导航卫星精密定轨技术 王小亚,胡小工,蒋虎,赵群河 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王小亚，胡小工，蒋虎，赵群河 著

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• 导航卫星
• 精密定轨
• GNSS
• 轨道确定
• 科学出版社
• 王小亚
• 胡小工
• 蒋虎
• 赵群河
• 卫星导航

店铺： 南源图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030546487

商品编码：26695819969

包装：平装

出版时间：2017-11-01

图书基本信息
图书名称	导航卫星精密定轨技术	作者	王小亚,胡小工,蒋虎,赵群河
定价	118.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030546487	出版日期	2017-11-01
字数		页码	264
版次	01	装帧	平装
开本	16开	商品重量	0.4Kg

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。

作者简介

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 小二乘批处理和滤波解算 137 7.1 小二乘批处理 139 7.2 Kalman滤波 141 7.3 先验约束条件小二乘平差 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

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文摘

序言

现代大地测量学前沿：高精度GNSS基准站网构建与数据处理 本书深入探讨了全球导航卫星系统（GNSS）高精度基准站网的规划、构建、数据处理、精密定轨以及数据服务的关键技术与最新进展。面对国家空间基础设施建设、地壳形变监测、高精度地图测绘等对绝对定位精度和相对位移监测的严苛要求，本书旨在为科研人员、工程师和行业专业人士提供一套系统、前沿且实用的技术指南。 全书内容紧密围绕GNSS技术从基础理论到实际工程应用的完整链条展开，重点突出了提高数据质量和产品可靠性的核心技术。 第一部分：高精度GNSS基准站网的理论基础与设计优化 第一章：GNSS基础理论的深化理解 本章首先回顾了GNSS信号传播、卫星钟差、轨道误差等误差源的物理模型。在此基础上，着重分析了当前主流GNSS系统（GPS、GLONASS、Galileo、北斗）在信号结构、观测模型上的差异及其对高精度定位的影响。特别探讨了多系统联合观测的模糊度固定策略在提高收敛速度和定位精度中的关键作用。 第二章：基准站网的设计与优化 高精度基准站网的性能高度依赖于其空间分布和密度。本章详细阐述了站网设计应遵循的几何精度因子（DOP）优化原则，并引入了基于信息论和统计学的方法来评估和优化现有站网的冗余度和可靠性。内容涵盖了： 1. 站址选择的工程标准：考虑电磁环境、对流层梯度变化敏感度和地质稳定性等非传统因素。 2. 最小二乘平差与约束条件设定：在高精度框架下，如何精确处理不同观测历元、不同数据类型的观测值，以及如何科学地引入全球参考框架（如ITRF）的约束，确保站网的稳定性和长期一致性。 3. 动态网络评估模型：建立实时的网络健康监测系统，对关键测站的性能衰减进行预警。 第三章：对流层与电离层延迟模型的精进 在米级到毫米级的定位精度要求下，大气延迟成为主要的限制误差源。本章超越了传统的经验模型，深入研究了： 1. 