地理資訊係統概論(第五版修訂版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李若愚

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《全球定位係統原理與應用》 圖書簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且實用的全球定位係統（GPS）知識體係，內容涵蓋GPS係統的基本原理、核心技術、現代應用以及未來發展趨勢。本書力求在理論深度與工程實踐之間取得完美平衡，尤其適閤地理信息科學、測繪工程、交通運輸、乃至需要高精度定位的行業專業人士和學生閱讀。 第一部分：GPS係統基礎與理論框架 第一章：定位技術的發展曆程與GPS的誕生 本章首先迴顧瞭人類曆史上主要的定位技術演進脈絡，從傳統的基於地物參照的定嚮方法，到無綫電導航係統的發展，如Loran和Omega係統。重點闡述瞭冷戰背景下美國對空間技術投入的戰略考量，以及由此催生瞭GPS（Global Positioning System）的誕生與初步部署。內容深入解析瞭GPS作為一種全球、全天候、高精度的三維定位、導航與授時（PNT）係統的核心優勢和革命性意義。 第二章：GPS係統架構與空間段剖析 本章詳細描繪瞭GPS係統的三大組成部分：空間段（Space Segment）、控製段（Control Segment）和用戶段（User Segment）。空間段是本書的重點，詳細介紹瞭導航衛星的軌道設計，特彆是GPS采用的平均圓軌道（MEO）的物理基礎。章節將分析星載原子鍾的精度要求、衛星姿態控製係統（ACS）的工作原理，以及導航電文的結構和信息承載方式。讀者將理解每顆衛星如何持續嚮地麵廣播其精確的位置和時間信息。 第三章：信號傳播與時間同步的物理基礎 定位的本質是對時間和距離的測量。本章將深入探討GPS信號的物理特性，包括L波段的載波頻率（L1, L2, L5）和測距碼（C/A碼、P(Y)碼）的特性。隨後，重點解析信號在傳播過程中遇到的兩大主要誤差源：對流層延遲和電離層延遲。章節將介紹目前常用的模型（如Klobuchar模型、Saastamoinen模型）如何用於校正這些延遲，並闡述GPS係統如何依賴高精度的星載時鍾和地麵監測站實現極其嚴格的時間同步。 第二部分：定位測量原理與誤差分析 第四章：僞距測量與定位解算 本章是GPS定位的核心技術章節。詳細介紹瞭僞距（Pseudorange）的定義、測量原理及誤差來源。隨後，係統闡述瞭如何利用至少四顆衛星的僞距觀測值，通過迭代解算方法確定用戶接收機的位置（三維坐標X, Y, Z）和接收機鍾差（$dt_u$）。內容將涵蓋最小二乘法在定位解算中的具體應用，以及幾何精度因子（GDOP、PDOP等）對定位結果可靠性的影響。 第五章：載波相位測量與精密定位技術 區彆於基於碼測量的實時/非實時定位，本章聚焦於利用GPS信號的載波相位進行高精度測量。深入分析瞭載波相位的模糊度（Integer Ambiguity）問題及其解決策略。在此基礎上，係統介紹瞭差分GPS（DGPS）、實時動態定位（RTK）以及超快速星曆（Precise Ephemeris）技術的原理和實現流程。本章內容對需要厘米級乃至毫米級精度的工程應用至關重要。 第六章：GPS誤差源的分類、量化與削弱 本章對所有可能影響GPS定位精度的誤差源進行係統的梳理和量化分析。誤差源被分為係統性誤差（如星曆誤差、時鍾誤差）和隨機誤差（如多路徑效應、噪聲）。重點分析瞭多路徑效應（Multipath Effect）的機理及其在城市峽榖環境下的嚴重性，並介紹瞭通過優化天綫安裝和信號處理技術來削弱這些誤差的方法。 第三部分：現代導航定位技術與應用拓展 第七章：衛星導航係統（GNSS）的融閤與發展 本章將視野從單一的GPS擴展到全球範圍的GNSS。詳細介紹瞭其他主要衛星導航係統的技術特點，包括俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo、中國的北鬥（BDS），以及區域性係統如日本的QZSS。重點探討瞭多係統兼容與互操作（Multi-GNSS Interoperability）的必要性、技術挑戰以及融閤定位（Sensor Fusion）如何通過結閤慣性導航係統（INS）、視覺裏程計（VO）等技術，實現定位的連續性與魯棒性。 第八章：GPS在測繪與工程中的應用 本章側重於GPS/GNSS在傳統測繪領域的實際應用案例。內容包括：高精度控製測量、地形測繪、工程放樣、變形監測等。詳細介紹瞭靜態、快速靜態、動態實時（RTK/PPK）等不同作業模式的選擇依據和數據後處理流程。 第九章：GPS/GNSS在交通與物流領域的革新 本章探討瞭PNT技術在現代交通係統中的核心作用。內容涵蓋車道級導航、自動駕駛車輛的定位需求、高精度地圖的采集與更新，以及資産跟蹤與智能物流管理。重點分析瞭如何利用GNSS數據提高交通流效率和安全性，以及在惡劣環境（如隧道、城市深巷）下的定位增強技術（如慣性導航輔助）。 第四部分：係統維護、接收機設計與未來展望 第十章：GPS接收機原理與信號處理 本章深入接收機內部結構，解析瞭從接收天綫捕獲到輸齣定位解的整個信號處理流程。詳細介紹瞭載波跟蹤環路（如PLL/DLL）的工作機製，以及導航電文的捕獲、解碼過程。內容涉及接收機性能評估指標，如捕獲時間、跟蹤靈敏度等。 第十一章：係統維護、安全與授時應用 本章關注GPS係統的管理與保障。涉及地麵控製站的功能、軌道預報的更新機製，以及應對抗乾擾（Anti-Jamming）和欺騙（Spoofing）的先進技術。此外，將詳細闡述GPS時間同步服務在金融、電力網絡同步中的關鍵作用。 第十二章：未來趨勢：新一代衛星導航技術 最後，本章展望瞭未來GNSS技術的發展方嚮，包括新一代衛星星座的升級（如更強的信號功率、更多的頻點），以及嚮高軌道（如地球同步軌道GEO、中高度軌道MEO）擴展的可能性。同時探討瞭量子導航技術對未來PNT體係可能帶來的顛覆性影響。 全書配有大量專業插圖、公式推導和工程案例分析，確保讀者不僅理解“是什麼”，更能掌握“如何做”。通過對理論的係統梳理和對應用的深入剖析，本書將成為GNSS領域不可或缺的參考工具書。