GNSS應(yīng)用與方法

第1章 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：現(xiàn)在與未來(lái) （1）
1.1 引言 （1）
1.1.1 當(dāng)前和計(jì)劃中的GNSS星座 （1）
1.1.2 GNSS用戶架構(gòu) （2）
1.1.3 當(dāng)前的GNSS應(yīng)用 （4）
1.1.4 定位性能評(píng)估 （6）
1.2 GNSS信號(hào)的改進(jìn) （6）
1.2.1 增加的GPS頻率 （6）
1.2.2 高精度測(cè)距 （7）
1.2.3 更長(zhǎng)的測(cè)距碼 （7）
1.2.4 更高的傳輸功率水平 （8）
1.3 先進(jìn)的接收機(jī)技術(shù) （8）
1.3.1 傳統(tǒng)接收機(jī) （8）
1.3.2 基于FPGA的接收機(jī) （9）
1.3.3 軟件定義的GNSS接收機(jī) （9）
1.4 路線圖：如何使用本書(shū) （10）
1.5 擴(kuò)展閱讀 （14）
參考文獻(xiàn) （14）
第2章 GNSS信號(hào)的捕獲與跟蹤 （15）
2.1 引言 （15）
2.2 GNSS信號(hào)的背景 （15）
2.2.1 BOC信號(hào)調(diào)制 （16）
2.2.2 PRN碼 （17）
2.3 PSK信號(hào)的搜索 （18）
2.4 PSK信號(hào)的跟蹤 （23）
2.4.1 鎖相環(huán)（PLL） （23）
2.4.2 鎖頻環(huán)（FLL） （24）
2.4.3 延遲鎖定環(huán)（DLL） （25）
2.5 BOC信號(hào)的搜索 （27）
2.6 BOC信號(hào)的跟蹤 （29）
2.6.1 利用單邊帶（SSB）技術(shù)的BOC信號(hào)跟蹤 （30）
2.6.2 利用多門鑒別器（MGD）的BOC信號(hào)跟蹤 （30）
2.6.3 利用碰撞與跳躍（BJ）算法的BOC信號(hào)跟蹤 （32）
2.6.4 利用雙重估計(jì)器（DE）的BOC信號(hào)跟蹤 （32）
參考文獻(xiàn) （36）
第3章 GNSS導(dǎo)航：對(duì)位置、速度和時(shí)間的估計(jì) （38）
3.1 概述 （38）
3.2 位置、速度、時(shí)間（PVT）估計(jì) （38）
3.2.1 估計(jì)接收位置和時(shí)鐘偏差 （39）
3.2.2 電離層誤差的影響 （42）
3.2.3 衛(wèi)星用戶幾何結(jié)構(gòu)的影響（DOP） （43）
3.2.4 估計(jì)接收機(jī)速度和時(shí)鐘漂移 （44）
3.2.5 估計(jì)時(shí)間 （45）
3.2.6 使用擴(kuò)展卡爾曼濾波器（EKF）的PVT估計(jì) （45）
3.2.7 通過(guò)載波相位定位增強(qiáng)精度 （46）
3.2.8 誤差源 （46）
3.3 GNSS模擬器 （47）
3.3.1 GNSS模擬器的測(cè)量細(xì)節(jié) （47）
3.3.2 GNSS模擬器接口文件 （49）
3.3.3 后處理GNSS模擬器輸出文件 （50）
3.4 GNSS模擬器實(shí)例 （50）
3.4.1 例1：簡(jiǎn)單的導(dǎo)航 （50）
3.4.2 例2：目的地之間移動(dòng) （52）
3.4.3 例3：FlightGear航點(diǎn)導(dǎo)航 （54）
3.4.4 例4：雙頻計(jì)算 （55）
3.4.5 例5：增加Galileo衛(wèi)星 （57）
3.4.6 例6：基于航天器的接收機(jī) （58）
3.5 總結(jié) （59）
3.6 DVD中提供的程序與工具 （59）
參考文獻(xiàn) （60）
第4章 差分GNSS：準(zhǔn)確性與完好性 （61）
4.1 DGNSS簡(jiǎn)介 （61）
4.2 差分GNSS的基本原理 （61）
4.2.1 誤差來(lái)源與空間關(guān)聯(lián)度 （62）
4.2.2 局域/區(qū)域DGNSS改正數(shù)和DGNSS網(wǎng)絡(luò) （65）
4.2.3 DGNSS改正數(shù)的分發(fā)方法 （66）
4.2.4 DGNSS改正數(shù)的延遲管理 （67）
4.3 DGNSS完好性威脅和抑制 （68）
4.3.1 完好性威脅和GNSS故障 （68）
4.3.2 DGNSS系統(tǒng)故障造成的完好性威脅 （76）
