内容简介
《GNSS精密定位原理与方法》结合作者团队近年来的科研教学实践，总结和归纳了当前卫星定位技术手段，并详细给出了各种定位技术的原理、实现方法、性能分析和典型应用。《GNSS精密定位原理与方法》共11章。第1章阐述卫星导航系统的进展；第2章介绍卫星精密定位技术的发展历程；第3章讲述卫星精密定位的误差源；第4章讲解单点定位技术；第5章讲解伪距差分定位技术；第6章讲解实时动态定位技术；第7章讲解精密单点定位技术；第8章讲述相位观测值模糊度固定技术；第9章讲解PPP增强定位技术；第10章讲述网络RTK定位技术；第11章讲述GNSS精密定位技术的发展态势。
精彩书摘
第1章卫星导航系统进展
全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）利用导航卫星发射的无线电信号进行精确测时与测距，能够为用户提供连续、稳定、可靠的定位、导航和授时（Positioning，Navigation，andTiming，PNT）服务。GNSS包括中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS），美国全球定位系统（Global Positioning System，GPS），俄罗斯格洛纳斯导航卫星系统（GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sstema，GLONASS）和欧盟伽利略系统（Galileo）在内的全球性导航系统，日本准天顶卫星系统（Quasi-Zenith Satellite System，QZSS）和印度区域导航卫星系统（Navigation with Indian Constellation，NAVIC）在内的区域性卫星系统及其各类星基增强系统（Satellite-Based Augmentation System，SBAS），例如美国的WAAS（Wide Area Augmentation System），欧洲的EGNOS（European Geostationary Navigation Overlay Service），日本的MSAS（Multi-functional Satellite Augmentation System）和印度的GAGAN（GPS Aided GEO Augmented Navigation）。以下重点介绍BDS、GPS、GLONASS和Galileo四个全球性导航系统并简要介绍其他区域导航系统的发展历程。
1.1北斗卫星导航系统进展
北斗卫星导航系统（以下简称北斗系统）是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。
中国高度重视北斗系统的建设发展，20世纪80年代，中国开始探索适合本国国情的卫星导航系统发展道路，形成了“三步走”的发展战略[1]。**步，1994年启动**代北斗卫星导航定位系统建设，该系统是根据陈芳允院士提出的利用两颗地球同步卫星进行导航定位的设想而建立的，采用有源定位体制，靠双星定位确定用户的平面位置，海拔高程依靠中心站内的地面高程模型来确定。中国自行研制的两颗北斗导航试验卫星于2000年10月31日和2000年12月21日相继从西昌卫星发射中心升空并准确进入预定的地球同步轨道（分别位于东经80°和140°赤道上空），组成了我国**代卫星导航定位系统——北斗一号导航系统的卫星星座。2003年，发射第3颗地球静止轨道卫星，进一步增强系统性能。同时，北斗一号巧妙设计了双向短报文通信功能，这是北斗的*创。北斗一号是探索性的**步，初步满足了中国及周边区域的定位导航授时需求。中国卫星导航系统实现从无到有，使中国成为继美、俄之后第三个拥有卫星导航系统的国家。第二步，2004年启动北斗二号系统建设。2012年完成了14颗卫星发射组网，包括5颗地球静止轨道卫星（Geostationary Earth Orbit，GEO）、5颗倾斜地球同步轨道卫星（Inclined GeoSynchronous Orbit，IGSO）和4颗中圆地球轨道卫星（Medium Earth Orbit，MEO），北斗二号系统在兼容北斗一号系统技术体制的基础上，增加了无源定位体制，为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。