北斗在高精度定位领域中的应用

本书作者在总结多年科学研究成果的基础上，全面系统地介绍了北斗卫星导航系统的发展、构成、产业现状等，并从定位、导航、授时、通信等方面阐述了北斗卫星导航系统的高精度应用。本书介绍了基于北斗兼容技术的硬件系统，包括天线、芯片、板卡和RTK产品；讨论了多模GNSS定位原理与基础模型、网络RTK及高精度定位数据处理技术，包括实时差分技术、后处理差分技术、精密单点定位技术等；描述了国家政策、行业标准及人才工程的现状并从技术产品、行业应用及国家战略等方面做了总结与展望。

夏林元：1964年生于武汉，1986年毕业于天武汉测绘科技大学大地测量专业毕业，2001获得武汉大学博士学位。曾工作于水利部长江水利委员会、武汉大学测绘学院、测绘遥感信息工程国家重点实验室，1997年赴南极中国长城站进行科学考察，2002－2009年多次赴香港理工大学、香港浸会大学进行学术访问，2007年由中山大学“百人计划”引进，现为中山大学地理科学与规划学院教授、博士生导师。靠前学术期刊《Survey Review》、《Inside GNSS》编委及审稿人。主要研究方向为GNSS卫星导航定位及应用，曾承担国家重点基础研究发展计划(973)子课题、国家自然科学基金、广东省重大科技专项、广州市科信局、香港研究资助局（RGC）等研究项目；获武汉大学很好博士论文、靠前卫星导航学会（ION）很好论文及测绘科技进步一等奖等奖项。