非静力学对流层延迟建模：引入高分辨率气象数据（如数值天气预报产品）进行实时改正，特别是针对山区、沿海等复杂地形区域的延迟梯度效应修正。 2. 电离层空间时间结构分析：基于区域增强系统（SBAS）和全球电离层模型（如IGS提供的全球电离层模型GIM），研究如何通过差分技术或多频观测，将电离层延迟误差降至亚毫米级别。 第二部分：观测数据的高质量获取与精密数据处理 第四章：GNSS原始观测数据的质量控制 原始观测数据的质量是后续所有精密处理的基石。本章详细介绍了用于筛选和剔除不良数据的先进统计方法： 1. 观测值信噪比（SNR）分析与周期性噪声识别：通过对原始载波相位观测值进行时域和频域分析，识别并抑制仪器内部噪声（如天线相位中心变化、接收机内部时钟抖动）。 2. 多路径效应的建模与抑制：探讨了环境特征（如地面反射、障碍物遮挡）与多路径误差之间的关联性，并介绍基于信号质量指标和波束形成技术来减轻多路径影响的实践方法。 第五章：精密星历与卫星钟差的获取与应用 精密定轨是实现高精度用户定位（PPP/RTK）的前提。本章聚焦于IGS等机构提供的精密产品的使用细节： 1. 精密轨道数据（SP3）与钟差数据（CLK）的插值算法：研究B样条、多项式拟合等不同插值方法在不同时间尺度上对精密产品精度保持性的影响。 2. 数据兼容性与统一化处理：如何将来自不同服务机构（如NASA JPL、ESA IGS Analysis Centers）的产品在坐标系统、时间系统上进行统一对齐，以保证数据处理的无缝衔接。 第六章：基于观测方程的精密解算技术 本章是技术核心，系统阐述了从双差到单站PPP的解算流程： 1. 模糊度固定策略的演进：详细介绍了LAMBDA、AR_MTS等先进模糊度搜索算法，及其在快速收敛和保持固定状态方面的性能比较。特别关注了多频多系统观测下模糊度空间的复杂性及其求解策略。 2. 非线性最小二乘迭代与后验精度评估：描述了如何利用Gauss-Newton或Levenberg-Marquardt算法高效求解高秩的平差方程组，并结合卡尔曼滤波技术实现对测站坐标和大气参数的连续估计。 第三部分：空间参考框架与地壳形变监测 第七章：时间同步与高精度时间传递 高精度定位依赖于精确的时间参考。本章探讨了利用GNSS信号进行高精度时间同步和频率比对的技术： 1. GNSS时间系统与UTC的对准：分析GNSS系统间时间偏差（如GPS-GLONASS-BDS）的实时监测与校正。 2. 连续监测站（CGNSS）的时间序列分析：如何利用长期、高采样率的观测数据，提取微小的时钟漂移，为频率标准比对提供数据支撑。 第八章：地壳形变监测的时序分析 利用GNSS数据监测地壳运动是本书的重要应用方向。本章侧重于时间序列分析： 1. GNSS时间序列的噪声模型识别：区分随机噪声（白噪声、闪烁噪声、粉噪声）和周期性信号（年循环、半日循环），并采用如功率谱密度分析（Welch法）来精确估计噪声特性。 2. 形变模型的提取：如何从噪声背景中有效分离出构造运动、季节性位移（如雪载、地下水位变化）以及形变梯度，并建立可靠的形变速率估计。 第九章：垂直基准的构建与维持 垂直基准的精度直接关系到水利、海平面监测等工程。本章讨论了如何利用GNSS观测克服传统垂直基准受限于大地水准面的挑战： 1. 对流层延迟与垂直位移的耦合分析：研究对流层延迟改正对垂直坐标估计的敏感性，提出在高精度监测中分离对流层参数和测站垂直运动的方法。 2. 高程基准的统一化：讨论如何结合大地水准面模型，将GNSS得到的椭球高精确转换为正高，并讨论了参考框架转换中垂直分量的配准难题。 本书通过详实的案例分析和对前沿研究成果的整合，力求为读者在构建下一代高精度GNSS基础设施和开发更可靠的定位服务方面提供坚实的理论和技术支撑。

