格洛纳斯卫星导航系统原理 第4版PDF电子书下载

引言 1

第一篇 卫星无线电导航系统的构成及基本原理 7

第1章 卫星无线电导航系统组成 7

1.1 基本构成 7

1.2 航天器子系统 8

1.3 运控子系统 9

1.4 用户导航设备 9

1.5 中轨卫星无线电导航系统的星历信息组成特点 10

1.6 不同用户对卫星无线电导航系统的需要 10

参考文献 15

第2章 时间坐标 16

2.1 天体坐标和时间测量单位 17

2.2 原子时和时间单位 18

2.3 通用时间坐标和卫星无线电导航系统使用的时间坐标 18

2.4 卫星无线电导航系统中的局部时间坐标 20

2.5 基准振荡器中频率和时间的稳定性 21

2.6 卫星无线电导航系统中的时间坐标同步 24

参考文献 26

第3章 导航卫星的轨道运动 27

3.1 卫星无线电导航系统中所使用的坐标系统 27

3.2 惯性坐标系内导航卫星非摄动轨道运动方程 32

3.3 卫星轨道的经典根数 33

3.4 非摄动轨道卫星的运动 35

3.5 使用轨道根数情况下卫星在惯性坐标系中的非摄动运动方程 36

3.6 导航卫星摄动运动的基本特征 39

3.7 地心运动坐标系中的摄动运动近似方程 41

3.8 导航卫星的可见区域和时间 42

参考文献 45

第4章 导航任务的解算方法 46

4.1 基本内容 46

4.2 测距方法 47

4.3 伪距测量方法 48

4.4 差分—测距和差分—伪距测量方法 51

4.5 径向—速度（多普勒）方法 51

4.6 伪径向—速度（伪多普勒）方法 53

4.7 差分—径向—速度方法 54

4.8 组合方法 54

4.9 通过卫星无线电导航系统确定方位 55

参考文献 56

第5章 卫星无线电导航系统中的无线电信号和导航通信 57

5.1 卫星无线电导航系统中对无线电信号的要求 57

5.2 无线电信号的数学基础 58

5.3 卫星无线电导航系统的移相键控信号 60

5.3.1 二进制移相键控信号的基本性质 61

5.3.2 M序列的基本特性 64

5.3.3 Gold序列 67

5.3.4 Casami序列 68

5.4 副载波上的调制相移键控信号 69

5.5 不同调制下的信号时延估计精度比较 71

5.6 卫星无线电导航系统中的导航通信 75

5.6.1 基本内容 75

5.6.2 导航信息的抗干扰编码 76

5.7 通过导航通信调制无线电信号 79

5.7.1 相对相移键控 79

5.7.2 无线电信号的相移键控 80

5.8 接收机中卫星无线电导航系统信号同步 81

参考文献 82

第6章 用户设备的信号处理和导航解算 83

6.1 基本内容 83

6.2 搜索信号延迟和多谱勒频率 84

6.3 卫星导航设备中跟踪系统设计的基本原理 96

6.3.1 BPSK导航接收机 96

6.3.2 基于跟踪系统提取估计信息 99

6.3.3 接收机中相干和非相干信号处理 101

6.3.4 跟踪系统鉴别器合成 101

6.3.5 解调导航电文 111

6.3.6 平滑过滤器合成 112

6.4 二次处理算法（导航算法） 140

6.4.1 二次观测 140

6.4.2 伪距二次平滑算法 141

6.4.3 二次处理单步算法 147

6.4.4 二次处理的过滤算法 149

6.5 卫星无线电导航系统接收机中单步信号处理 154

6.5.1 主要内容 154

6.5.2 用于非相干工作模式的信号处理单步算法设计 155

6.5.3 用于非相干工作模式的信号处理单步算法合成 161

6.6 多路径效应条件下信号接收 167

6.6.1 多路径效应基本特征 167

6.6.2 多路径效应条件下的接收优化算法 170

6.6.3 鉴别特征 173

6.6.4 潜在的精确特征值 175

6.6.5 处理非相干算法的特征值 177

附录 鉴别器统计特征值 178

附录6.1 相干接收机的相关器同相和正交部分的统计特征值 179

附录6.2 非相干接收机的相关器同相和正交部分的统计特征值 181

附录6.3 相位鉴别器统计特征值 182

