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导航卫星精密定轨技术

导航卫星精密定轨技术

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作者: 王小亚著 , 胡小工著 , 蒋虎著 , 赵群河著

出版社: 科学出版社

出版时间: 2017-11

版次: 01

ISBN: 9787030546487

定价: 118.00

装帧: 平装

开本: 16开

页数: 264页

字数: 384千字

正文语种: 简体中文

丛书: 空间技术与应用学术著作丛书

分类: 自然科学

11人买过

《导航卫星精密定轨技术》针对我国北斗导航系统发展和深化的需要，从全球卫星导航系统（GNSS）和精密定轨现状出发，介绍导航卫星精密定轨的基本理论和方法，结合实测导航数据处理所需考虑的各种观测模型和动力学模型误差，给出新的误差改正方法和模型，建立观测方程和动力学方程，介绍目前常用的GNSS数据处理软件包求解方程所采用的小二乘和滤波算法，探讨GNSS数据处理周跳探测和模糊度解算方法，根据实测导航数据讲述导航卫星精密定轨的过程和处理技巧，包括单星定轨、多星定轨、轨道机动和快速恢复及轨道正确性评定，，结合我国卫星导航系统二期的特点，介绍星地/星间联合定轨和导航电文拟合情况，讨论影响导航卫星轨道精度的几大误差源。《导航卫星精密定轨技术》将理论和实测数据处理及误差分析相结合，将常规导航卫星长弧精密定轨和轨道机动与快速恢复短弧定轨相结合，将导航卫星精密定轨和导航电文生成相结合，从北斗导航二代一期星地独立定轨到二期星间链路星地/星间联合定轨都给予系统而翔实的介绍和定轨结果分析，理论和实际应用相结合，各章又有一定的独立性和完整性，便于随时查阅。目录 CONTENTS
前言
第1章绪论 1
1.1 GNSS概述 2
1.2 GNSS历史 2
1.3 GNSS介绍 4
1.3.1 GPS 4
1.3.2 GLONASS 6
1.3.3 Galileo系统 7
1.3.4 BDS 8
1.4 GNSS卫星精密定轨现状 10
1.4.1 导航卫星精密定轨 10
1.4.2 MGEX 14
1.4.3 iGMAS 15
1.5 本书结构 18
第2章时间、坐标与常数系统 20
2.1 时间系统 20
2.1.1 太阳系质心动力学时和原时 20
2.1.2 地球动力学时或者地球时 20
2.1.3 世界时和恒星时 21
2.1.4 国际原子时和协调世界时 25
2.1.5 GNSS时 25
2.2 时间系统的相互转换 26
2.3 坐标系统 29
2.3.1 坐标系的定义 29
2.3.2 常用坐标系 30
2.3.3 GPS采用的地固坐标系WGS 84 31
2.3.4 GLONASS采用的地固坐标系 31
2.3.5 Galileo系统采用的地固坐标系 32
2.3.6 BDS采用的地固坐标系CGCS2000 32
2.4 坐标系统之间相互转换 32
2.4.1 五种常用地心坐标系之间转换 32
2.4.2 地固坐标系到J2000.0惯性系的转换 34
2.4.3 星固坐标系到惯性坐标系的转换 35
2.4.4 站心坐标系与J2000.0地心天球坐标系、地固坐标系的相互转换 36
2.4.5 地固坐标系与大地坐标系的转换 36
2.4.6 J2000.0地心天球坐标系与RTN地心轨道平面坐标系间的转换 37
2.4.7 直角坐标与轨道根数间的变换 38
2.5 GNSS数据处理中的常数系统 40
第3章卫星轨道及其运动方程 41
3.1 基本运动学定律 41
3.2 开普勒运动 42
3.3 卫星运动学方程 47
3.3.1 卫星受摄二阶运动方程 47
3.3.2 卫星变分运动方程 48
3.3.3 轨道积分 49
3.3.4 偏导数 55
3.4 GNSS广播星历 57
3.5 GNSS卫星导航电文 59
3.5.1 GPS导航电文及星历 62
3.5.2 GLONASS卫星导航电文及星历 64
3.5.3 GNSS导航信号比较分析 66
3.5.4 Galileo导航电文及星历 68
3.5.5 BDS导航电文及星历 71
3.6 IGS精密星历 72
3.6.1 拉格朗日插值法 72
3.6.2 牛顿插值法 73
3.6.3 切比雪夫插值法 73
第4章 GNSS观测方程 75
4.1 GNSS非差载波相位和伪距观测方程 75