4.3.3 信號(hào)傳播異常導(dǎo)致的完好性威脅 （76）
4.4 總結(jié) （80）
4.5 DVD中提供的數(shù)據(jù) （81）
參考文獻(xiàn) （81）
第5章 GPS軟件接收機(jī) （86）
5.1 引言和背景 （86）
5.2 許可、開(kāi)發(fā)環(huán)境和開(kāi)發(fā)工具 （86）
5.2.1 許可 （86）
5.2.2 GNU/Linux操作系統(tǒng) （87）
5.2.3 微軟Windows系統(tǒng) （87）
5.2.4 蘋(píng)果Mac OS X系統(tǒng) （87）
5.2.5 顯示接收機(jī)輸出 （87）
5.3 示例數(shù)據(jù)集 （88）
5.3.1 數(shù)據(jù)集1 （88）
5.3.2 數(shù)據(jù)集2，與WAAS修正數(shù)據(jù)一起使用 （89）
5.4 fastgps軟件接收機(jī)的使用 （89）
5.4.1 配置文件 （90）
5.4.2 輸出文件 （92）
5.5 fastgps軟件接收機(jī)的結(jié)構(gòu) （94）
5.5.1 定時(shí)和時(shí)鐘管理 （94）
5.5.2 主處理循環(huán) （95）
5.5.3 捕獲 （96）
5.5.4 跟蹤 （98）
5.5.5 導(dǎo)航 （101）
5.6 對(duì)未來(lái)改進(jìn)的建議 （103）
5.7 擴(kuò)展閱讀 （104）
參考文獻(xiàn) （104）
第6章 GNSS和INS的組合：第一部分 （106）
6.1 引言 （106）
6.2 慣性導(dǎo)航 （107）
6.2.1 慣性傳感器 （107）
6.2.2 坐標(biāo)系 （107）
6.2.3 動(dòng)力學(xué)方程 （108）
6.2.4 系統(tǒng)初始化 （111）
6.2.5 INS誤差模型 （112）
6.3 GNSS/INS組合的概念 （113）
6.3.1 GNSS/INS組合的動(dòng)機(jī) （113）
6.3.2 組合結(jié)構(gòu)概述 （113）
6.3.3 GNSS/INS松組合 （114）
6.3.4 GNSS/INS緊組合 （115）
6.3.5 GNSS/INS深組合 （116）
6.4 濾波/估計(jì)算法 （117）
6.4.1 GNSS/INS擴(kuò)展卡爾曼濾波器（EKF）概述 （117）
6.4.2 GNSS/INS系統(tǒng)的時(shí)間演化 （119）
6.5 GNSS/INS組合的實(shí)現(xiàn) （120）
6.5.1 IMU傳感器誤差模型 （120）
6.5.2 GNSS/INS組合：分步步驟 （122）
6.6 實(shí)際考慮的因素 （123）
6.6.1 杠桿臂 （123）
6.6.2 時(shí)間要求 （123）
6.7 總結(jié)和擴(kuò)展閱讀 （124）
參考文獻(xiàn) （124）
第7章 GNSS和INS的組合：第二部分 （127）
7.1 引言 （127）
7.2 案例1：低成本GNSS/INS組合導(dǎo)航儀 （127）
7.3 案例2：車輛側(cè)滑估計(jì) （130）
7.3.1 動(dòng)機(jī) （130）
7.3.2 可觀測(cè)性 （132）
7.4 案例3：INS輔助高精度GNSS （133）
7.4.1 GNSS模糊度解析概述 （133）
7.4.2 INS模糊度解析的優(yōu)點(diǎn) （134）
7.5 軟件示例 （135）
參考文獻(xiàn) （135）
第8章 LADAR、INS和GNSS組合導(dǎo)航 （137）
8.1 引言 （137）
8.2 基于LADAR的TERRAIN組合方法 （137）
8.3 基于LADAR的地形參考位置估計(jì) （140）
8.3.1 位置估計(jì)和表面SSE （140）
8.3.2 窮舉網(wǎng)格搜索 （142）
8.3.3 基于梯度的搜索 （143）
8.4 慣性速度誤差的估計(jì) （145）
8.5 TERRAIN系統(tǒng)性能的案例研究 （145）
8.5.1 個(gè)案研究Ⅰ——通用定位系統(tǒng) （145）
8.5.2 個(gè)案研究Ⅱ—精密進(jìn)近引導(dǎo)系統(tǒng) （147）
參考文獻(xiàn) （151）
第9章 GNSS與射頻系統(tǒng)結(jié)合 （152）
9.1 定位系統(tǒng)備選方案 （152）
