GPS软件接收机基础 第2版PDF电子书下载

第1章　概述 1

1.1 引言 1

1.2　GPS的发展史 1

1.3　GPS接收机基本原理 2

1.4　内容的组织方法 2

1.5　软件方式 3

1.6　软件方式潜在的优势 3

1.7　本书的结构 4

参考文献 4

第2章　GPS的基本概念 6

2.1 引言 6

2.2　GPS的性能要求 6

2.3　GPS的基本概念 6

2.4　确定用户位置的基本方程 8

2.5　伪距测量 9

2.6　根据伪距求用户位置 9

2.7　多于4颗卫星的位置计算方法 11

2.8　球坐标系中的用户位置 12

2.9　地球几何学 13

2.10　椭圆中的基本关系 14

2.11　高度的计算 15

2.12　大地纬度的计算 16

2.13　地球表面任一点的计算 18

2.14　卫星选择 19

2.15　误差放大因子 20

2.16　小结 21

参考文献 22

附录A　程序1 24

第3章　卫星星座 26

3.1 引言 26

3.2　GPS系统的控制区段 26

3.3　卫星星座 27

3.4　来自不同卫星的最大功率电平差值 28

3.5　恒星日 28

3.6　多普勒频移 29

3.7　多普勒频率的平均变化速率 32

3.8　多普勒频率的最大变化速率 33

3.9　用户加速度产生的多普勒频率的变化速率 34

3.10　开普勒定律 34

3.11　开普勒方程式 35

3.12　真近点角和平近点角 37

3.13　用户位置处的信号强度 39

3.14　小结 41

参考文献 41

第4章　地心地固坐标系 43

4.1 引言 43

4.2　方向余弦矩阵 43

4.3　卫星轨道参照系向赤道参照系的转换 45

4.4　春分 47

4.5　地球的自转 48

4.6　从轨道参照系到地心地固参照系之间的全部变换 49

4.7　摄动 51

4.8　发射时刻GPS系统时间的修正 52

4.9　卫星位置计算 53

4.10　卫星坐标调整 54

4.11　星历数据 55

4.12　小结 56

参考文献 56

第5章　GPS C/A码信号结构 58

5.1 引言 58

5.2　传输频率 58

5.3　码分多址（CDMA）信号 60

5.4　P码 60

5.5　C/A码及数据格式 61

5.6　C/A码的产生 63

5.7　C/A码的相关性 66

5.8　导航数据位 68

5.9　遥测（TLM）字和交接字（HOW） 68

5.10　GPS时间和卫星Z计数 69

5.11　奇偶校验算法 70

5.12　子帧1的导航数据 74

5.13　子帧2和子帧3的导航数据 75

5.14　子帧4和子帧5的导航数据——辅助数据 77

5.15　电离层模型 81

5.16　对流层的模型 83

5.17　选择可用性（SA）及典型的定位误差 83

5.18　小结 84

参考文献 84

附录A　程序1 86

第6章　接收机硬件设计 88

6.1 引言 88

6.2　天线 88

6.3　放大倍数研究 91

6.4　由频率划分的两种数字化方案 91

6.5　天线前端 92

6.6　依据C/A码码元速率选择采样频率 93

6.7　实数数据的采样频率和频带折叠 94

6.8　实数数据采集的下变频射频前端 95

6.9　实数数据采集时的直接数字化 97

6.10　同相（I）和正交（Q）下变频 98

6.11　将两个或更多的输入波段折叠到基带中 100

6.12　量化电平 101

6.13　希尔伯特变换 102

6.14　复数数据到实数数据的变换 104

6.15　采样频率精度的影响 105

6.16　小结 105

参考文献 106

第7章　GPS C/A码信号的捕获 108

7.1 引言 108

7.2　捕获方法 108

7.3　捕获所用的最大数据长度 109

7.4　捕获中的频率步进 110

7.5　C/A码的相乘和快速傅里叶变换（FFT） 110

7.6　时域相关 112

7.7　循环卷积和循环相关 113

7.8　采用循环相关的捕获 115

7.9　改进的循环相关捕获法 116

7.10　时延相乘法 117

7.11　非相干积分 119

7.12　长数据记录的相干处理 120

7.13　精细频率估计的基本概念 121

7.14　精细频率测量中的分辨模糊 121

7.15　一个捕获例子 124

7.16　小结 128

