内容简介

本书系统、透彻地阐述了GPS及其接收机设计的各项相关内容，包括GPS信号结构、时空坐标系、测量值、定位原理、卡尔曼滤波、接收机的射频前端、信号捕获和信号跟踪。此外，本书还介绍了差分精密定位、GPS与惯性导航的组合和地图匹配三方面GPS应用技术，并对多路径、电磁干扰、互相关干扰、高灵敏度GPS、辅助GPS等关键课题做了论述。本书理论分析清晰，实用性强，并且内容力求反映近些年来出现的GPS新技术和成果。

作者简介

谢钢清华大学电工程系学士，波士顿大学电子与计算机工程硕士，斯坦福大学电气工程博士。摩托罗拉等多家高科技公司资深高级工程师，主要从事GPS接收机的研究与开发工作。

章节目录

目录

第1章导引 1

1．1GPS的起源 1

1．2GPS的组成概况 2

1．2．1空间星座部分 3

1．2．2地面监控部分 5

1．2．3用户设备部分 6

1．3GPS提供的服务和限制 8

1．4各国卫星导航系统的概况 9

1．5GPS的性能指标 11

1．6GPS的应用 13

参考文献 13

第2章GPS信号及其导航电文 16

2．1载波 16

2．2伪码 17

2．2．1二进制数随机序列 17

2．2．2m序列 18

2．2．3金码 22

2．2．4C/A码 24

2．2．5P码 27

2．3数据码 28

2．4GPS信号结构 28

2．5导航电文 32

2．5．1导航电文的格式 33

2．5．2遥测字 33

2．5．3交接字 34

2．5．4第一数据块 35

2．5．5第二数据块 36

2．5．6第三数据块 37

2．6GPS现代化计划 38

参考文献 40

第3章GPS卫星轨道的理论和计算 42

3．1空间坐标系 42

3．1．1惯性坐标系 42

3．1．2地球坐标系 43

3．1．3WGS-84坐标系 46

3．1．4直角坐标系间的旋转变换 47

3．1．5站心坐标系 48

3．2时间系统 50

3．2．1世界时和原子时 50

3．2．2GPS时间 51

3．2．3晶体振荡器 52

3．2．4GPS与相对论 54

3．3GPS卫星轨道的理论 55

3．3．1卫星的无摄运行轨道 55

3．3．2开普勒轨道参数 57

3．3．3卫星星历和历书参数 59

3．4卫星空间位置的计算 61

3．5卫星运行速度的计算 63

3．6卫星轨道的插值计算 65

参考文献 67

第4章GPS测量及其误差 69

4．1伪距测量值 69

4．1．1伪距的概念 69

4．1．2伪距与测距码相位 71

4．2载波相位测量值 72

4．2．1载波相位的概念 72

4．2．2多普勒频移与积分多普勒 74

4．2．3伪距与载波相位的对比 77

4．3测量误差 78

4．3．1卫星时钟误差 78

4．3．2卫星星历误差 79

4．3．3电离层延时 80

4．3．4对流层延时 85

4．3．5多路径 87

4．3．6接收机噪声 89

4．4差分GPS的原理 90

4．5伪距与载波相位的组合 92

4．5．1载波相位平滑伪距 92

4．5．2整周模糊度估算 94

参考文献 94

第5章GPS定位原理与精度分析 96

5．1牛顿迭代及其线性化方法 96

5．2最小二乘法 98

5．3伪距定位 100

5．3．1伪距定位原理 101

5．3．2伪距定位算法 103

5．3．3二维定位及其辅助方程 106

5．4定位精度分析 108

5．4．1定位误差的方差分析 108

5．4．2精度因子 110

5．4．3卫星几何分布 113

5．4．4伪卫星 116

5．5接收机自主正直性监测 116

5．5．1正直性监测的概念 117

5．5．2伪距残余检测法 118

5．5．3最小平方残余法 119

5．5．4最大解分离法 120

5．6多普勒定速 120

5．7定时、授时与校频 122

参考文献 123

第6章卡尔曼滤波及其应用 127

6．1滤波的意义 127

6．2?-? 滤波 128

6．3卡尔曼滤波 129

6．3．1滤波模型 130

6．3．2滤波算法 131

6．3．3举例与讨论 134

6．3．4滤波数值计算 138

6．3．5非线性滤波 141

6．4系统模型的建立 143

6．4．1连续时间系统的建模 143

6．4．2离散时间系统的建模 146

6．5GPS定位的卡尔曼滤波算法 147

6．5．1接收机时钟模型 148

6．5．2用户运动模型 149

6．5．3卡尔曼滤波定位算法 151

6．6其他滤波技术 152

参考文献 153

第7章差分定位和精密定位 156

7．1差分定位 156

7．1．1差分的种类 156

7．1．2差分校正量 158

7．1．3局域差分系统 161

7．1．4广域差分系统 163

7．2精密定位系统 166

7．2．1单差 166

7．2．2双差 169

7．2．3三差 171

7．2．4相对定位的根本问题 172

7．3多频测量值的组合 174

7．3．1线性组合 174

7．3．2窄巷、宽巷和超宽巷组合 177

7．4整周模糊度的求解技术 179

