 网络RTK技术服务种类 112

3.3.1 虚拟参考站技术 113

3.3.2 主辅站技术 115

3.3.3 区域改正参数技术 116

3.3.4 综合误差内插法 117

3.3.5 联合单参考站RTK技术 117

3.4 网络RTK建设现状及发展趋势 118

3.4.1 建设现状 118

3.4.2 发展趋势 120

思考题 121

参考文献 121

第4章 精密单点定位技术 123

【教学及学习目标】 123

4.1 引言 123

4.2 精密单点定位技术发展现状 123

4.2.1 PPP实数解 124

4.2.2 PPP固定解 127

4.2.3 实时PPP 129

4.2.4 多频多系统PPP 130

4.2.5 PPP-RTK 132

4.3 精密单点定位基本原理 133

4.3.1 精密单点定位函数模型构建 133

4.3.2 精密单点定位随机模型构建 135

4.3.3 参数估计 136

4.3.4 数据预处理及质量控制 138

4.4 精密单点定位误差来源及处理方法 141

4.4.1 与卫星相关误差及处理方法 141

4.4.2 与信号传播过程相关误差及处理方法 143

4.4.3 与接收机和测站相关误差及处理方法 144

4.5 精密单点定位模糊度固定 147

4.5.1 模糊度固定基本问题 147

4.5.2 模糊度验证及质量控制方法 151

4.6 精密单点定位性能分析 154

4.6.1 静态定位性能分析 154

4.6.2 动态定位性能分析 156

思考题 158

参考文献 158

第5章 北斗/GNSS地基/星基增强系统 164

【教学及学习目标】 164

5.1 引言 164

5.2 地基增强系统 165

5.2.1 系统概述 165

5.2.2 北斗地基增强系统构成 169

5.2.3 北斗地基增强系统产品 171

5.2.4 北斗地基增强服务性能指标 175

5.3 星基增强系统 176

5.3.1 系统概述 176

5.3.2 北斗星基增强系统构成 187

5.3.3 北斗星基增强系统产品 192

5.3.4 北斗星基增强服务性能指标 196

5.4 低轨导航GNSS增强系统 198

5.4.1 信息增强及信号增强 198

5.4.2 现有GNSS增强系统 198

5.4.3 低轨星座优缺点 200

5.4.4 低轨导航增强关键技术 201

5.5 星载GNSS定轨技术 201

5.5.1 发展现状及应用前景 201

5.5.2 低轨卫星星载GNSS定轨 201

5.5.3 星载GNSS定轨原理 204

5.5.4 导航卫星星间链路自主定轨 209

思考题 214

参考文献 214

第6章 GNSS组合导航 216

【教学及学习目标】 216

6.1 引言 216

6.2 GNSS/INS组合导航 217

6.2.1 概述 217

6.2.2 系统结构 218

6.2.3 数学模型 222

6.2.4 关键技术 225

6.2.5 发展趋势 226

6.3 GNSS/GIS数据融合 228

6.3.1 地理信息在卫星导航应用中的发展趋势 229

6.3.2 GNSS/GIS集成在车辆导航中的应用 231

6.3.3 3S一体化融合应用 233

6.3.4 基于北斗卫星导航系统的高精度位置服务系统 236

6.4 GNSS/天文组合导航 238

6.4.1 系统结构 238

6.4.2 数学模型 239

6.5 GNSS/视觉组合导航 242

6.6 GNSS与传统无线电组合导航 244

思考题 245

参考文献 246

第7章 GNSS遥感新技术 247

【教学及学习目标】 247

7.1 引言 247

7.2 GNSS折射遥感技术 248

7.2.1 大气分层及大气折射 248

7.2.2 GNSS对流层延迟 250

7.2.3 GNSS电离层延迟 252

7.2.4 地基GNSS大气水汽探测 254

7.2.5 地基GNSS电离层TEC 探测 255

7.2.6 地基GNSS大气水汽/电离层层析探测 256

7.3 GNSS反射遥感技术 258

7.3.1 观测模式及接收平台 258

7.3.2 双天线GNSS-R遥感技术 259

7.3.3 单天线GNSS-R遥感技术 261

7.3.4 GNSS SAR成像遥感技术 263

7.4 GNSS遥感新技术发展趋势 264

7.4.1 GNSS-R低轨卫星 264

7.4.2 GNSS-R接收机265

7.4.3 基于北斗卫星的GNSS-R新兴遥感 265

思考题 265

参考文献 266

附录A IGS组织 268

附录B iGMAS 274

附录C STK 仿真软件 277

附录D RTKLIB软件 282

附录E Bernese 5.2软件 286

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卫星导航定位系统自诞生以来，其技术的革新与完善就伴随着系统的建设和用户终端的广泛应用而飞速发展，也催生出了许多新理论、新技术、新方法与新应用。《卫星导航定位新技术及应用》跟踪、阐述当前卫星导航系统定位的发展动态，以满足该领域中不同用户的需求，主要内容包括：GNSS精密定位基本数学原理，主要阐述精密定位中的整数估计及基于格基规约的整数估计方法等；网络RTK技术，主要阐述网络RTK技术的种类、技术优势；精密单点定位技术，主要阐述精密单点定位基本原理、误差来源及处理方法，以及模糊度固定的研究进展；北斗/GNSS地基/星基增强系统，主要阐述地基/星基增强的系统构成和涉及的关键技术；GNSS组合导航，主要阐述GNSS与INS、GIS、天文导航、视觉导航等方式组合导航的关键技术及技术优势；GNSS遥感新技术，主要阐述GNSS折射与反射遥感可获取的有效观测量及相关的新技术。