4.2 消除电离层的LC组合观测方程 77
4.3 GNSS差分观测方程 77
4.3.1 GNSS单差观测方程 78
4.3.2 GNSS双差观测方程 80
4.3.3 GNSS三差观测方程 82
第5章 GNSS观测模型 84
5.1 GNSS卫星有关的误差 84
5.1.1 轨道误差 84
5.1.2 卫星钟差 84
5.1.3 卫星天线相位中心改正 85
5.1.4 卫星硬件延迟 89
5.2 GNSS测站有关的误差 90
5.2.1 接收机天线相位中心改正 90
5.2.2 接收机钟差 91
5.2.3 固体潮改正 92
5.2.4 海潮负荷改正 92
5.2.5 极潮改正 93
5.2.6 大气潮改正 93
5.2.7 接收机硬件延迟 94
5.2.8 测量误差 96
5.3 GNSS传播路径误差 96
5.3.1 电离层延迟误差 96
5.3.2 对流层延迟误差 106
5.3.3 相对论效应 111
5.3.4 多路径效应 112
5.3.5 地球自转改正 115
5.3.6 天线相位缠绕 116
第6章 GNSS动力学模型 117
6.1 N体摄动 117
6.2 地球形状摄动 118
6.3 太阳直接辐射压摄动 118
6.4 地球形变摄动 119
6.4.1 固体潮摄动 119
6.4.2 海潮摄动 120
6.4.3 大气潮摄动 121
6.4.4 地球自转形变摄动 122
6.5 广义相对论摄动 122
6.6 地球辐射压摄动 123
6.7 卫星自身热辐射压摄动 125
6.8 卫星天线电磁辐射压摄动 129
6.9 地球扁率间接摄动 130
6.10 月球扁率J2 项摄动 131
6.11 经验力 133
6.12 摄动量级估计和力学模型的选取 133
第7章最小二乘批处理和滤波解算 137
7.1 最小二乘批处理 139
7.2 Kalman滤波 141
7.3 先验约束条件最小二乘平差 144
7.3.1 先验参数约束 144
7.3.2 先验基准 145
7.3.3 准稳定基准 146
7.4 常用GNSS数据处理软件包解算方法简介 148
7.5 方法比较 148
第8章周跳探测和模糊度解算 150
8.1 周跳探测和修正 151
8.1.1 TECR法与MW法周跳探测 151
8.1.2 基于多观测方程融合的周跳探测方法 153
8.1.3 利用载波相位双差观测值探测与修复周跳 154
8.1.4 改进后的TurboEdit周跳探测与修复方法 156
8.2 LAMBDA方法原理 158
8.3 模糊度浮点解 158
8.4 整周模糊度固定 160
第9章导航卫星精密定轨数据处理 164
9.1 导航卫星精密定轨要求 164
9.2 多站、不同类型数据精密定轨方案 165
9.3 精密定轨预处理 168
9.3.1 公共误差修正 168
9.3.2 相位平滑伪距 168
9.3.3 标准点计算 169
9.4 轨道监视与倒单点定位 169
9.5 初始轨道确定 169
9.5.1 非线性化Bancroft算法定位原理 170
9.5.2 定轨结果分析 173
9.6 单星定轨 173
9.7 多星定轨 176
9.8 轨道正确性评定 184
9.9 广播星历生成 186
9.10 轨道机动与快速恢复 187
9.10.1 轨道机动和快速恢复策略 187
9.10.2 轨道机动期间定轨 187
9.10.3 轨道快速恢复 188
第10章星地/星间联合定轨 190
10.1 自主导航 190
10.2 星间链路体制设计 192
10.2.1 星间链路研究进展 192
10.2.2 星间链路测量特征分析 192
10.2.3 自主导航运行模式 193
10.3 星地/星间联合定轨 197
10.3.1 星地/星间联合定轨方案 197
10.3.2 参数估计理论与算法研究 198
10.3.3 星地/星间联合定轨仿真试验与精度分析 204
10.3.4 北斗新一代试验卫星星间链路测量对提升空间信号精度的贡献 222
第11章导航电文拟合 225
11.1 BDS电文拟合 225
11.2 小倾角卫星电文 226
11.3 超限处理及有效性验证 227
第12章导航卫星轨道误差分析 230
12.1 太阳辐射压误差影响 230
12.1.1 太阳辐射压摄动特点 230
12.1.2 太阳辐射压经验模型 231
12.1.3 太阳辐射压物理模型 231