7．4．1交换天线位置 180

7．4．2几何多样性 181

7．4．3利用伪距的取整估算法 181

7．4．4LAMBDA算法 183

7．4．5逐级模糊度确定法 186

参考文献 188

第8章GPS与航位推测系统的组合 192

8．1惯性导航系统 192

8．1．1惯性传感器的种类 192

8．1．2惯性导航的分类 194

8．1．3惯性导航的基本原理 194

8．1．4惯性传感测量误差 195

8．2航位推测系统 196

8．2．1航位推测的基本原理 196

8．2．2ABS车轮转速传感器 197

8．3组合的意义 201

8．4组合的工具 202

8．4．1互补型滤波器 202

8．4．2分散卡尔曼滤波 203

8．5组合的方式 204

8．5．1松性组合 204

8．5．2紧性组合 205

8．5．3深性组合 206

参考文献 207

第9章地图匹配 210

9．1地图匹配的意义 210

9．2电子地图 211

9．2．1UTM投影系统 211

9．2．2数字高程模型 212

9．2．3道路网数据库 213

9．3地图匹配算法综述 214

9．4几何匹配算法 217

9．4．1点-点匹配法 218

9．4．2点-线匹配法 218

9．4．3线-线匹配法 219

9．4．4改良型几何匹配算法 220

9．5概率匹配算法 223

9．6紧性组合匹配算法 225

9．7综合匹配算法 226

9．7．1加权法 227

9．7．2D-S理论 227

9．7．3模糊推理 230

9．8匹配路段上的位置点匹配 231

参考文献 233

第10章GPS接收机及其射频前端 236

10．1GPS接收机的概况 237

10．2接收天线 241

10．2．1自由空间传播公式 241

10．2．2信噪比和载噪比 244

10．2．3串联器件的噪声指数 246

10．2．4右旋圆极化 248

10．2．5天线的种类 250

10．3射频前端处理 252

10．3．1射频信号调整 252

10．3．2下变频混频 254

10．3．3中频信号滤波放大 259

10．3．4模数转换 260

参考文献 263

第11章载波环 266

11．1信号跟踪原理 266

11．2相位锁定环路 268

11．2．1基本工作原理 269

11．2．2环路阶数 271

11．2．3稳态响应 275

11．2．4环路参数 278

11．2．5I/Q解调 281

11．2．6相干积分 286

11．2．7鉴相方法的种类 291

11．2．8测量误差与跟踪门限 292

11．3频率锁定环路 295

11．3．1基本工作原理 295

11．3．2鉴频方法的种类 298

11．3．3测量误差与跟踪门限 300

11．4锁相环与锁频环的对比与组合 301

参考文献 302

第12章码环和基带数字信号处理 304

12．1码环 304

12．1．1延迟锁定环路 304

12．1．2相关器与自相关函数 307

12．1．3非相干积分 310

12．1．4鉴相方法的种类 314

12．1．5测量误差与跟踪门限 317

12．2信号的跟踪 320

12．2．1载波环与码环的组合 320

12．2．2锁定检测 323

12．3基带数字信号处理 324

12．3．1位同步 324

12．3．2帧同步 328

12．3．3奇偶检验和电文译码 330

12．3．4测量值的生成 332

12．4多路径效应及其抑制 333

12．4．1多路径效应 334

12．4．2多路径抑制 337

12．5干扰 341

参考文献 344

第13章信号的捕获 349

13．1信号捕获的概况 349

13．1．1三维搜索 349

13．1．2启动方式 352

13．1．3搜索范围估算 354

13．1．4信号检测 358

13．1．5载噪比的测定 362

13．1．6捕获与跟踪之间的转换 364

13．2信号搜索捕获算法 366

13．2．1线性搜索 366

13．2．2并行频率搜索 370

13．2．3并行码相位搜索 372

13．2．4其他信号捕获算法 374

13．2．5卫星搜索次序 375

13．3高灵敏度GPS 376

13．3．1加长积分时间 377

13．3．2大块相关器设计 380

13．3．3辅助GPS（AGPS） 381

13．4互相关干扰及其抑制 384

13．4．1互相关干扰 384

13．4．2互相关干扰抑制 385

13．5接收机设计的发展趋势 387

参考文献 389

附录A缩写词中英对照 394

附录B单位制及其换算 400

附录C随机变量和随机过程 401

附录D拉普拉斯变换 407

附录EZ变换 410

附录F傅里叶变换和采样定理 413

附录G离散傅里叶变换 417

附录HGPS数据格式 420

GPS原理与接收机设计是2017年由电子工业出版社出版,作者谢钢。

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