GPS原理与接收机设计

目 录
第1章 导引\t1
1．1 GPS的起源\t1
1．2 GPS的组成概况\t2
1．2．1 空间星座部分\t3
1．2．2 地面监控部分\t5
1．2．3 用户设备部分\t6
1．3 GPS提供的服务和限制\t8
1．4 各国卫星导航系统的概况\t9
1．5 GPS的性能指标\t11
1．6 GPS的应用\t13
参考文献\t13
第2章 GPS信号及其导航电文\t16
2．1 载波\t16
2．2 伪码\t17
2．2．1 二进制数随机序列\t17
2．2．2 m序列\t18
2．2．3 金码\t22
2．2．4 C/A码\t24
2．2．5 P码\t27
2．3 数据码\t28
2．4 GPS信号结构\t28
2．5 导航电文\t32
2．5．1 导航电文的格式\t33
2．5．2 遥测字\t33
2．5．3 交接字\t34
2．5．4 第一数据块\t35
2．5．5 第二数据块\t36
2．5．6 第三数据块\t37
2．6 GPS现代化计划\t38
参考文献\t40
第3章 GPS卫星轨道的理论和计算\t42
3．1 空间坐标系\t42
3．1．1 惯性坐标系\t42
3．1．2 地球坐标系\t43
3．1．3 WGS-84坐标系\t46
3．1．4 直角坐标系间的旋转变换\t47
3．1．5 站心坐标系\t48
3．2 时间系统\t50
3．2．1 世界时和原子时\t50
3．2．2 GPS时间\t51
3．2．3 晶体振荡器\t52
3．2．4 GPS与相对论\t54
3．3 GPS卫星轨道的理论\t55
3．3．1 卫星的无摄运行轨道\t55
3．3．2 开普勒轨道参数\t57
3．3．3 卫星星历和历书参数\t59
3．4 卫星空间位置的计算\t61
3．5 卫星运行速度的计算\t63
3．6 卫星轨道的插值计算\t65
参考文献\t67
第4章 GPS测量及其误差\t69
4．1 伪距测量值\t69
4．1．1 伪距的概念\t69
4．1．2 伪距与测距码相位\t71
4．2 载波相位测量值\t72
4．2．1 载波相位的概念\t72
4．2．2 多普勒频移与积分多普勒\t74
4．2．3 伪距与载波相位的对比\t77
4．3 测量误差\t78
4．3．1 卫星时钟误差\t78
4．3．2 卫星星历误差\t79
4．3．3 电离层延时\t80
4．3．4 对流层延时\t85
4．3．5 多路径\t87
4．3．6 接收机噪声\t89
4．4 差分GPS的原理\t90
4．5 伪距与载波相位的组合\t92
4．5．1 载波相位平滑伪距\t92
4．5．2 整周模糊度估算\t94
参考文献\t94
第5章 GPS定位原理与精度分析\t96
5．1 牛顿迭代及其线性化方法\t96
5．2 最小二乘法\t98
5．3 伪距定位\t100
5．3．1 伪距定位原理\t101
5．3．2 伪距定位算法\t103
5．3．3 二维定位及其辅助方程\t106
5．4 定位精度分析\t108
5．4．1 定位误差的方差分析\t108
5．4．2 精度因子\t110
5．4．3 卫星几何分布\t113
5．4．4 伪卫星\t116
5．5 接收机自主正直性监测\t116
5．5．1 正直性监测的概念\t117
5．5．2 伪距残余检测法\t118
5．5．3 最小平方残余法\t119
5．5．4 最大解分离法\t120
5．6 多普勒定速\t120
5．7 定时、授时与校频\t122
参考文献\t123
第6章 卡尔曼滤波及其应用\t127
6．1 滤波的意义\t127
6．2 ?-? 滤波\t128
6．3 卡尔曼滤波\t129
6．3．1 滤波模型\t130
6．3．2 滤波算法\t131
6．3．3 举例与讨论\t134
6．3．4 滤波数值计算\t138
6．3．5 非线性滤波\t141
6．4 系统模型的建立\t143
6．4．1 连续时间系统的建模\t143
6．4．2 离散时间系统的建模\t146
6．5 GPS定位的卡尔曼滤波算法\t147
6．5．1 接收机时钟模型\t148
6．5．2 用户运动模型\t149
6．5．3 卡尔曼滤波定位算法\t151
6．6 其他滤波技术\t152
参考文献\t153
第7章 差分定位和精密定位\t156
7．1 差分定位\t156
7．1．1 差分的种类\t156
7．1．2 差分校正量\t158
7．1．3 局域差分系统\t161
7．1．4 广域差分系统\t163
7．2 精密定位系统\t166
7．2．1 单差\t166
7．2．2 双差\t169
7．2．3 三差\t171
7．2．4 相对定位的根本问题\t172
7．3 多频测量值的组合\t174
7．3．1 线性组合\t174
7．3．2 窄巷、宽巷和超宽巷组合\t177
7．4 整周模糊度的求解技术\t179
7．4．1 交换天线位置\t180
7．4．2 几何多样性\t181
7．4．3 利用伪距的取整估算法\t181
7．4．4 LAMBDA算法\t183
7．4．5 逐级模糊度确定法\t186
