GPS原理與接收機(jī)設(shè)計(jì)

目 錄
第1章 導(dǎo)引\t1
1．1 GPS的起源\t1
1．2 GPS的組成概況\t2
1．2．1 空間星座部分\t3
1．2．2 地面監(jiān)控部分\t5
1．2．3 用戶設(shè)備部分\t6
1．3 GPS提供的服務(wù)和限制\t8
1．4 各國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的概況\t9
1．5 GPS的性能指標(biāo)\t11
1．6 GPS的應(yīng)用\t13
參考文獻(xiàn)\t13
第2章 GPS信號(hào)及其導(dǎo)航電文\t16
2．1 載波\t16
2．2 偽碼\t17
2．2．1 二進(jìn)制數(shù)隨機(jī)序列\(zhòng)t17
2．2．2 m序列\(zhòng)t18
2．2．3 金碼\t22
2．2．4 C/A碼\t24
2．2．5 P碼\t27
2．3 數(shù)據(jù)碼\t28
2．4 GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)\t28
2．5 導(dǎo)航電文\t32
2．5．1 導(dǎo)航電文的格式\t33
2．5．2 遙測(cè)字\t33
2．5．3 交接字\t34
2．5．4 第一數(shù)據(jù)塊\t35
2．5．5 第二數(shù)據(jù)塊\t36
2．5．6 第三數(shù)據(jù)塊\t37
2．6 GPS現(xiàn)代化計(jì)劃\t38
參考文獻(xiàn)\t40
第3章 GPS衛(wèi)星軌道的理論和計(jì)算\t42
3．1 空間坐標(biāo)系\t42
3．1．1 慣性坐標(biāo)系\t42
3．1．2 地球坐標(biāo)系\t43
3．1．3 WGS-84坐標(biāo)系\t46
3．1．4 直角坐標(biāo)系間的旋轉(zhuǎn)變換\t47
3．1．5 站心坐標(biāo)系\t48
3．2 時(shí)間系統(tǒng)\t50
3．2．1 世界時(shí)和原子時(shí)\t50
3．2．2 GPS時(shí)間\t51
3．2．3 晶體振蕩器\t52
3．2．4 GPS與相對(duì)論\t54
3．3 GPS衛(wèi)星軌道的理論\t55
3．3．1 衛(wèi)星的無(wú)攝運(yùn)行軌道\t55
3．3．2 開(kāi)普勒軌道參數(shù)\t57
3．3．3 衛(wèi)星星歷和歷書參數(shù)\t59
3．4 衛(wèi)星空間位置的計(jì)算\t61
3．5 衛(wèi)星運(yùn)行速度的計(jì)算\t63
3．6 衛(wèi)星軌道的插值計(jì)算\t65
參考文獻(xiàn)\t67
第4章 GPS測(cè)量及其誤差\t69
4．1 偽距測(cè)量值\t69
4．1．1 偽距的概念\t69
4．1．2 偽距與測(cè)距碼相位\t71
4．2 載波相位測(cè)量值\t72
4．2．1 載波相位的概念\t72
4．2．2 多普勒頻移與積分多普勒\(chéng)t74
4．2．3 偽距與載波相位的對(duì)比\t77
4．3 測(cè)量誤差\t78
4．3．1 衛(wèi)星時(shí)鐘誤差\t78
4．3．2 衛(wèi)星星歷誤差\t79
4．3．3 電離層延時(shí)\t80
4．3．4 對(duì)流層延時(shí)\t85
4．3．5 多路徑\t87
4．3．6 接收機(jī)噪聲\t89
4．4 差分GPS的原理\t90
4．5 偽距與載波相位的組合\t92
4．5．1 載波相位平滑偽距\t92
4．5．2 整周模糊度估算\t94
參考文獻(xiàn)\t94
第5章 GPS定位原理與精度分析\t96
5．1 牛頓迭代及其線性化方法\t96
5．2 最小二乘法\t98
5．3 偽距定位\t100
5．3．1 偽距定位原理\t101
5．3．2 偽距定位算法\t103
5．3．3 二維定位及其輔助方程\t106
5．4 定位精度分析\t108
5．4．1 定位誤差的方差分析\t108
5．4．2 精度因子\t110
5．4．3 衛(wèi)星幾何分布\t113
5．4．4 偽衛(wèi)星\t116
5．5 接收機(jī)自主正直性監(jiān)測(cè)\t116
5．5．1 正直性監(jiān)測(cè)的概念\t117
