GPS衛星定位測量概論(二版)

作者簡介

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　　美國普渡大學土木研究所
　　測量組碩士及博士

　　曾任職務：
　　1.國立台灣大學土木系兼任副教授
　　2.國立雲林科技大學營建系兼任副教授
　　3.國立中興大學土木系測量資訊組助理教授
　　4.第1-3屆中華空間資訊學會秘書長
　　5.第4屆中華空間資訊學會理事長
　　6.中國測量工程學會等5個學會之常務理事、理事及監事等職務
　　7.第16屆中華民國地籍測量學會副理事長

　　目前任職：
　　1.國立中興大學土木系測量資訊組專任副教授
　　2.中國測量工程學會理事長
　　3.中華空間資訊學會榮譽理事長
　　4.測量工程期刊編輯委員會主任委員
　　5.中華民國地籍測量學會常務理事及台灣土地重劃學會常務理事

　　專業證照：
　　1.營建測量工程師
　　2.甲級工程測量技術士

　　著作：
　　1.道路工程測量實務，詹氏書局
　　2.測量平差與計算II版，采玉出版社

　　論著及榮譽：
　　曾發表國內、外期刊及研討會論文合計約一百五十餘篇，並曾獲美國國家專業測量師學會1993年年度最佳論文研究計劃獎，美中華人科技學會第十一屆美中華人科技研討會傑出論文獎，中國測量工程學會七十八、八十三、八十五、九十六及九十九年度測量工程論文著作獎，中華民國地籍測量學會九十一、九十三年度論文獎。另積極從事地籍測量、空間資訊相關服務績效卓著，曾獲內政部九十七年度第十三屆地政貢獻獎，一百零二年度中國工程師學會台中分會傑出工程教授獎，一百零二年度國立中興大學服務特優獎及一百零二年度台中市市政建設論文獎第二名等諸多獎項榮譽。

　　Email：spkao@dragon.nchu.edu.tw

　　Website：www.ce.nchu.edu.tw/wb_main.asp?url=42&cno=4&tno=34
 

第一章　GPS緒論

1.1 GPS的源起及發展
1.2 GPS測量的定義及特點
1.3 GPS的系統架構
　1.3.1 太空部份
　1.3.2 地面控制部份
　1.3.3 使用者部份
1.4 習題一

第二章　GPS定位基本原理

2.1 GPS定位原理
2.2 偽距測量
2.3 載波相位測量
　2.3.1 GPS衛星的SA技術及AS技術
　2.3.2 GPS信號結構和特性
2.4 絕對(單點)定位與相對定位測量
2.5 靜態與動態定位測量
2.6 差分DGPS測量
2.7 習題二

第三章　GPS衛星訊號和導航訊息

3.1 GPS的時間標準
3.2 GPS的訊號內涵及觀測資料
3.3 GPS的訊號頻率關係
　3.3.1 GPS訊號編碼
　3.3.2 C/A碼
　3.3.3 P碼
　3.3.4 M碼
3.4 GPS導航訊息
3.5 習題三

第四章　GPS接收儀的發展與性能分析

4.1 GPS接收儀的發展
4.2 GPS接收儀基本工作原理
4.3 GPS接收儀的規格
　4.3.1 GPS接收儀至少應滿足之要求
　4.3.2 基本結構
4.4 GPS接收儀的類別
4.5 GPS接收儀天線的基本要求
4.6 GPS接收儀開發的關鍵技術
4.7 GPS測量軟體應具備的功能
4.8 GPS接收儀之購置與選擇
　4.8.1 慎重考慮是否要購置GPS接收儀
　4.8.2 GPS接收儀的選擇
　4.8.3 單頻接收機與雙頻接收儀
　4.8.4 單頻及雙頻接收儀的優、缺點
4.9 單星座接收機與多星座接收機
4.10 售後服務
4.11 習題四

第五章　GPS測量外業規劃

5.1 GPS測量作業規畫目的
　5.1.1 點位選擇
　5.1.2 點位踏勘
5.2 GPS靜態測量外業規劃
　5.2.1 瞭解測區範圍
　5.2.2 蒐集已知點資料
　5.2.3 作業人員編組
　5.2.4 資料處理作業編組
5.3 觀測時段的選擇
　5.3.1 測量作業規劃
5.4 衛星數目與觀測時段
5.5 DOP與RDOP值
5.6 GPS控制網網形設計
　5.6.1 GPS網形設計的一般原則
　5.6.2 GPS網形設計的細部原則與方法
　5.6.3 GPS控制網實例及精度分析
　5.6.4 網形設計對GPS控制測量成本之影響分析
　5.6.5 GPS網形設計精度與效益
5.7 習題五

第六章　GPS測量外業執行

6.1 GPS野外測量
　6.1.1 衛星測站之選定
　6.1.2 測站之設定
6.2 衛星定位儀操作程序
6.3 DGPS差分系統
6.4 RTK及其應用
　6.4.1 RTK測量的作業模式
　6.4.2 GPS動態測量原理
6.5 習題六