北斗二号创新性构建的5GEO+5IGSO+4MEO的中高轨混合星座架构，可为亚太地区用户提供更髙性能的定位导航授时服务，为全世界卫星导航系统发展提出了新的中国方案。第三步，2009年启动北斗三号系统建设。北斗三号系统是由3GEO+3IGSO+24MEO构成的混合导航星座，系统继承有源服务和无源服务两种技术体制，为全球用户提供基本导航（定位、测速、授时）、全球短报文通信和国际搜救服务，同时可为中国及周边地区用户提供区域短报文通信、星基增强和精密单点定位等服务。2020年6月23日，北斗三号系统*后一颗GEO卫星成功发射，标志着北斗三号系统全球服务星座部署完成；同时，7月31日在北京人民大会堂举行的北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式，标志着北斗三号全球卫星导航系统正式开始向全世界提供连续稳定的导航定位授时服务。计划到2035年，将建成以北斗系统为核心，更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系，进一步提升时空信息服务能力，实现北斗高质量建设发展。
北斗系统是全球**个提供三频信号服务的卫星导航系统，使用双频信号可以减弱电离层延迟的影响，而使用三频信号可以构建更为复杂的模型，以此消除电离层延迟的髙阶误差。同时，使用三频信号可以提高载波相位模糊度的解算效率，理论上还可以提高载波收敛速度。正因如此，GPS系统也在扩展成三频信号系统。北斗二号在B1、B2和B3三个频段提供B1I、B2I和B3I三个公开服务信号。其中，B1频段的中心频率为1561.098MHz，B2为1207.14MHz，B3为1268.52MHz。北斗三号在B1、B2和B3三个频段提供BlI、BlC、B2a、B2b和B3I五个公开服务信号。其中，B1频段的中心频率为1575.42MHz，B2为1176.45MHz，B3为1268.52MHz。
北斗系统由空间段、地面段和用户段3部分组成。北斗系统的空间段由3类混合星座的卫星构成，北斗三号系统目前由3颗GEO卫星、3颗IGSO卫星和24颗MEO卫星组成，
目录
目录
第1章 卫星导航系统进展 1
1.1 北斗卫星导航系统进展 1
1.2 GPS卫星导航系统进展 3
1.3 GLONASS卫星导航系统进展 5
1.4 Galileo卫星导航系统进展 7
1.5其他卫星导航系统进展 8
第2章 卫星精密定位技术的发展历程 12
2.1 绝对定位技术发展历程 12
2.2 相对定位技术发展历程 13
2.3 融合定位技术发展历程 14
2.3.1多模多频GNSS观测的融合定位技术 14
2.3.2 GNSS与其他测量手段的融合定位技术 15
第3章 卫星精密定位的误差源 17
3.1 卫星有关的误差 17
3.2 测站有关的误差 20
3.3 信号传播有关的误差 23
3.4 其他特殊考虑的误差 25
第4章 单点定位技术 27
4.1 单点定位的原理 27
4.2 单点定位的实现 28
4.2.1 数学模型 28
4.2.2 参数估计 31
4.3 单点定位的典型应用 32
4.3.1 地质勘查 32
4.3.2 精确导航 32
4.3.3 智慧旅游 33
4.3.4 海洋开发 33
第5章 伪距差分定位技术 34
5.1 差分定位的原理 34
5.2 差分定位的分类 35
5.2.1位置差分 35
5.2.2 伪距差分 36
5.3 局域差分定位技术 37
5.3.1 单基站局域差分定位 37
5.3.2 多基站局域差分定位 38
5.4 广域差分定位技术 38
5.5 差分定位典型应用 39
5.5.1 海上导航定位 39
5.5.2 陆地应用 40
5.5.3 航空应用 40
5.5.4 资源勘查 41
第6章 实时动态定位技术 42
6.1 **RTK技术 42
6.1.1 观测模型 42
6.1.2 随机模型 48
6.1.3 误差模型 51
6.1.4 参数估计 52
6.2 双差电离层对流层约束的RTK技术 54
6.2.1 数学模型 54
6.2.2 电离层约束 55
6.2.3 数据处理策略 57
6.3 适应不同长度基线的RTK技术 58
6.3.1 函数模型 58
6.3.2 随机模型 60
6.3.3 验证与分析 61
6.4 统一参考模糊度的组合RTK技术 67
6.4.1 传统组合RTK模型 67
6.4.2 统一参考模糊度的组合RTK模型 68
