《衛(wèi)星導航定位新技術及高精度數(shù)據(jù)處理方法》是一本研究生教材,供研究生在已學完“GPS原理及應用”、“GPs測量數(shù)據(jù)處理”等課程的基礎上使用。編寫《衛(wèi)星導航定位新技術及高精度數(shù)據(jù)處理方法》的主要目的是為了使研究生能盡快了解在GPS測量和應用領域中一些熱點問題的研究現(xiàn)狀、基本原理及方法、發(fā)展趨勢,以及有待進一步研究和解決的問題,使他們在掌握GPS定位基本原理的基礎上,能夠根據(jù)個人的研究方向深入地學習GPS的前沿技術和方法,在規(guī)定的時間內(nèi)完成學位論文。
全書共分十章,各章之間較為獨立,其順序也是隨機編排的。學生既可按章節(jié)依次學習,也可根據(jù)需要重點學習其中的部分章節(jié)。參加編寫的老師均為各研究方向內(nèi)的專家,對負責編寫的內(nèi)容有全面的了解,并作過較為深入的研究。書中所討論的熱點問題大多是編寫者在博士論文中所研究的內(nèi)容或承擔的科研項目中的內(nèi)容。
《衛(wèi)星導航定位新技術及高精度數(shù)據(jù)處理方法》第一章由張小紅教授負責編寫,主要介紹了精密單點定位的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、基本原理和方法,詳細討論了精密單點定位中的誤差改正模型和參數(shù)估計方法等關鍵技術,并結(jié)合實例分析了精密單點定位的精度,指出了有待進一步解決的問題。第二、三章由黃勁松副教授負責編寫,周跳的探測與修復、整周模糊度的確定是利用載波相位觀測值進行高精度定位的關鍵問題,希望研究生能在原有的基礎上對上述問題有更加深入全面的了解。第四章由張小紅教授負責編寫,介紹了利用GNSS來測定電離層延遲并進而建立電離層延遲模型的相關問題。本章還對利用掩星層析方法來確定電子密度的垂直分布作了較全面的介紹。第五章分為三個部分,第一部分由王甫紅副教授負責編寫,介紹了以GNSS衛(wèi)星作為動態(tài)基準點,利用星載GNSS接收機所測定的距離觀測值來實時確定低軌衛(wèi)星的軌道;第二、三部分由李征航教授和劉萬科博士負責編寫,第二部分介紹了利用星間觀測值進行導航衛(wèi)星的自主定軌問題,詳細討論了導航衛(wèi)星自主定軌中由于基準缺失而導致的秩虧問題;第三部分介紹了星地聯(lián)合定軌的問題。第六章由李征航教授負責編寫,介紹了一種無需進行周跳探測與修復以及整周模糊度確定的基線向量解算方法。GAMIT軟件和Bemuse軟件是國際上廣泛使用的兩個高精度GPs數(shù)據(jù)處理軟件,為了讓從事GPS高精度數(shù)據(jù)的研究生能夠熟悉和使用,《衛(wèi)星導航定位新技術及高精度數(shù)據(jù)處理方法》第七章專門進行了介紹。這章由姜衛(wèi)平教授和朱智勤老師負責編寫,分別對這兩個軟件的特點、結(jié)構(gòu)、使用方法及注意事項等進行了介紹。第八章由徐曉華副教授負責編寫,對地基GPS氣象學和空基GPS氣象學的原理、方法和應用等問題作了較全面的介紹。第九章由唐衛(wèi)明博士負責編寫,對網(wǎng)絡RTK技術的原理、方法等內(nèi)容作了介紹。第十章由姚宜斌教授負責編寫,介紹了利用衛(wèi)星定位技術直接測定海拔高程的技術方法,著重討論了1cm精度的城市似大地水準面和5cm精度的省級似大地水準面的實現(xiàn)方法和關鍵技術。
第1章 精密單點定位技術及其應用
1.1 引言
1.2 精密單點定位技術的發(fā)展現(xiàn)狀
1.3 精密單點定位的基本原理
1.3.1 數(shù)據(jù)預處理
1.3.2 參數(shù)估計方法
1.4 精密單點定位的主要誤差源及其改正模型
1.4.1 與接收機和測站有關的誤差
1.4.2 與衛(wèi)星有關的誤差
1.4.3 與信號傳播有關的誤差
1.4.4 精密單點定位數(shù)據(jù)處理策略與IGs產(chǎn)品的兼容性