5．5．2 偽距殘余檢測(cè)法\t118
5．5．3 最小平方殘余法\t119
5．5．4 最大解分離法\t120
5．6 多普勒定速\t120
5．7 定時(shí)、授時(shí)與校頻\t122
參考文獻(xiàn)\t123
第6章 卡爾曼濾波及其應(yīng)用\t127
6．1 濾波的意義\t127
6．2 ?-? 濾波\t128
6．3 卡爾曼濾波\t129
6．3．1 濾波模型\t130
6．3．2 濾波算法\t131
6．3．3 舉例與討論\t134
6．3．4 濾波數(shù)值計(jì)算\t138
6．3．5 非線性濾波\t141
6．4 系統(tǒng)模型的建立\t143
6．4．1 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的建模\t143
6．4．2 離散時(shí)間系統(tǒng)的建模\t146
6．5 GPS定位的卡爾曼濾波算法\t147
6．5．1 接收機(jī)時(shí)鐘模型\t148
6．5．2 用戶運(yùn)動(dòng)模型\t149
6．5．3 卡爾曼濾波定位算法\t151
6．6 其他濾波技術(shù)\t152
參考文獻(xiàn)\t153
第7章 差分定位和精密定位\t156
7．1 差分定位\t156
7．1．1 差分的種類\t156
7．1．2 差分校正量\t158
7．1．3 局域差分系統(tǒng)\t161
7．1．4 廣域差分系統(tǒng)\t163
7．2 精密定位系統(tǒng)\t166
7．2．1 單差\t166
7．2．2 雙差\t169
7．2．3 三差\t171
7．2．4 相對(duì)定位的根本問(wèn)題\t172
7．3 多頻測(cè)量值的組合\t174
7．3．1 線性組合\t174
7．3．2 窄巷、寬巷和超寬巷組合\t177
7．4 整周模糊度的求解技術(shù)\t179
7．4．1 交換天線位置\t180
7．4．2 幾何多樣性\t181
7．4．3 利用偽距的取整估算法\t181
7．4．4 LAMBDA算法\t183
7．4．5 逐級(jí)模糊度確定法\t186
參考文獻(xiàn)\t188
第8章 GPS與航位推測(cè)系統(tǒng)的組合\t192
8．1 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)\t192
8．1．1 慣性傳感器的種類\t192
8．1．2 慣性導(dǎo)航的分類\t194
8．1．3 慣性導(dǎo)航的基本原理\t194
8．1．4 慣性傳感測(cè)量誤差\t195
8．2 航位推測(cè)系統(tǒng)\t196
8．2．1 航位推測(cè)的基本原理\t196
8．2．2 ABS車輪轉(zhuǎn)速傳感器\t197
8．3 組合的意義\t201
8．4 組合的工具\(yùn)t202
8．4．1 互補(bǔ)型濾波器\t202
8．4．2 分散卡爾曼濾波\t203
8．5 組合的方式\t204
8．5．1 松性組合\t204
8．5．2 緊性組合\t205
8．5．3 深性組合\t206
參考文獻(xiàn)\t207
第9章 地圖匹配\t210
9．1 地圖匹配的意義\t210
9．2 電子地圖\t211
9．2．1 UTM投影系統(tǒng)\t211
9．2．2 數(shù)字高程模型\t212
9．2．3 道路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)\t213
9．3 地圖匹配算法綜述\t214
9．4 幾何匹配算法\t217
9．4．1 點(diǎn)-點(diǎn)匹配法\t218
9．4．2 點(diǎn)-線匹配法\t218
9．4．3 線-線匹配法\t219
9．4．4 改良型幾何匹配算法\t220
9．5 概率匹配算法\t223
9．6 緊性組合匹配算法\t225
9．7 綜合匹配算法\t226
9．7．1 加權(quán)法\t227
9．7．2 D-S理論\t227
9．7．3 模糊推理\t230
9．8 匹配路段上的位置點(diǎn)匹配\t231
參考文獻(xiàn)\t233
第10章 GPS接收機(jī)及其射頻前端\t236
10．1 GPS接收機(jī)的概況\t237
10．2 接收天線\t241