6.5 顾及不同系统观测值定位偏差的RTK技术 71
6.5.1 不同系统观测值定位偏差的改正模型 72
6.5.2 不同系统观测值定位偏差的参数估计模型 72
6.5.3 验证与分析 74
6.6 顾及不同频率观测值定位偏差的RTK技术 84
6.6.1 不同频率观测值定位偏差的改正模型 84
6.6.2 不同频率观测值定位偏差的参数估计模型 85
6.6.3 验证与分析 85
6.7 顾及差分系统间偏差和差分频率间偏差的RTK技术 91
6.7.1 函数模型 92
6.7.2 验证与分析 99
6.8 RTK定位技术典型应用 113
6.8.1 工程测量 113
6.8.2 安全监测 114
6.8.3 智慧交通 115
6.8.4 精准农业 115
第7章 精密单点定位技术 117
7.1 **PPP技术 117
7.1.1 函数模型 117
7.1.2 随机模型 119
7.2 非差非组合PPP技术 121
7.2.1 函数模型 122
7.2.2 随机模型 124
7.2.3 测试分析 125
7.3 单频PPP技术 128
7.3.1 函数模型 129
7.3.2 测试分析 131
7.4 多频多模融合PPP技术 134
7.4.1 多频多模融合PPP模型 134
7.4.2 测试分析 135
7.5 系统间差分的融合PPP技术 140
7.5.1 系统间差分的融合PPP模型 140
7.5.2 测试分析 142
7.6 PPP技术典型应用 149
第8章 相位观测值模糊度固定技术 152
8.1 UPD估计技术 152
8.2 PPP模糊度固定技术 155
8.2.1 基于UPD的模糊度固定技术 155
8.2.2 基于耦合钟差的模糊度固定技术 156
8.2.3 基于整数相位钟的模糊度固定技术 157
8.3 整周模糊度搜索方法 157
8.3.1 LSAST 158
8.3.2 FASF 158
8.3.3 LAMBDA/MLAMBDA 159
8.4 整周模糊度检验 159
8.4.1 RATIO 检验原理 159
8.4.2 基于成功率的模糊度检验方法 160
8.4.3 差异检验与完好性监测结合的整周模糊度检验方法 161
第9章 PPP增强定位技术 171
9.1 双频增强单频ppp技术 in
9.1.1 SEID 模型 172
9.1.2 基于SEID模型的单频数据反演双频数据 172
9.1.3 单频PPP双频解算模型 173
9.2 基准站改正PPP技术 177
9.2.1 基准站改正信息提取 177
9.2.2 基于基准站改正信息的精密单点定位模型 177
9.2.3 不同组合改正的等价性证明 178
9.2.4 基于基准站改正的PPP实现流程 179
9.2.5 基于基准站改正的PPP解算模型拓展 180
9.2.6 基于基准站改正的PPP算法的特点和优势 180
9.3 观测值域PPP增强技术 186
试读
第1章卫星导航系统进展
全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）利用导航卫星发射的无线电信号进行精确测时与测距，能够为用户提供连续、稳定、可靠的定位、导航和授时（Positioning，Navigation，andTiming，PNT）服务。GNSS包括中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS），美国全球定位系统（Global Positioning System，GPS），俄罗斯格洛纳斯导航卫星系统（GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sstema，GLONASS）和欧盟伽利略系统（Galileo）在内的全球性导航系统，日本准天顶卫星系统（Quasi-Zenith Satellite System，QZSS）和印度区域导航卫星系统（Navigation with Indian Constellation，NAVIC）在内的区域性卫星系统及其各类星基增强系统（Satellite-Based Augmentation System，SBAS），例如美国的WAAS（Wide Area Augmentation System），欧洲的EGNOS（European Geostationary Navigation Overlay Service），日本的MSAS（Multi-functional Satellite Augmentation System）和印度的GAGAN（GPS Aided GEO Augmented Navigation）。以下重点介绍BDS、GPS、GLONASS和Galileo四个全球性导航系统并简要介绍其他区域导航系统的发展历程。