1.5 精密單點定位的技術優(yōu)勢
1.6 精密單點定位中的坐標框架
1.7 精密單點定位軟件、應用實例及結(jié)果分析
1.7.1 精密動態(tài)單點定位的內(nèi)符合精度分析
1.7.2 精密動態(tài)單點定位同雙差解和已知坐標的比較
1.8 精密單點定位技術的應用前景.,
1.9 精密單點定位技術有待解決的問題
第2章 周跳探測及處理
2.1 概述
2.1.1 載波相位測量
2.1.2 周跳
2.1.3 周跳的起因
2.1.4 周跳的特性
2.1.5 周跳的探測
2.1.6 周跳的處理
2.1.7 載波相位和碼偽距觀測方程
2.1.8 接收機鐘差對周跳探測的影響
2.2 基于觀測值變化規(guī)律的周跳探測
2.2.1 多項式擬合法
2.2.2 高次差法
2.3 基于多類觀測值組合的周跳探測
2.3.1 單頻碼相組合法
2.3.2 雙頻碼相組合法
2.3.3 電離層殘差法
2.3.4 多普勒積分法
2.4 基于觀測值估值殘差的周跳探測
2.4.1 三差觀測值殘差法
2.4.2 歷元間差分法
2.5 已知基線法
第3章 整周模糊度
3.1 概述
3.2 消除模糊度參數(shù)的方法
3.2.1 三差法
3.2.2 交換天線法
3.3 在坐標域內(nèi)確定模糊度
3.3.1 已知基線法
3.3.2 模糊度函數(shù)法
3.4 在觀測值域內(nèi)確定模糊度
3.4.1 雙頻碼相組合確定模糊度
3.4.2 三頻碼相組合確定模糊度
3.5 在模糊度域內(nèi)確定模糊度
3.5.1 浮動解和固定解
3.5.2 確定固定解的一般過程
3.5.3 經(jīng)典置信區(qū)間搜索法
3.5.4 最小二乘搜索方法
3.5.5 快速模糊度確定方法
3.5.6 最小二乘模糊度降相關平差方法
3.5.7 Cholesky分解快速模糊度搜索
3.6 與電離層無關組合的模糊度固定
第4章 基于GPS觀測值的電離層電子含量反演及建模
4.1 概述
4.2 GPS觀測反演電子含量的基本原理
4.3 幾種典型的電離層單層模型
4.3.1 經(jīng)典電離層模型
4.3.2 格網(wǎng)模型
4.3.3 多項式函數(shù)模型
4.3.4 球諧模型
4.3.5 全球電離層圖(GIM)
4.4 電離層層析成像((2IT)
4.4.1 電離層層析成像技術
4.4.2 電離層層析成像基本原理
4.4.3 電離層層析建模方法
4.5 掩星GPS電離層探測
4.5.1 掩星GPS電離層探測概況
4.5.2 GPS掩星探測電離層Abel積分反演原理
4.5.3 Abel積分中的奇點問題
第5章 利用星間觀測值進行衛(wèi)星的自主定軌
5.1 星載GPS自主定軌
5.1.1 概述
5.1.2 衛(wèi)星自主定軌的濾波算法
5.1.3 衛(wèi)星自主定軌的動力學模型
5.1.4 基于星載GPS偽距觀測值的自主定軌方法
5.2 導航衛(wèi)星的自主定軌
5.2.1 前言
5.2.2 星間距離觀測值的生成
5.2.3 數(shù)學模型和軟件
5.2.4 算例
5.2.5 結(jié)論
5.3 導航衛(wèi)星的星地聯(lián)合定軌
5.3.1 前言
5.3.2 數(shù)學模型及軟件
5.3.3 模擬計算的結(jié)果和分析
5.3.4 結(jié)論
第6章 無整周問題的基線解算新方法
6.1 前言
6.2 無整周問題的變形監(jiān)測新模型
6.2.1 前言
6.2.2 提取變形量的新模型
6.2.3 幾種特殊情況的處理方法
6.2.4 試驗與檢測結(jié)果
6.2.5 小結(jié)
6.3 一種解算GPs短基線向量的新方法
6.3.1 解算基線向量的新方法
6.3.2 實例與分析
6.3.3 結(jié)論和建議
6.4 無整周模糊度的中長基線解算方法
6.4.1 電離層延遲改正
6.4.2 算例
6.4.3 結(jié)論
第7章 GAMIT/GLOBK軟件和Bernese軟件簡介
