GNSS原理及应用  081601M05002H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:袁运斌,阳仁贵,张宝成
授课时间: 星期二,第10、11、12 节
授课地点: 教二楼321
授课周次: 11、12、13、14、15
授课时间: 星期四,第10、11、12 节
授课地点: 教二楼321
授课周次: 11、12、13、14、15
课程编号: 081601M05002H 课时: 30 学分: 2.00
课程属性: 专业普及课 主讲教师:袁运斌,阳仁贵,张宝成 助教:潭冰峰
英文名称: Principles of GNSS Positioning and its Applications 召集人:

教学目的、要求

通过本课程教学,学生基本了解GPS定位原理、坐标参考框架、各种数据处理方法和软件,以及GPS多方面的应用,特别是在地球科学中的应用。

预修课程

重力测量、测量平差(参数估计理论)

教 材

自编

主要内容

讲授内容包括:基本概念、理论、方法和常用数据处理软件,包括定位基本原理,基本观测量,基本观测方程,主要误差源及其数据处理模型。介绍静态定位、动态定位、实时定位和单历元定位。了解数据处理中参数估计主要方法。数据处理的主要步骤和例子。给出应用的具体例子。
教学重点与难点
重点有:基本观测方程、主要误差源、坐标参考框架、数据处理和软件、自由网平差与相似变换和在GPS地球科学中的应用。
难点:坐标参考框架和自由网平差。

引言:GPS(GNSS)简介(1学时)
空间段,地面监控段,用户段
1.时间与坐标系统(1学时)		
1.1.时间系统:TAI,GPST,BDT,GST、UTC, UT1,DOY (年积日) 等。时间系统转换:GPST-UTC 
1.2.坐标系统与参考框架(重点和难点):地心地固坐标系统,全球参考框架 (WGS84,ITRF,IGS,CGS2000),区域参考框架(EUREF,SNARF,AFREF,APREF)
1.3不同坐标系及其转换:3D 直角坐标系, 大地坐标系, 球坐标系和高斯平面坐标系 (Gaussian)
1.4站心坐标系, 地球位, 等位面 
1.5大地水准面和大地高(海拔高) 
2. GPS定位原理和观测量(2学时)
2.1GPS定位原理
2.2基本观测量:伪距、载波相位、多普勒频移、信号强度(S/N比)
2.3基本观测方程
2.4周跳(原因和特点)和初始相位整周模糊数
2.5线性组合观测值	
2.6差分观测值
3. GPS数据处理中主要误差源和模型
3.1主要误差源:
3.1.1GPS卫星轨道误差,
3.1.2对流层延迟,
3.1.3电离层延迟,
3.1.4多路径效应,
3.1.5地球固体潮位移、极潮、海洋负荷和大气负荷改正
3.1.6(卫星和接收机)钟差,
3.1.7(卫星和接收机)天线相位中心变化,
3.1.8相对论效应
3.1.9相位旋转phase windup,
3.1.10对中误差 
3.1.11精度因子DOP
3.1.12差分码偏差
3.2误差处理策略: 
观测中防止或降低影响
消除, 
作改正
数据处理中作估计
4.卫星轨道(2学时)
4.1卫星轨道运动 和轨道表示方法,直角坐标和开普勒根数
4.2卫星定轨
4.3GNSS卫星星食
4.4GNSS广播星历和精密星历 
4.5不同GNSS卫星轨道的应用
4.6LEO卫星上的GNSS观测和掩星观测
5.初始相位整周模糊数和周跳探测和修复(1学时)
5.1周跳探测和修复算法
5.2初始相位整周模糊数算法
6.标准数据格式和数据获取与常数	(1学时)
6.1标准数据格式:RINEX、SINEX、TROPO、IONEX、ANTEX、sp3、ERP files
6.2IGS数据中心的数据产品
7.参数估计和误差模型(2学时)
7.1最小二乘估计
7.2Kalman滤波
7.3点位误差椭圆或椭球
7.4无基准解, 自由网平差和相似变换
8.GNSS数据处理和软件(3学时)
8.1定位方法
精密单点定位(PPP), 
双差定位, 
动态定位Kinematic Positioning, 
单历元解epoch specific solutions 
实时定位
8.2GNSS数据处理主要步骤和计算机演示. 
步骤1: 单时段原始观测数据处理
1.预处理Preprocessing: 接收机钟差同步,数据筛选修复周跳解AMB.
2.参数估计获得(分区)单时段结果,保存法方程 
数据处理选项: 
观察数据类型 
差分层级 
频率和线性组合方式 
GNSS卫星高度角截止值,
采样率 
时间窗口
对流层参数估计间隔, 
对流层映射函数, 
相位中心改正, 
参数约束条件等.
步骤2:由步骤1得的多个分区,多时段法方程堆栈.
可增减参数,得某参考框架下的解
8.3课堂数据处理演示. 
8.4GAMIT/GLOBK软件
8.5BERNESE软件
8.6GIPSY/OASIS软件
8.7PANDA软件
9.数据处理结果分析与应用(3学时)
9.1.数据处理结果(精度)评估 
9.2.主要应用
9.3.大地测量和地球动力学应用,时间序列分析
9.4.中国大陆GNSS网
9.5中国大陆大地震前兆观测研究
9.6.地震波研究
9.7.电离层监测 
9.8.对流层延迟观测与GNSS气象学

10.总复习(2学时)

参考文献

党亚民、秘金钟、成英燕,《全球导航卫星系统原理与应用》,北京:测绘出版社,2007
Günter Seeber,Satellite Geodesy,Berlin :Walter de Gruyter,1993。(有中文版)