附录6.4 频率鉴别器统计特征值 184

附录6.5 信号延迟鉴别器统计特征值 192

参考文献 197

第7章 卫星无线电导航系统中确定导航时间的误差源和精度 199

7.1 确定伪距误差的组成 199

7.2 确定伪速误差的组成 200

7.3 传播介质影响信号参数 202

7.3.1 信号传播的群速度和相速度 202

7.3.2 介质折射系数 204

7.3.3 电离层影响信号滞后 205

7.3.4 对流层影响信号滞后 206

7.4 相对论和万有引力效应的影响 207

7.5 信号多路径效应传播的影响 210

7.6 导航接收机引入的误差 211

7.7 确定伪距和伪速的降低误差方法 214

7.8 确定伪距和伪速的误差源 217

7.9 解算导航任务产生的误差 218

7.9.1 星座保障的误差 218

7.9.2 卫星无线电导航系统中的几何因素 219

参考文献 222

第8章 用户设备的干扰稳定性 223

8.1 基本定义和方法 223

8.2 导航接收机干扰稳定性评估方法 224

8.2.1 干扰影响相关器的评估方法 224

8.2.2 相关器输出端计算干扰组成的方法 226

8.3 通过使用不同型号的码分导航信号，分析系统内的干扰 228

8.3.1 BPSK（n）调制信号系统内干扰分析 229

8.3.2 通过BOC（m，n）调制使用信号，分析系统内的干扰 232

8.3.3 通过计算干扰和导航频率信号的失调，分析系统内的干扰 236

8.4 分析不同类型干扰对不同类型码分导航信号用户设备的影响 240

8.5 搜索和截获信号制的干扰稳定性 246

8.6 跟踪系统干扰稳定性渐近估计方法 247

8.7 跟踪信号相位自主系统的干扰稳定性 248

8.8 自主信号频率跟踪系统的干扰稳定性 249

8.9 跟踪信号延迟系统的干扰稳定性 251

8.10 考虑跟踪系统相互影响下的干扰稳定性 251

8.10.1 非相干接收机干扰稳定性 252

8.10.2 相干接收机干扰稳定性 253

8.11 综合跟踪系统干扰稳定性 254

参考文献 255

第二篇 格洛纳斯卫星无线电导航系统 259

第9章 格洛纳斯卫星无线电导航系统的基本内容 259

9.1 结构和基本特征 259

9.2 建设发展阶段 261

9.3 格洛纳斯卫星无线电导航系统使用的坐标系统 266

9.4 频率——时间保障（PNT）格洛纳斯系统的时间尺度 268

参考文献 269

第10章 地面段（运控子系统） 270

10.1 运控子系统的用途和组成 270

10.1.1 主要内容 270

10.1.2 系统控制中心 272

10.1.3 控制站 272

10.1.4 量子—光学站（激光站） 273

10.1.5 相位控制系统 274

10.1.6 场控制设备 274

10.2 星座保障 275

10.2.1 格洛纳斯星历信息的特点 276

10.2.2 典型控制操作 276

10.2.3 确定卫星运动轨位的技术 278

参考文献 280

第11章 航天器子系统 281

11.1 卫星的轨道特征 281

11.2 格洛纳斯卫星无线电导航系统的无线电信号 285

11.2.1 使用信号的类型 285

11.2.2 播发的导航无线电信号特征值 286

11.3 调制序列的特征 289

11.4 格洛纳斯卫星无线电导航系统的导航通信 292

11.4.1 主要内容 292

11.4.2 格洛纳斯导航系统的星座 295

11.4.3 格洛纳斯系统历书 298

11.4.4 超帧种的储备等级 301

11.4.5 导航数据真实性控制 301

11.5 格洛纳斯卫星无线电导航系统的完好性监测 302

11.6 格洛纳斯系统的导航卫星 304

11.6.1 格洛纳斯导航卫星 304

11.6.2 格洛纳斯-M导航卫星 307

11.6.3 格洛纳斯-K导航卫星 309

11.6.4 Etalon被动式卫星 311

11.6.5 导航卫星建造特点 312

11.6.6 导航卫星运行逻辑 313

11.7 卫星的星载无线电设备 315