评分☆☆☆☆☆

说真的，接触航天领域这么久，我总觉得对地球观测卫星的定轨部分总有一层朦胧的理解，直到我翻阅了那本《高精度GNSS在近地卫星轨道确定中的应用》。这本书的切入点非常精准——它聚焦于如何从原始的卫星接收的GNSS（全球导航卫星系统）信号中，一步步提取出高精度的位置和速度信息，并将其融合到轨道解算中。它没有泛泛而谈GNSS原理，而是直接深入到了对流层和电离层延迟校正模型的最前沿研究。书中对不同电离层模型（如Klobuchar、NeQuick）的精度差异进行了详细的案例分析，这对于我们需要在不同地理区域执行任务的卫星来说，提供了非常有力的决策依据。此外，它还详细讨论了天线相位中心变化（PCV）和接收机钟差的建模与消除技术，这些都是传统轨道确定方法中容易被忽略，但对厘米级精度有致命影响的细节。这本书的专业性毋庸置疑，它更像是一本面向专业定轨师的实战手册，充满了工程智慧。

评分☆☆☆☆☆

我最近在研究如何将理论数据转化为实际可执行的指令序列，这对软件实现的要求极高，因为它不仅要算得准，还要跑得快、内存占用小。在阅读了《航天器轨道机动与控制算法实现》之后，我才真正体会到理论和工程之间的那道鸿沟有多宽。这本书的独特之处在于，它几乎是从编程和计算效率的角度来审视传统的轨道优化问题。例如，在处理最优轨道转移时，它不只是停留在推导庞特里亚金最小原理的层面，而是深入探讨了如何将这些复杂的变分不等式转化为可以在实时处理器上快速迭代求解的数值优化问题，比如采用有限维度法或者配点法。书中给出的伪代码和算法流程图，清晰地展示了如何将数学上的“最优”转化为硬件上的“可行”。对于我这种需要将复杂的轨道设计参数实时反馈给姿态控制系统的背景来说，这本书的价值不可估量，它成功地架起了数学建模与嵌入式实时计算之间的桥梁，让人切实感受到，那些优美的数学公式是如何在太空中转化为精确的推进器点火指令的。

评分☆☆☆☆☆

最近在准备一个关于深空探测器自主导航的课题，市面上的参考资料很多，但真正能把软件实现和底层算法结合得这么透彻的，实在不多见。我发现那本《先进姿态控制与估计方法》确实是这方面的集大成者。这本书的风格更偏向于算法工程师的视角，它对卡尔曼滤波在非线性系统中的应用，尤其是扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）的详细推导和对比分析，写得极其到位。书中不仅展示了标准的线性化处理流程，更重要的是，它深入探讨了在传感器噪声模型不精确，或者系统动态模型存在结构性误差时，如何通过调整滤波器的调和参数来优化估计性能。我特别喜欢它在最后几章讨论的“故障检测与隔离（FDI）”部分，它将经典的统计假设检验方法巧妙地融入到姿态估计环路中，这对于保障探测器在远离地球通信的极端环境下自主运行的可靠性，具有决定性的意义。这本书的价值在于，它将纯数学的估计理论，转化成了可以稳定运行在嵌入式系统上的健壮算法。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最近在研究那一套关于行星际导航的教程时，发现光是理论铺垫就够让人头大了，幸好我提前翻了翻那本《天体力学中的摄动理论》。这本书简直就像是一个深谙航天工程“潜规则”的业内老兵写出来的工具书，它没有过多纠结于太过基础的开普勒轨道问题，而是直接切入了那些影响实际任务成败的关键——摄动。这本书的叙事节奏非常紧凑，几乎每一页都在提供新的、可以直接应用到工程计算中的技巧和方法。我特别欣赏它对高阶项处理的严谨性，它清晰地阐述了在不同的精度要求下，我们应该采用何种数学工具去近似那些难以解析求解的部分，比如如何有效地使用拉格朗日方程的变分形式来处理来自太阳系其他天体的引力影响。坦白讲，很多教材只是把公式堆在那里，但这本书却像是在教你如何“驯服”这些复杂的方程，让你知道在实际任务规划时，哪些误差可以忽略不计，哪些必须被精细建模。读完之后，我感觉自己对星际探测器轨迹的微小修正策略有了更清晰的认识，不再是盲目地套用软件模块，而是能从根源上理解每一次轨道机动的物理意义。

评分☆☆☆☆☆

哇，最近我终于把手头那本《空间动力学基础》啃完了，那感觉，简直就像是跟着一位经验丰富的老教授在星辰大海里遨游了一圈。这本书的厉害之处在于，它没有那种高高在上的学术腔调，而是用一种非常直观、甚至可以说是“手把手”的方式，把复杂的轨道力学原理给掰开了揉碎了讲。我印象最深的是关于拉格朗日点稳定性的那一部分，作者似乎特别擅长用生活中的例子来类比那些抽象的物理概念。比如，他居然能把微小的扰动比喻成在平静湖面上扔下的一颗小石子，然后通过涟漪的扩散来解释卫星在不同位置受到的微小引力变化如何累积和影响其长期轨道。阅读的过程里，我常常能感觉到作者对这个领域的深厚感情和对读者清晰传达的迫切希望。特别是当涉及到数值积分方法时，书中给出的不仅是公式，更是每种方法背后的优缺点和适用场景的权衡，这对于我们这些搞实际应用的工程师来说，简直是太宝贵了。它真的让我从“知道公式”升级到了“理解物理”，让我对那些看似冰冷的数学符号背后所蕴含的宇宙运行规律有了更深一层的敬畏。这本书的排版和图示设计也做得相当用心，那些轨道示意图清晰明了，很多复杂的力学关系在图示的辅助下瞬间就豁然开朗了。