12.1.4 太阳辐射压半经验半物理模型 232
12.2 相位中心改正误差影响 235
12.3 静态参数误差对轨道的影响 237
12.4 EOP误差对轨道的影响 238
12.5 测站坐标误差对轨道的影响 243
参考文献 244
彩图
内容简介:
《导航卫星精密定轨技术》针对我国北斗导航系统发展和深化的需要，从全球卫星导航系统（GNSS）和精密定轨现状出发，介绍导航卫星精密定轨的基本理论和方法，结合实测导航数据处理所需考虑的各种观测模型和动力学模型误差，给出新的误差改正方法和模型，建立观测方程和动力学方程，介绍目前常用的GNSS数据处理软件包求解方程所采用的小二乘和滤波算法，探讨GNSS数据处理周跳探测和模糊度解算方法，根据实测导航数据讲述导航卫星精密定轨的过程和处理技巧，包括单星定轨、多星定轨、轨道机动和快速恢复及轨道正确性评定，，结合我国卫星导航系统二期的特点，介绍星地/星间联合定轨和导航电文拟合情况，讨论影响导航卫星轨道精度的几大误差源。《导航卫星精密定轨技术》将理论和实测数据处理及误差分析相结合，将常规导航卫星长弧精密定轨和轨道机动与快速恢复短弧定轨相结合，将导航卫星精密定轨和导航电文生成相结合，从北斗导航二代一期星地独立定轨到二期星间链路星地/星间联合定轨都给予系统而翔实的介绍和定轨结果分析，理论和实际应用相结合，各章又有一定的独立性和完整性，便于随时查阅。
目录:
目录 CONTENTS
前言
第1章绪论 1
1.1 GNSS概述 2
1.2 GNSS历史 2
1.3 GNSS介绍 4
1.3.1 GPS 4
1.3.2 GLONASS 6
1.3.3 Galileo系统 7
1.3.4 BDS 8
1.4 GNSS卫星精密定轨现状 10
1.4.1 导航卫星精密定轨 10
1.4.2 MGEX 14
1.4.3 iGMAS 15
1.5 本书结构 18
第2章时间、坐标与常数系统 20
2.1 时间系统 20
2.1.1 太阳系质心动力学时和原时 20
2.1.2 地球动力学时或者地球时 20
2.1.3 世界时和恒星时 21
2.1.4 国际原子时和协调世界时 25
2.1.5 GNSS时 25
2.2 时间系统的相互转换 26
2.3 坐标系统 29
2.3.1 坐标系的定义 29
2.3.2 常用坐标系 30
2.3.3 GPS采用的地固坐标系WGS 84 31
2.3.4 GLONASS采用的地固坐标系 31
2.3.5 Galileo系统采用的地固坐标系 32
2.3.6 BDS采用的地固坐标系CGCS2000 32
2.4 坐标系统之间相互转换 32
2.4.1 五种常用地心坐标系之间转换 32
2.4.2 地固坐标系到J2000.0惯性系的转换 34
2.4.3 星固坐标系到惯性坐标系的转换 35
2.4.4 站心坐标系与J2000.0地心天球坐标系、地固坐标系的相互转换 36
2.4.5 地固坐标系与大地坐标系的转换 36
2.4.6 J2000.0地心天球坐标系与RTN地心轨道平面坐标系间的转换 37
2.4.7 直角坐标与轨道根数间的变换 38
2.5 GNSS数据处理中的常数系统 40
第3章卫星轨道及其运动方程 41
3.1 基本运动学定律 41
3.2 开普勒运动 42
3.3 卫星运动学方程 47
3.3.1 卫星受摄二阶运动方程 47
3.3.2 卫星变分运动方程 48
3.3.3 轨道积分 49
3.3.4 偏导数 55
3.4 GNSS广播星历 57
3.5 GNSS卫星导航电文 59
3.5.1 GPS导航电文及星历 62
3.5.2 GLONASS卫星导航电文及星历 64
3.5.3 GNSS导航信号比较分析 66
3.5.4 Galileo导航电文及星历 68
3.5.5 BDS导航电文及星历 71
3.6 IGS精密星历 72
3.6.1 拉格朗日插值法 72
3.6.2 牛顿插值法 73
3.6.3 切比雪夫插值法 73
第4章 GNSS观测方程 75
4.1 GNSS非差载波相位和伪距观测方程 75
4.2 消除电离层的LC组合观测方程 77
4.3 GNSS差分观测方程 77
4.3.1 GNSS单差观测方程 78
4.3.2 GNSS双差观测方程 80
4.3.3 GNSS三差观测方程 82
第5章 GNSS观测模型 84
5.1 GNSS卫星有关的误差 84
5.1.1 轨道误差 84
5.1.2 卫星钟差 84