10．2．1 自由空間傳播公式\t241
10．2．2 信噪比和載噪比\t244
10．2．3 串聯(lián)器件的噪聲指數(shù)\t246
10．2．4 右旋圓極化\t248
10．2．5 天線的種類\t250
10．3 射頻前端處理\t252
10．3．1 射頻信號(hào)調(diào)整\t252
10．3．2 下變頻混頻\t254
10．3．3 中頻信號(hào)濾波放大\t259
10．3．4 模數(shù)轉(zhuǎn)換\t260
參考文獻(xiàn)\t263
第11章 載波環(huán)\t266
11．1 信號(hào)跟蹤原理\t266
11．2 相位鎖定環(huán)路\t268
11．2．1 基本工作原理\t269
11．2．2 環(huán)路階數(shù)\t271
11．2．3 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)\t275
11．2．4 環(huán)路參數(shù)\t278
11．2．5 I/Q解調(diào)\t281
11．2．6 相干積分\t286
11．2．7 鑒相方法的種類\t291
11．2．8 測(cè)量誤差與跟蹤門限\t292
11．3 頻率鎖定環(huán)路\t295
11．3．1 基本工作原理\t295
11．3．2 鑒頻方法的種類\t298
11．3．3 測(cè)量誤差與跟蹤門限\t300
11．4 鎖相環(huán)與鎖頻環(huán)的對(duì)比與組合\t301
參考文獻(xiàn)\t302
第12章 碼環(huán)和基帶數(shù)字信號(hào)處理\t304
12．1 碼環(huán)\t304
12．1．1 延遲鎖定環(huán)路\t304
12．1．2 相關(guān)器與自相關(guān)函數(shù)\t307
12．1．3 非相干積分\t310
12．1．4 鑒相方法的種類\t314
12．1．5 測(cè)量誤差與跟蹤門限\t317
12．2 信號(hào)的跟蹤\t320
12．2．1 載波環(huán)與碼環(huán)的組合\t320
12．2．2 鎖定檢測(cè)\t323
12．3 基帶數(shù)字信號(hào)處理\t324
12．3．1 位同步\t324
12．3．2 幀同步\t328
12．3．3 奇偶檢驗(yàn)和電文譯碼\t330
12．3．4 測(cè)量值的生成\t332
12．4 多路徑效應(yīng)及其抑制\t333
12．4．1 多路徑效應(yīng)\t334
12．4．2 多路徑抑制\t337
12．5 干擾\t341
參考文獻(xiàn)\t344
第13章 信號(hào)的捕獲\t349
13．1 信號(hào)捕獲的概況\t349
13．1．1 三維搜索\t349
13．1．2 啟動(dòng)方式\t352
13．1．3 搜索范圍估算\t354
13．1．4 信號(hào)檢測(cè)\t358
13．1．5 載噪比的測(cè)定\t362
13．1．6 捕獲與跟蹤之間的轉(zhuǎn)換\t364
13．2 信號(hào)搜索捕獲算法\t366
13．2．1 線性搜索\t366
13．2．2 并行頻率搜索\t370
13．2．3 并行碼相位搜索\t372
13．2．4 其他信號(hào)捕獲算法\t374
13．2．5 衛(wèi)星搜索次序\t375
13．3 高靈敏度GPS\t376
13．3．1 加長(zhǎng)積分時(shí)間\t377
13．3．2 大塊相關(guān)器設(shè)計(jì)\t380
13．3．3 輔助GPS（AGPS）\t381
13．4 互相關(guān)干擾及其抑制\t384
13．4．1 互相關(guān)干擾\t384
13．4．2 互相關(guān)干擾抑制\t385
13．5 接收機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)\t387
參考文獻(xiàn)\t389
附錄A 縮寫詞中英對(duì)照\(chéng)t394
附錄B 單位制及其換算\t400
附錄C 隨機(jī)變量和隨機(jī)過(guò)程\t401
附錄D 拉普拉斯變換\t407
附錄E Z變換\t410
附錄F 傅里葉變換和采樣定理\t413
附錄G 離散傅里葉變換\t417
附錄H GPS數(shù)據(jù)格式\t420