1.1北斗卫星导航系统进展
北斗卫星导航系统（以下简称北斗系统）是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。
中国高度重视北斗系统的建设发展，20世纪80年代，中国开始探索适合本国国情的卫星导航系统发展道路，形成了“三步走”的发展战略[1]。**步，1994年启动**代北斗卫星导航定位系统建设，该系统是根据陈芳允院士提出的利用两颗地球同步卫星进行导航定位的设想而建立的，采用有源定位体制，靠双星定位确定用户的平面位置，海拔高程依靠中心站内的地面高程模型来确定。中国自行研制的两颗北斗导航试验卫星于2000年10月31日和2000年12月21日相继从西昌卫星发射中心升空并准确进入预定的地球同步轨道（分别位于东经80°和140°赤道上空），组成了我国**代卫星导航定位系统——北斗一号导航系统的卫星星座。2003年，发射第3颗地球静止轨道卫星，进一步增强系统性能。同时，北斗一号巧妙设计了双向短报文通信功能，这是北斗的*创。北斗一号是探索性的**步，初步满足了中国及周边区域的定位导航授时需求。中国卫星导航系统实现从无到有，使中国成为继美、俄之后第三个拥有卫星导航系统的国家。第二步，2004年启动北斗二号系统建设。2012年完成了14颗卫星发射组网，包括5颗地球静止轨道卫星（Geostationary Earth Orbit，GEO）、5颗倾斜地球同步轨道卫星（Inclined GeoSynchronous Orbit，IGSO）和4颗中圆地球轨道卫星（Medium Earth Orbit，MEO），北斗二号系统在兼容北斗一号系统技术体制的基础上，增加了无源定位体制，为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。北斗二号创新性构建的5GEO+5IGSO+4MEO的中高轨混合星座架构，可为亚太地区用户提供更髙性能的定位导航授时服务，为全世界卫星导航系统发展提出了新的中国方案。第三步，2009年启动北斗三号系统建设。北斗三号系统是由3GEO+3IGSO+24MEO构成的混合导航星座，系统继承有源服务和无源服务两种技术体制，为全球用户提供基本导航（定位、测速、授时）、全球短报文通信和国际搜救服务，同时可为中国及周边地区用户提供区域短报文通信、星基增强和精密单点定位等服务。2020年6月23日，北斗三号系统*后一颗GEO卫星成功发射，标志着北斗三号系统全球服务星座部署完成；同时，7月31日在北京人民大会堂举行的北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式，标志着北斗三号全球卫星导航系统正式开始向全世界提供连续稳定的导航定位授时服务。计划到2035年，将建成以北斗系统为核心，更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系，进一步提升时空信息服务能力，实现北斗高质量建设发展。
北斗系统是全球**个提供三频信号服务的卫星导航系统，使用双频信号可以减弱电离层延迟的影响，而使用三频信号可以构建更为复杂的模型，以此消除电离层延迟的髙阶误差。同时，使用三频信号可以提高载波相位模糊度的解算效率，理论上还可以提高载波收敛速度。正因如此，GPS系统也在扩展成三频信号系统。北斗二号在B1、B2和B3三个频段提供B1I、B2I和B3I三个公开服务信号。其中，B1频段的中心频率为1561.098MHz，B2为1207.14MHz，B3为1268.52MHz。北斗三号在B1、B2和B3三个频段提供BlI、BlC、B2a、B2b和B3I五个公开服务信号。其中，B1频段的中心频率为1575.42MHz，B2为1176.45MHz，B3为1268.52MHz。
北斗系统由空间段、地面段和用户段3部分组成。北斗系统的空间段由3类混合星座的卫星构成，北斗三号系统目前由3颗GEO卫星、3颗IGSO卫星和24颗MEO卫星组成，