9.2 RF定位類型和分類 （153）
9.2.1 接近（proximity）定位 （155）
9.2.2 無(wú)線電測(cè)向（DF）和到達(dá)角（AOA）定位 （156）
9.2.3 使用多普勒頻率定位 （158）
9.2.4 使用信號(hào)強(qiáng)度的位置估計(jì) （160）
9.2.5 用時(shí)間、相位和到達(dá)時(shí)間差（TOA、POA和TDOA）定位 （161）
9.3 估計(jì)方法 （163）
9.3.1 用三角測(cè)量作確定性估計(jì) （163）
9.3.2 用最近鄰法作確定性估計(jì) （165）
9.3.3 基于非測(cè)距的位置估計(jì) （167）
9.3.4 使用質(zhì)心/中心的概率估計(jì) （167）
9.3.5 貝葉斯?fàn)顟B(tài)估計(jì) （168）
9.4 組合方法 （169）
9.4.1 最小二乘組合 （169）
9.4.2 卡爾曼濾波組合 （169）
9.4.3 語(yǔ)境處理 （170）
9.5 系統(tǒng)實(shí)例 （170）
9.5.1 偽衛(wèi)星 （170）
9.5.2 偽同步 （171）
9.5.3 自同步網(wǎng)絡(luò) （171）
9.5.4 GPS和相對(duì)導(dǎo)航 （171）
9.5.5 基于電視的定位 （172）
9.5.6 蜂窩定位系統(tǒng)和GNSS的組合 （173）
9.6 DVD中包含的例子 （173）
9.7 擴(kuò)展閱讀 （174）
參考文獻(xiàn) （174）
第10章 航空應(yīng)用 （178）
10.1 引言 （178）
10.2 航空增強(qiáng)系統(tǒng)的分類 （178）
10.3 GPS及其增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)航空用戶的優(yōu)勢(shì) （179）
10.3.1 海上飛行 （179）
10.3.2 陸上飛行：途中導(dǎo)航、終端導(dǎo)航和非精密進(jìn)近 （180）
10.3.3 精密進(jìn)近和著陸 （180）
10.4 GNSS航空導(dǎo)航的未來(lái) （181）
10.4.1 GNSS現(xiàn)代化 （181）
10.4.2 下一代空中交通管理系統(tǒng)（NextGen） （182）
10.4.3 航空導(dǎo)航能力備份 （182）
10.5 航空增強(qiáng)系統(tǒng)的功能 （183）
10.5.1 增強(qiáng)系統(tǒng)的性能要求 （183）
10.5.2 正常情況下的誤差限 （184）
10.5.3 異常情況下的誤差限 （186）
10.5.4 監(jiān)測(cè) （189）
10.6 結(jié)論 （191）
10.7 擴(kuò)展閱讀 （192）
參考文獻(xiàn) （192）
第11章 GNSS與羅蘭系統(tǒng)組合 （196）
11.1 引言 （196）
11.2 羅蘭概述 （196）
11.2.1 羅蘭C （196）
11.2.2 eLoran （197）
11.3 工作原理 （198）
11.4 GNSS/Loran組合的歷史原因 （200）
11.5 組合方案 （201）
11.5.1 位置域組合 （201）
11.5.2 距離域組合 （202）
11.5.3 Déjà Vu 導(dǎo)航：距離域組合案例（205）
11.5.4 距離域組合的完好性 （207）
11.5.5 用于羅蘭完好性的準(zhǔn)確度改進(jìn) （208）
11.5.6 跟蹤環(huán)域組合 （208）
11.6 結(jié)論 （209）
參考文獻(xiàn) （209）
第12章 室內(nèi)和弱信號(hào)導(dǎo)航 （211）
12.1 引言 （211）
12.2 與微弱信號(hào)處理相關(guān)的注意事項(xiàng) （212）
12.2.1 弱信號(hào)捕獲 （213）
12.2.2 時(shí)鐘穩(wěn)定性和積分時(shí)間 （214）
12.2.3 弱信號(hào)跟蹤 （214）
12.2.4 互相關(guān)和干擾信號(hào) （215）
12.2.5 多徑抑制 （215）
12.2.6 未來(lái)GNSS的好處 （217）
12.3 輔助的可能性和支持系統(tǒng) （217）
12.3.1 輔助 （217）
12.3.2 GNSS支持系統(tǒng) （218）