5.1.3 卫星天线相位中心改正 85
5.1.4 卫星硬件延迟 89
5.2 GNSS测站有关的误差 90
5.2.1 接收机天线相位中心改正 90
5.2.2 接收机钟差 91
5.2.3 固体潮改正 92
5.2.4 海潮负荷改正 92
5.2.5 极潮改正 93
5.2.6 大气潮改正 93
5.2.7 接收机硬件延迟 94
5.2.8 测量误差 96
5.3 GNSS传播路径误差 96
5.3.1 电离层延迟误差 96
5.3.2 对流层延迟误差 106
5.3.3 相对论效应 111
5.3.4 多路径效应 112
5.3.5 地球自转改正 115
5.3.6 天线相位缠绕 116
第6章 GNSS动力学模型 117
6.1 N体摄动 117
6.2 地球形状摄动 118
6.3 太阳直接辐射压摄动 118
6.4 地球形变摄动 119
6.4.1 固体潮摄动 119
6.4.2 海潮摄动 120
6.4.3 大气潮摄动 121
6.4.4 地球自转形变摄动 122
6.5 广义相对论摄动 122
6.6 地球辐射压摄动 123
6.7 卫星自身热辐射压摄动 125
6.8 卫星天线电磁辐射压摄动 129
6.9 地球扁率间接摄动 130
6.10 月球扁率J2 项摄动 131
6.11 经验力 133
6.12 摄动量级估计和力学模型的选取 133
第7章最小二乘批处理和滤波解算 137
7.1 最小二乘批处理 139
7.2 Kalman滤波 141
7.3 先验约束条件最小二乘平差 144
7.3.1 先验参数约束 144
7.3.2 先验基准 145
7.3.3 准稳定基准 146
7.4 常用GNSS数据处理软件包解算方法简介 148
7.5 方法比较 148
第8章周跳探测和模糊度解算 150
8.1 周跳探测和修正 151
8.1.1 TECR法与MW法周跳探测 151
8.1.2 基于多观测方程融合的周跳探测方法 153
8.1.3 利用载波相位双差观测值探测与修复周跳 154
8.1.4 改进后的TurboEdit周跳探测与修复方法 156
8.2 LAMBDA方法原理 158
8.3 模糊度浮点解 158
8.4 整周模糊度固定 160
第9章导航卫星精密定轨数据处理 164
9.1 导航卫星精密定轨要求 164
9.2 多站、不同类型数据精密定轨方案 165
9.3 精密定轨预处理 168
9.3.1 公共误差修正 168
9.3.2 相位平滑伪距 168
9.3.3 标准点计算 169
9.4 轨道监视与倒单点定位 169
9.5 初始轨道确定 169
9.5.1 非线性化Bancroft算法定位原理 170
9.5.2 定轨结果分析 173
9.6 单星定轨 173
9.7 多星定轨 176
9.8 轨道正确性评定 184
9.9 广播星历生成 186
9.10 轨道机动与快速恢复 187
9.10.1 轨道机动和快速恢复策略 187
9.10.2 轨道机动期间定轨 187
9.10.3 轨道快速恢复 188
第10章星地/星间联合定轨 190
10.1 自主导航 190
10.2 星间链路体制设计 192
10.2.1 星间链路研究进展 192
10.2.2 星间链路测量特征分析 192
10.2.3 自主导航运行模式 193
10.3 星地/星间联合定轨 197
10.3.1 星地/星间联合定轨方案 197
10.3.2 参数估计理论与算法研究 198
10.3.3 星地/星间联合定轨仿真试验与精度分析 204
10.3.4 北斗新一代试验卫星星间链路测量对提升空间信号精度的贡献 222
第11章导航电文拟合 225
11.1 BDS电文拟合 225
11.2 小倾角卫星电文 226
11.3 超限处理及有效性验证 227
第12章导航卫星轨道误差分析 230
12.1 太阳辐射压误差影响 230
12.1.1 太阳辐射压摄动特点 230
12.1.2 太阳辐射压经验模型 231
12.1.3 太阳辐射压物理模型 231
12.1.4 太阳辐射压半经验半物理模型 232
12.2 相位中心改正误差影响 235
12.3 静态参数误差对轨道的影响 237
12.4 EOP误差对轨道的影响 238
12.5 测站坐标误差对轨道的影响 243
参考文献 244
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