7.1 GAMIT/GLOBK軟件簡介
7.1.1 GAMIT/GLOBK軟件的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀
7.1.2 GAMIT/GLOBK軟件的功能及組成
7.1.3 軟件安裝
7.1.4 GAMIT/GLOBK數(shù)據(jù)處理流程
7.1.5 實例分析
7.2 Burmese軟件簡介
7.2.1 發(fā)展歷史
7.2.2 軟件的主要功能和特點
7.2.3 程序結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容
7.2.4 軟件界面介紹
7.2.5 數(shù)據(jù)處理流程概述
7.2.6 BERNESE軟件數(shù)據(jù)處理
第8章 GPS氣象學
8.1 研究的目的與意義
8.2 利用地基GPS觀測探測大氣水汽分布
8.2.1 研究現(xiàn)狀
8.2.2 基本原理與方法
8.2.3 有待解決的問題
8.3 利用星載GPS掩星觀測探測地球大氣性質(zhì)
8.3.1 GPS無線電掩星技術的產(chǎn)生
8.3.2 GNSS掩星任務的發(fā)展歷史
8.3.3 研究現(xiàn)狀
8.3.4 基本原理與方法
8.3.5 GPS掩星觀測數(shù)據(jù)處理流程
8.3.6 有待進一步解決的問題
8.4 利用山基與機載GPS掩星觀測探測大氣性質(zhì)
……
第9章 網(wǎng)絡PTK技術
第10章 基于衛(wèi)星定位技術的現(xiàn)代高程測定
國內(nèi)GPS非差相位精密單點定位的研究起步雖然稍晚,但目前的研究應用卻與國際當前水平相當。2000年,上海天文臺在《測繪學報》上發(fā)表文章,闡述了他們應用JPI..的GIPSY軟件進行類似精密單點定位原理的小區(qū)域網(wǎng)站的靜態(tài)定位試驗,數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明也可達到13111級定位精度。武漢大學的葉世榕博士對非差相位精密單點定位技術進行了較為深入的研究,并以此為主要內(nèi)容完成其博士論文。隨后,武漢大學的張小紅教授等經(jīng)過數(shù)年對GPS精密單點定位理論與方法的深入研究,在國內(nèi)率先開發(fā)出了高精度的精密單點定位數(shù)據(jù)處理商業(yè)化軟件TRIP,軟件在算法設計和定位精度方面取得突破,TRIP軟件的定位解算精度和可靠性等方面已經(jīng)和國際同類軟件水平相當,是國際上目前為數(shù)不多的幾個精密單點定位軟件之一,已在國內(nèi)相關部門推廣使用,應用于航空動態(tài)測量和地面像控靜態(tài)測量等領域。香港理工大學的陳武博士等也對精密單點定位技術進行了研究,并將其應用于GPS浮標來監(jiān)測海面變化。此外,同濟大學、中國科學院測量與地球物理研究所等機構(gòu)也開展了精密單點定位的研究工作,取得了一定的研究成果。
最近幾年,在上述雙頻精密單點定位研究成果的基礎上,已有不少學者開始研究單頻精密單點定位的模型、算法,并拓展其應用。加拿大Calgary大學的高揚博士對單頻精密單點定位進行了一定的研究,取得了一些試驗結(jié)果;荷蘭的Le和Tiberius利用單頻接收機取得了水平0.5m、高程lm精度的單頻精密單點定位試驗結(jié)果(Le和Tiberius,2007);武漢大學的邰賀碩士對單頻精密單點定位進行了較為深入的研究,取得了米級精度的事后單頻精密單點定位的試驗結(jié)果(2007)?傮w來講,目前,單頻精密單點定位還有若干關鍵問題沒有得到很好的解決,其研究與應用還不太成熟。
本書將主要介紹雙頻精密單點定位的基本理論和方法,對于單頻精密單點定位,除了數(shù)據(jù)預處理方法和電離層延遲改正處理方法有所不同外,基本上與雙頻精密單點定位的原理類似,不作專門論述,感興趣的讀者可參閱有關文獻。