第1章 北斗卫星导航系统概述 1
1.1 概述  2
1.1.1 三步走战略  3
1.1.2 管理和运营  4
1.2 时空参考框架  4
1.2.1 坐标系统  4
1.2.2 时间系统  5
1.3 系统服务  6
1.3.1 开放服务  7
1.3.2 授权服务  7
1.4 北斗系统结构  8
1.4.1 空间段  8
1.4.2 地面段  12
1.4.3 用户段  12
1.5 其他全球卫星导航系统  13
1.5.1 GPS  13
1.5.2 GLONASS  15
1.5.3 Galileo  16
1.5.4 GNSS系统间的异同  18
1.6 主要组织机构  19
1.6.1 官方组织机构  19
1.6.2 民间组织机构  23
1.7 全球卫星导航系统基础设施  26
1.7.1 地基增强系统（GBAS）  27
1.7.2 星基增强系统（SBAS）  31
1.8 北斗高精度产业现状  36
1.8.1 CORS系统建设  36
1.8.2 北斗兼容型高精度芯片  36
1.8.3 北斗兼容型高精度接收机  37
1.8.4 北斗兼容型高精度天线  37
第2章 卫星导航定位及高精度应用  39
2.1 定位  40
2.1.1 大地测量  41
2.1.2 高速铁路  44
2.1.3 精细农业  46
2.1.4 港口运输  48
2.1.5 监测防灾  51
2.2 导航  53
2.2.1 位置服务  54
2.2.2 车辆导航  55
2.2.3 物流管理  58
2.2.4 航海导航  60
2.2.5 航空导航  62
2.3 授时  63
2.3.1 电信网同步与移动通信  65
2.3.2 智能电网同步与监控  67
2.3.3 金融与网络同步  68
2.3.4 广播电视及三网融合  69
2.3.5 国防建设  71
2.4 北斗短报文通信  71
2.4.1 气象预报预警  73
2.4.2 船舶交通管理  73
2.4.3 地震灾情汇集  74
2.4.4 森林火灾监测  75
第3章 多模GNSS定位原理  77
3.1 北斗卫星信号  78
3.1.1 卫星码信号  78
3.1.2 卫星导航电文  83
3.1.3 信号构成  87
3.2 观测量的误差源及其影响  89
3.2.1 误差的分类  89
3.2.2 与卫星有关的误差  90
3.2.3 与信号传播有关的误差  93
3.2.4 与接收设备有关的误差  99
3.2.5 其他误差来源  100
3.3 绝对定位  102
3.3.1 绝对定位方法概述  102
3.3.2 伪距法定位原理  102
3.3.3 伪距绝对定位精度评定  109
3.4 相对定位  111
3.4.1 静态相对定位观测方程  112
3.4.2 动态相对定位观测方程  116
3.5 网络RTK  120
3.5.1 VRS技术模式  120
3.5.2 FKP计算模型  121
3.5.3 MAC技术模式  122
3.6 精密单点定位  124
3.6.1 定位原理  124
3.6.2 误差分析  124
3.7 整周模糊度确定方法及周跳分析  125
3.7.1 整周模糊度及其确定方法  125
3.7.2 周跳分析  128
3.8 北斗卫星网整体平差  131
3.8.1 整体平差方法概述  131
3.8.2 基线向量网平差模型  132
3.8.3 平差结果精度评定  135
第4章 北斗兼容型高精度接收机技术  137
4.1 北斗兼容型高精度天线  138
4.1.1 引言  139
4.1.2 天线的关键特性  139
4.1.3 天线的关键技术  143
4.1.4 天线的种类  147
4.1.5 产品介绍  148
4.2 北斗兼容型导航芯片及板卡  150
4.2.1 引言  150
4.2.2 北斗/GPS双模板卡的主要技术指标  151
4.2.3 射频前端处理技术  152
4.2.4 高灵敏度基带信号处理技术  154
4.2.5 多星座数据融合处理前端技术  161
4.2.6 导航解算处理后端技术  164
4.2.7 北斗兼容型导航芯片架构设计  169
4.3 北斗兼容型高精度GNSS RTK产品  170
4.3.1 引言  170
4.3.2 接收机产品介绍  171
4.3.3 北斗兼容型高精度GIS设备  177
第5章 高精度定位数据处理与软件技术  181
5.1 实时差分技术  182
5.1.1 实时动态伪距差分  184
5.1.2 实时动态载波相位差分  186
5.2 后处理差分技术  189
5.3 精密单点定位技术  193
5.3.1 精密单点定位  193
5.3.2 三频精密单点定位  195
5.4 网络CORS及其定位技术  197
第6章 北斗高精度定位专业应用  201
6.1 科学研究  202
6.1.1 大气探测  202
6.1.2 电离层延迟  203
6.2 行业应用  204
6.2.1 精细农业  204
6.2.2 灾害监测  210
6.2.3 精密授时  221
6.2.4 国情监测  224
6.2.5 机械控制  225
6.3 区域发展概况  231
6.3.1 珠三角地区  231
6.3.2 环渤海地区  232
6.3.3 长三角地区  232
6.3.4 华中鄂豫湘地区  233
6.3.5 西部川陕渝地区  233
第7章 典型应用工程与案例  235
7.1 重大工程  236
7.1.1 现代测绘基准体系建设  236
7.1.2 海岛与岛礁测绘  240
7.1.3 国家航空应急测绘体系建设  241
7.1.4 极地测绘  243
7.2 示范工程  244
7.2.1 重点运输过程监控管理示范工程  244
7.2.2 物流管理应用示范工程  246
7.2.3 智能交通及车辆信息系统示范工程  248
7.2.4 移动位置服务示范工程  250
7.2.5 泛在PNT系统示范工程  254
7.2.6 高精度应用创新专项工程  255
7.2.7 水利工程自动化监控  258
7.3 典型应用案例  260
7.3.1 地质灾害及建筑物安全监控  260
7.3.2 高速铁路安全监控  264
7.3.3 精密施工与机械控制  265
7.3.4 飞机精密进近  267
第8章 支撑与保障体系产业现状  271
8.1 社会资源与环境  272
8.1.1 国家政策  272
8.1.2 知识产权保护  276
8.1.3 法律法规  277
8.1.4 市场环境  278
8.2 行业技术标准及规范  280
8.2.1 测试检验  280
8.2.2 标准与规范  283
8.3 人才与引智工程  286
8.3.1 卫星导航专业人才培养  286
8.3.2 地方部门与高校及院所联合  287
8.3.3 示范城市与示范工程  288
8.3.4 人才培养与引智总结  289
第9章 总结与展望  291
9.1 高精度导航定位技术产品  293
9.1.1 广域实时精密定位技术  293
9.1.2 协同实时精密定位技术  294
9.1.3 智能硬件  295
9.1.4 无人驾驶技术  296
9.2 北斗卫星导航的行业应用  296
9.2.1 行业应用技术体系  297
9.2.2 典型应用分析  297
9.2.3 行业应用拓展  302
9.3 北斗全球化和国家战略  303
9.3.1 北斗东盟国际合作  304
9.3.2 北斗与“一带一路”  306
附录  309
附录A 国内外常用GNSS数据处理软件  310
A.1 PANDA软件  310
A.2 GAMIT软件  312
A.3 Bernese软件  314
A.4 GIPSY软件  317
A.5 TriP软件  319
A.6 HGO数据后处理软件  320
附录B 厂商  320
B.1 天宝  320
B.2 徕卡  320
B.3 诺瓦泰  321
B.4 中海达  321
B.5 华测  322
B.6 南方测绘  322
附录C 学术刊物  322
C.1 Journal of Geophysical Research（JGR）  322
C.2 Geophysical Research Letters（GRL）  323
C.3 Journal of Geodesy  323
C.4 GPS Solutions  324
C.5 Navigation  324
C.6 Advances in Space Research  324
C.7 Survey Review  324
C.8 Inside GNSS  325
C.9 GPS World  325
C.10 Journal of Navigation  325
C.11 Journal of Global Positioning Systems （JGPS）  326
参考文献  327
缩略语  337