Introduction to GPS: The Global Positioning System

193 Pages·2002·3.102 MB·English

by  El-Rabbany A.

TLFeBOOK
Introduction to GPS
The Global Positioning System
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turntothebackofthisbook.
TLFeBOOK
Introduction to GPS
The Global Positioning System
Ahmed El-Rabbany
Artech House
Boston (cid:149) London
www.artechhouse.com
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El-Rabbany,Ahmed.
IntroductiontoGPS:theGlobalPositioningSystem/AhmedEl-Rabbany.
p. cm.(cid:151)(ArtechHousemobilecommunicationsseries)
Includesbibliographicalreferencesandindex.
ISBN1-58053-183-1(alk.paper)
1.GlobalPostioningSystem. I.Title. II.Series.
G109.5E62002
910’.285(cid:151)dc21 2001055249
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El-Rabbany,Ahmed
IntroductiontoGPS:theglobalpositioningsystem/AhmedEl-Rabbany.
(cid:151)(ArtechHousemobilecommunicationsseries)
1.GlobalPositioningSystem
I.Title
629’.045
ISBN1-58053-183-0
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'2002ARTECHHOUSE,INC.
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Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
Acknowledgments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv
1 Introduction to GPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 OverviewofGPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 GPSsegments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 GPSsatellitegenerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 CurrentGPSsatelliteconstellation . . . . . . . . . . . . . . 5
1.5 Controlsites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.6 GPS:Thebasicidea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.7 GPSpositioningservice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.8 WhyuseGPS? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
References• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 11
vii
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viii IntroductiontoGPS
2 GPS Details. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1 GPSsignalstructure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 GPSmodernization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 TypesofGPSreceivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 Timesystems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.5 Pseudorangemeasurements . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.6 Carrier-phasemeasurements . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.7 Cycleslips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.8 LinearcombinationsofGPSobservables . . . . . . . . . . . 23
References• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 25
3 GPS Errors and Biases . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.1 GPSephemeriserrors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2 Selectiveavailability. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.3 Satelliteandreceiverclockerrors . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4 Multipatherror. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.5 Antenna-phase-centervariation. . . . . . . . . . . . . . . 34
3.6 Receivermeasurementnoise . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.7 Ionosphericdelay. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.8 Troposphericdelay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.9 Satellitegeometrymeasures . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.10 GPSmissionplanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.11 Userequivalentrangeerror . . . . . . . . . . . . . . . . 44
References • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 44
4 Datums, Coordinate Systems, and Map Projections . . 47
4.1 Whatisadatum? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2 Geodeticcoordinatesystem . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2.1 ConventionalTerrestrialReferenceSystem. . . . . . . . . 50
4.2.2 TheWGS84andNAD83systems . . . . . . . . . . . . 52
4.3 WhatcoordinatesareobtainedwithGPS? . . . . . . . . . . 53
4.4 Datumtransformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.5 Mapprojections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.5.1 TransverseMercatorprojection . . . . . . . . . . . . . 56
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Contents ix
4.5.2 UniversaltransverseMercatorprojection. . . . . . . . . . 57
4.5.3 ModifiedtransverseMercatorprojection. . . . . . . . . . 59
4.5.4 Lambertconicalprojection . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.5.5 Stereographicdoubleprojection . . . . . . . . . . . . . 61
4.6 Marinenauticalcharts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.7 Localarbitrarymappingsystems . . . . . . . . . . . . . . 64
4.8 Heightsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
References• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 66
5 GPS Positioning Modes . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.1 GPSpointpositioning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.2 GPSrelativepositioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.3 StaticGPSsurveying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.4 Fast(rapid)static. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.5 Stop-and-goGPSsurveying . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.6 RTKGPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.7 Real-timedifferentialGPS . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.8 Realtimeversuspostprocessing. . . . . . . . . . . . . . . 80
5.9 Communication(radio)link . . . . . . . . . . . . . . . . 81
References• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 83
6 Ambiguity-Resolution Techniques. . . . . . . . . . . 85
6.1 Antennaswapmethod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.2 On-the-flyambiguityresolution. . . . . . . . . . . . . . . 88
References• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 90
7 GPS Data and Correction Services . . . . . . . . . . . 91
7.1 Dataservice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
7.2 DGPSradiobeaconsystems . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.3 Wide-areaDGPSsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
7.4 MultisiteRTKsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
References• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 99
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