12.4 弱信號(hào)條件下的導(dǎo)航算法 （219）
12.4.1 用戶運(yùn)動(dòng)的約束 （220）
12.4.2 地圖匹配 （220）
12.4.3 自適應(yīng)算法 （221）
12.5 質(zhì)量和完好性監(jiān)測(cè) （221）
12.5.1 完好性監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介 （221）
12.5.2 可靠性測(cè)試 （222）
12.5.3 加權(quán)最小二乘法 （223）
12.5.4 殘差和冗余 （224）
12.5.5 全局測(cè)試 （224）
12.5.6 局部測(cè)試 （225）
12.5.7 零假設(shè)和備擇假設(shè) （226）
12.5.8 用于故障檢測(cè)與排除的參數(shù) （227）
12.5.9 多個(gè)異常 （227）
12.5.10 卡爾曼濾波中的故障檢測(cè)與排除 （228）
12.5.11 質(zhì)量控制 （228）
12.5.12 質(zhì)量控制的實(shí)際考慮 （229）
12.6 DVD中包含的例子 （230）
12.6.1 例1：弱信號(hào)捕獲 （230）
12.6.2 例2：故障檢測(cè)與排除 （233）
12.7 總結(jié) （234）
12.8 擴(kuò)展閱讀 （234）
參考文獻(xiàn) （234）
第13章 空間應(yīng)用 （238）
13.1 引言 （238）
13.2 操作注意事項(xiàng) （238）
13.2.1 航天器速度 （238）
13.2.2 軌道幾何結(jié)構(gòu) （239）
13.2.3 天線方向 （240）
13.2.4 體積和功率 （240）
13.2.5 多徑 （240）
13.2.6 信號(hào)強(qiáng)度 （241）
13.2.7 環(huán)境 （241）
13.3 應(yīng)用 （242）
13.3.1 精密定軌 （242）
13.3.2 實(shí)時(shí)導(dǎo)航 （242）
13.3.3 編隊(duì)飛行和近距離作業(yè) （243）
13.3.4 遙感 （244）
13.3.5 定姿 （244）
13.3.6 高軌GNSS （245）
13.3.7 發(fā)射、入軌和著陸 （245）
13.4 GNSS現(xiàn)代化 （246）
13.5 例子：處理來(lái)自GRACE衛(wèi)星的原始測(cè)量數(shù)據(jù) （246）
13.6 總結(jié) （248）
參考文獻(xiàn) （248）
第14章 大地測(cè)量和測(cè)量學(xué) （251）
14.1 背景介紹 （251）
14.1.1 GNSS測(cè)量技術(shù) （251）
14.1.2 GNSS大地測(cè)量 （253）
14.2 技術(shù)概述 （253）
14.2.1 GNSS大地測(cè)量和測(cè)量學(xué)的數(shù)據(jù)模型和處理策略 （253）
14.2.2 數(shù)學(xué)模型 （254）
14.2.3 基線處理 （256）
14.2.4 定位的網(wǎng)絡(luò)處理 （259）
14.3 GNSS地面設(shè)施——連續(xù)運(yùn)行參考站（CORS）網(wǎng)絡(luò) （259）
14.3.1 IGS基礎(chǔ)設(shè)施 （260）
14.3.2 國(guó)家CORS基礎(chǔ)設(shè)施 （263）
14.4 測(cè)量和大地測(cè)量應(yīng)用及運(yùn)行模式 （265）
14.4.1 GNSS測(cè)量技術(shù) （265）
14.4.2 GNSS大地測(cè)量 （268）
14.5 未來(lái)：下一代GNSS （271）
14.5.1 更多衛(wèi)星和信號(hào)的好處 （271）
14.5.2 GNSS基礎(chǔ)設(shè)施的提高 （272）
14.5.3 應(yīng)用和未來(lái) （273）
參考文獻(xiàn) （273）
第15章 使用GNSS掩星的大氣遙感 （276）
15.1 引言 （276）
15.2 掩星測(cè)量 （277）
15.3 大氣反演 （279）
15.3.1 彎曲角度廓線推導(dǎo) （279）
15.3.2 電離層校正 （280）
15.3.3 大氣廓線的推導(dǎo) （281）
15.4 天氣和氣候應(yīng)用 （283）
15.5 最新進(jìn)展 （283）