参考文献\t188
第8章 GPS与航位推测系统的组合\t192
8．1 惯性导航系统\t192
8．1．1 惯性传感器的种类\t192
8．1．2 惯性导航的分类\t194
8．1．3 惯性导航的基本原理\t194
8．1．4 惯性传感测量误差\t195
8．2 航位推测系统\t196
8．2．1 航位推测的基本原理\t196
8．2．2 ABS车轮转速传感器\t197
8．3 组合的意义\t201
8．4 组合的工具\t202
8．4．1 互补型滤波器\t202
8．4．2 分散卡尔曼滤波\t203
8．5 组合的方式\t204
8．5．1 松性组合\t204
8．5．2 紧性组合\t205
8．5．3 深性组合\t206
参考文献\t207
第9章 地图匹配\t210
9．1 地图匹配的意义\t210
9．2 电子地图\t211
9．2．1 UTM投影系统\t211
9．2．2 数字高程模型\t212
9．2．3 道路网数据库\t213
9．3 地图匹配算法综述\t214
9．4 几何匹配算法\t217
9．4．1 点-点匹配法\t218
9．4．2 点-线匹配法\t218
9．4．3 线-线匹配法\t219
9．4．4 改良型几何匹配算法\t220
9．5 概率匹配算法\t223
9．6 紧性组合匹配算法\t225
9．7 综合匹配算法\t226
9．7．1 加权法\t227
9．7．2 D-S理论\t227
9．7．3 模糊推理\t230
9．8 匹配路段上的位置点匹配\t231
参考文献\t233
第10章 GPS接收机及其射频前端\t236
10．1 GPS接收机的概况\t237
10．2 接收天线\t241
10．2．1 自由空间传播公式\t241
10．2．2 信噪比和载噪比\t244
10．2．3 串联器件的噪声指数\t246
10．2．4 右旋圆极化\t248
10．2．5 天线的种类\t250
10．3 射频前端处理\t252
10．3．1 射频信号调整\t252
10．3．2 下变频混频\t254
10．3．3 中频信号滤波放大\t259
10．3．4 模数转换\t260
参考文献\t263
第11章 载波环\t266
11．1 信号跟踪原理\t266
11．2 相位锁定环路\t268
11．2．1 基本工作原理\t269
11．2．2 环路阶数\t271
11．2．3 稳态响应\t275
11．2．4 环路参数\t278
11．2．5 I/Q解调\t281
11．2．6 相干积分\t286
11．2．7 鉴相方法的种类\t291
11．2．8 测量误差与跟踪门限\t292
11．3 频率锁定环路\t295
11．3．1 基本工作原理\t295
11．3．2 鉴频方法的种类\t298
11．3．3 测量误差与跟踪门限\t300
11．4 锁相环与锁频环的对比与组合\t301
参考文献\t302
第12章 码环和基带数字信号处理\t304
12．1 码环\t304
12．1．1 延迟锁定环路\t304
12．1．2 相关器与自相关函数\t307
12．1．3 非相干积分\t310
12．1．4 鉴相方法的种类\t314
12．1．5 测量误差与跟踪门限\t317
12．2 信号的跟踪\t320
12．2．1 载波环与码环的组合\t320
12．2．2 锁定检测\t323
12．3 基带数字信号处理\t324
12．3．1 位同步\t324
12．3．2 帧同步\t328
12．3．3 奇偶检验和电文译码\t330
12．3．4 测量值的生成\t332
12．4 多路径效应及其抑制\t333
12．4．1 多路径效应\t334
12．4．2 多路径抑制\t337
12．5 干扰\t341
参考文献\t344
第13章 信号的捕获\t349
13．1 信号捕获的概况\t349
13．1．1 三维搜索\t349
13．1．2 启动方式\t352
13．1．3 搜索范围估算\t354
13．1．4 信号检测\t358
13．1．5 载噪比的测定\t362
13．1．6 捕获与跟踪之间的转换\t364
13．2 信号搜索捕获算法\t366
13．2．1 线性搜索\t366
13．2．2 并行频率搜索\t370
13．2．3 并行码相位搜索\t372
13．2．4 其他信号捕获算法\t374
13．2．5 卫星搜索次序\t375
13．3 高灵敏度GPS\t376
13．3．1 加长积分时间\t377
13．3．2 大块相关器设计\t380
13．3．3 辅助GPS（AGPS）\t381
13．4 互相关干扰及其抑制\t384
13．4．1 互相关干扰\t384
13．4．2 互相关干扰抑制\t385
13．5 接收机设计的发展趋势\t387
参考文献\t389
附录A 缩写词中英对照\t394
附录B 单位制及其换算\t400
附录C 随机变量和随机过程\t401
附录D 拉普拉斯变换\t407
附录E Z变换\t410
附录F 傅里叶变换和采样定理\t413
附录G 离散傅里叶变换\t417
附录H GPS数据格式\t420