参考文献 128

附录A　程序1 129

第8章　GPS信号跟踪 134

8.1 引言 134

8.2　基本锁相环 134

8.3　一阶锁相环 136

8.4　二阶锁相环 137

8.5　连续系统到离散系统的转换 138

8.6　载波和码跟踪 139

8.7　利用锁相环跟踪GPS信号 141

8.8　同步信号块调整法（BASS）中的载频更新 142

8.9　核函数中的不连续性 143

8.10　C/A码起始位置的测量精度 146

8.11　通过理想相关输出得到的精细时间分辨率 147

8.12　通过曲线拟合得到的精细时间分辨率 149

8.13　BASS跟踪程序的输出 151

8.14　RF和C/A码的复合 152

8.15　长数据的跟踪和第一次相位跳变 153

8.16　小结 153

参考文献 153

附录A　公式1 155

第9章　GPS软件接收机 156

9.1 引言 156

9.2　从跟踪结果得到的数据 156

9.3　将跟踪输出转换为导航数据 159

9.4　子帧匹配和奇偶校验 160

9.5　从子帧1获得星历数据 161

9.6　从子帧2获得星历数据 162

9.7　从子帧3获得星历数据 162

9.8　星历数据的典型值 163

9.9　求伪距 164

9.10　经传输时间修正后的发射时刻的GPS系统时（tc） 170

9.11　卫星位置的计算 170

9.12　笛卡儿坐标系中用户位置的计算 172

9.13　卫星坐标系的调整 173

9.14　将用户位置转换到地球坐标系 173

9.15　从捕获到跟踪程序的转换 174

9.16　小结 176

附录A　程序1 177

附录B　程序2 179

附录C　程序3 180

附录D　程序4 181

附录E　程序5 182

附录F　程序6 184

附录G　程序7 187

第10章　弱信号的捕获 192

10.1　引言 192

10.2　信噪比（S/N） 193

10.3　接收机灵敏度的限值 193

10.4　检测概率和虚警率 196

10.5　相干积分增益 197

10.6　非相干积分 198

10.7　非相干积分损耗与增益 198

10.8　弱信号的捕获研究 201

10.9　输出采样频率 202

10.10　周期信号的相干积分 202

10.11　频率分量间损耗的恢复 204

10.12　非相干积分中的时间频率调整 209

10.13　高斯噪声的门限确定 211

10.14　仿真信号的检测概率 216

10.15　实际数据的门限确定 218

10.16　精确频率计算 222

10.17　第一个导航相位跳变的确定 224

参考文献 227

第11章　弱信号的跟踪 229

11.1　引言 229

11.2　本地C/A码的再生频率 229

11.3　载波频率测量要求 230

11.4　对1ms数据的处理和输入数据选择 231

11.5　C/A码的产生 232

11.6　本地码的产生以及与1ms输入信号的相互关系 235

11.7　获得导航数据并寻找载波频率 236

11.8　信噪比（S/N）的计算 238

11.9　伪距测量的基本思想 239

11.10　超前和延迟峰相关输出（yes和yls）的求和 240

11.11　跟踪中的实际时移 242

11.12　每秒重新产生C/A码的跟踪程序［3］ 244

11.13　在非整数采样频率下信号的跟踪 246

11.14　初始C/A码点与1ms选取数据相匹配的情况 249

11.15　弱信号跟踪的实验结果 250

参考文献 252

附录A　程序1 254

附录B　程序2 255

第12章　GPS接收机相关的一些内容 258

12.1　引言 258

12.2　由历书数据获取的信息 258

12.3 已知精确载频信息情况下的捕获 261

12.4　采用分割法的循环相关 262

12.5　通过广域增强系统（WAAS）信号对采样频率进行修正 267

12.6　强信号和弱信号的情况 273

12.7　GPS信号仿真 277

12.8　ADC前端滤波器带宽对捕获的影响 278

12.9　存在干扰时所需ADC的位数 280

12.10　软件接收机的实时操作 283

12.11　无源高度计 283

12.12　卫星位置和历书数据中的多普勒频率 287

12.13　利用蜂窝电话进行紧急事件的地理定位 290

参考文献 291