15.6 DVD中包含的腳本和數(shù)據(jù) （285）
15.7 擴(kuò)展閱讀 （286）
參考文獻(xiàn) （286）
第16章 基于雙基GNSS反射信號(hào)的遙感 （289）
16.1 引言 （289）
16.1.1 傳統(tǒng)遙感技術(shù)的一般性討論 （289）
16.1.2 利用GNSS反射信號(hào)的遙感技術(shù) （290）
16.2 反射幾何關(guān)系 （291）
16.2.1 表面反射點(diǎn)位置的估計(jì) （291）
16.2.2 延遲和多普勒在表面的分布 （291）
16.3 信號(hào)處理 （293）
16.3.1 檢測(cè)和表面映射 （293）
16.3.2 平均連續(xù)相關(guān) （294）
16.3.3 延遲波形與延遲多普勒?qǐng)D （295）
16.4 遙感理論 （297）
16.4.1 雙基表面散射 （297）
16.4.2 雙基雷達(dá)散射截面 （298）
16.4.3 海面建模 （299）
16.4.4 雙基陸地散射 （300）
16.4.5 海冰的雙基散射 （301）
16.5 海面測(cè)高 （301）
16.5.1 動(dòng)機(jī) （302）
16.5.2 機(jī)載測(cè)高 （302）
16.5.3 空間GNSS海洋測(cè)高 （303）
16.6 海風(fēng)及海浪遙感 （304）
16.6.1 飛機(jī)上的海風(fēng)及海浪測(cè)量 （304）
16.6.2 航天器上的海浪遙感 （305）
16.7 GNSS雙基陸地與冰塊遙感 （307）
16.7.1 GNSS陸地反射的歷史與應(yīng)用 （307）
16.7.2 航天器檢測(cè)到的地面反射 （307）
16.7.3 GNSS冰面反射的歷史與應(yīng)用 （309）
16.7.4 航天器檢測(cè)到的海冰反射 （309）
16.8 DVD上提供的數(shù)據(jù) （312）
16.8.1 鏡面反射點(diǎn)計(jì)算腳本 （313）
16.8.2 表面散射模型 （313）
16.8.3 航天器數(shù)據(jù)和處理工具 （313）
16.9 擴(kuò)展閱讀 （313）
參考文獻(xiàn) （314）
第17章 發(fā)展中的新導(dǎo)航信號(hào)和未來(lái)系統(tǒng) （317）
17.1 GNSS的歷史 （317）
17.1.1 GPS （317）
17.1.2 衛(wèi)星載波信號(hào)的調(diào)制 （318）
17.2 發(fā)展的目的 （318）
17.2.1 Galileo運(yùn)行的主要概念 （319）
17.3 新調(diào)制策略 （320）
17.3.1 現(xiàn)有的擴(kuò)譜符號(hào)——BPSK調(diào)制 （320）
17.3.2 二進(jìn)制偏置載波（BOC）調(diào)制 （322）
17.3.3 多路復(fù)用BOC調(diào)制 （328）
17.3.4 復(fù)合BOC調(diào)制 （329）
17.3.5 時(shí)分多路BOC調(diào)制 （331）
17.3.6 其他擴(kuò)頻符號(hào)調(diào)制方案 （332）
17.3.7 交替BOC（AltBOC）調(diào)制 （334）
17.4 信號(hào)多路復(fù)用技術(shù) （336）
17.4.1 QPSK （337）
17.4.2 Interplex （337）
17.4.3 其他技術(shù) （338）
17.5 干擾 （338）
17.5.1 性能指標(biāo) （339）
17.5.2 頻譜分離系數(shù)（SSC） （341）
17.6 建議的系統(tǒng)和信號(hào)特性列表 （345）
17.6.1 全球CDMA衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)I：GPS （345）
17.6.2 全球CDMA衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)Ⅱ：Galileo （347）
17.6.3 全球CDMA衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)Ⅲ：Compass （348）
17.7 總結(jié) （348）
參考文獻(xiàn) （349）
作者簡(jiǎn)介 （350）