第七章　GPS定位誤差來源及處理模式

7.1 概述
7.2 影響GPS衛星定位測量精度因素
7.3 與衛星有關之誤差
　7.3.1 衛星時錶誤差
　7.3.2 衛星軌道誤差
　7.3.3 幾何精度稀釋
7.4 與環境傳播有關之誤差
　7.4.1 電離層傳播誤差
　7.4.2 對流層延遲折射誤差
　7.4.3 多路徑誤差
7.5 與接收儀有關之誤差
　7.5.1 接收儀時錶誤差
　7.5.2 接收儀設計誤差
　7.5.3 接收器內部誤差
　7.5.4 天線相位中心偏差
　7.5.5 載波相位的週波脫落
　7.5.6 載波相位的週波未定值
7.6 其他誤差
　7.6.1 參考站坐標誤差
　7.6.2 測站誤差
　7.6.3 選擇性效應(SA)及反愚效應(AS)
　7.6.4 選效誤差
　7.6.5 觀測誤差
　7.6.6 地球潮汐影響和負荷潮影響
　7.6.7 其他的系統誤差
7.7 GPS測量產品質量特性及相應比重的區分
7.8 習題七

第八章　GPS觀測資料處理及網形平差

8.1 GPS觀測資料處理
8.2 GPS觀測資料
8.3 GPS衛星觀測方程式及組合
8.4 GPS單點定位的數學模式
8.5 雙頻之線性組合
8.6 觀測差分法
　8.6.1 一次差分
　8.6.2 二次差分
　8.6.3 三次差分
8.7 RTK動態定位原理與數學模式
8.8 虛擬參考站定位技術
8.9 習題八

第九章　GPS平面成果之轉換

9.1 GPS之坐標系統
9.2 台灣地區之坐標系統
　9.2.1 地籍坐標系統
　9.2.2 TWD67坐標系統
　9.2.3 TWD97坐標系統
9.3 坐標轉換及坐標變換
　9.3.1 坐標變換
　9.3.2 坐標轉換(基準轉換)
9.4 習題九

第十章　GPS高程成果之轉換

10.1 概論
10.2 GPS測高之基本原理
10.3 GPS測高之誤差量
10.4 習題十

第十一章　GPS現代化發展及改進措施

11.1 GPS的現代化
11.2 GPS現代化計畫中的軍事及民用部份
11.3 GPS技術之發展趨勢
11.4 習題十一

第十二章　GPS在各領域之應用

12.1 GPS未來發展
12.2 GPS應用加速因素
12.3 GPS的功能與應用
12.4 GPS在測繪及地籍應用優點
12.5 GPS的應用遠景
12.6 習題十二

第十三章　其他類似GPS之系統介紹

13.1 GNSS系統
13.2 GLONASS系統
　13.2.1 GLONASS系統緣起
　13.2.2 GLONASS衛星系統結構
　13.2.3 GPS/GLONASS系統對純GPS系統的改進
13.3 GALILEO系統
　13.3.1 概述
　13.3.2 發展歷史
　13.3.3 計畫四階段
　13.3.4 伽利略系統與GPS系統的區別
13.4 COMPASS系統
　13.4.1 北斗系統發展階段
　13.4.2 北斗導航衛星三大功能及優勢
13.5 習題十三

參考文獻

附錄　中英名詞對照
 

序

　　GPS衛星定位技術已深入普及到各行各業乃至一般民眾的日常生活之中，如汽車衛星導航及iphone 5S等智慧型手機之個人定位應用。

　　由於GPS技術的快速發展已對傳統測量作業產生了很大的影響，並已廣泛與深入的應用於測繪領域之中，本書是專為國內大專院校土木與測繪專業科系開設之GPS相關課程基礎應用而編寫的，因此本書採取深入淺出的方式論述該系統之基本原理、觀測誤差、外業及內業資料處理等，並且就其在各行各業之應用，尤其是在土木與測繪專業應用方面，予以作較詳細的闡述，並將作者與歷年來指導的碩博士研究生之相關GPS研究成果闡述於本書相關章節之中。

　　本章共分十三章，第一章概要的敘述GPS的發展源起及其特性與架構；第二章則主要是介紹GPS衛星定位基本原理及DGPS之理論與運作模式；第三章主要敘述GPS衛星的衛星訊號和導航訊息；第四章則是針對GPS接收儀的發展與性能分析作說明並對單頻及雙頻接收儀的優缺點做了深入探討；第五章至第六章主要是介紹GPS測量之外業規劃與執行應考慮到的重點，並對RTK及其應用也做了介紹；第七章則著重分析衛星定位之誤差來源及處理模式；第八章則探討GPS觀測資料處理及如何應用差分法將前章所提之誤差進行降低或消除；第九章概要的敘述GPS與台灣地區所採用之坐標系統，並說明坐標轉換及坐標變換的概念，進而說明如何進行坐標轉換，以將GPS平面成果轉換至TWD97系統成果；第十章簡要的敘述如何將GPS高程成果轉換至台灣地區正高系統之高程；第十一章至第十二章則針對GPS現代化發展和過程，以及GPS在各領域之應用展望作闡述；最後一章則是簡要介紹其他類似GPS之全球定位系統。

　　本書係作者過去幾年於中興大學土木系大學部開設之GPS全球定位系統概論及研究所開設之GPS衛星定位測量之授課講義為主，本書之撰寫參考了國內外許多的GPS相關書籍及論文與技術報告，期望能以淺顯易懂的方式，讓利用GPS此項新的技術進行測量定位的土木、測量及建築、水利等科系之莘莘學子能有所參卓依循，並將歷年土木與測量製圖類高普考及專技考試題中與GPS相關內容之考題範例，列於各章節中供參考，本書屬於介紹如何利用GPS進行測量定位之基本初論層次，故僅針對概念進行說明介紹，而不做理論公式之詳列推導，此理論部分將另外彙整成研究所層級之GPS衛星定位測量專書擇期出版，本書內容雖力求正確但唯恐仍有疏漏與謬誤之處，敬請各界先進專家學者、讀者與各校教師不吝予以指正為荷。