11.7.1 导航无线电信号星载源 315

11.7.2 天线—馈线系统 320

11.7.3 星间星载测量设备 320

11.7.4 星载同步装置 328

11.7.5 星载控制设备 329

11.7.6 定向和稳定系统，其他辅助系统 330

11.7.7 卫星星载系统运行 331

参考文献 332

第12章 格洛纳斯卫星无线电导航系统的差分体制 333

12.1 差分体制基本原理 333

12.2 差分体制的数学模型 336

12.3 差分校正的空间—时间特征 339

12.4 星历保障误差的差分校正 340

12.5 差分体制中确定伪距的误差源 342

12.6 差分子系统的卫星无线电导航系统完好性监测 343

12.7 差分子系统中信息传输的数据格式 344

12.8 差分子系统建造示例 349

12.8.1 海洋局部差分子系统 349

12.8.2 具有前景的俄罗斯差分子系统 355

12.8.3 广域差分子系统 364

参考文献 367

第13章 用户设备 369

13.1 用户设备原理 369

13.2 导航接收机天线 370

13.3 无线电接收机 372

13.4 模／数转换器 373

13.5 基准振荡器和频率合成器 374

13.6 多通道相关器 375

13.7 信号处理算法 377

13.7.1 捕获和检测算法 377

13.7.2 信号相位跟踪的工作算法和流程 385

13.7.3 信号延迟跟踪的工作算法和流程 387

13.7.4 锁频环的工作算法和流程 388

13.7.5 跟踪系统环路中的数字滤波器工作算法 389

13.7.6 跟踪系统中基准信号振荡器的控制算法 392

13.7.7 导航信息提取算法 393

13.8 信息处理算法 394

13.8.1 用户坐标和速度矢量评估 394

13.8.2 基于非运算信息（天文年历）的导航卫星状态矢量计算 395

13.8.3 基于运算信息的导航卫星状态矢量计算 397

1 3.8.4 大地坐标系中地球用户坐标换算 398

13.9 使用用户设备的信号处理和信息优化算法 399

参考文献 400

第三篇 卫星导航技术的发展方向 403

第14章 格洛纳斯卫星导航系统的现代化 403

14.1 格洛纳斯卫星导航系统的现代化 403

14.2 格洛纳斯全球导航系统的信号 407

14.2.1 格洛纳斯全球导航系统的导航信号发展方案 407

14.2.2 码分信号的频率方案 411

14.2.3 L30C导航信号 412

14.2.4 BOC（6，4）调制的L10C导航信号 412

14.3 卫星无线电导航系统的全球监测系统 414

14.3.1 建立格洛纳斯／GPS扩展监测系统的必要性 414

14.3.2 卫星无线电导航监测系统的基本任务 414

14.3.3 卫星无线电导航系统完好性监测系统组成 416

14.3.4 向用户提供访问监测系统结果 419

14.3.5 从格洛纳斯-K导航卫星上转发完好性信息的通道特征 419

14.3.6 监测系统可靠性 420

第15章 基于相位测量确定信号传播时间 424

15.1 卫星无线电导航接收机中测量的主要导航参数 424

15.1.1 信号时间概念 424

15.1.2 卫星无线电导航系统的相位和码测量模型 430

15.1.3 卫星无线电导航系统中确定高精度信号传播时间的无线电导航参数观测模型 431

15.1.4 卫星无线电导航系统中导航参数测量数学模型的精度检测方法 433

15.2 二次处理中相位测量模糊度解算方法 437

15.2.1 相位测量模糊度基本解算方法 437

15.2.2 无穷举的模糊度解算方法 439

15.3 基于载波相位测量获得信号传播时间的最优滤波方法应用 442

15.3.1 增补变量方法 442

15.3.2 单频相干无线电信号延迟估计 443

15.3.3 双频相干无线电信号延迟估计 444

15.3.4 带有观测周期函数的参数估计基本问题 446

15.3.5 存在观测周期函数的滤波方法 448

15.3.6 使用增补变量方法解算模糊度的改进滤波算法 450

15.4 基于载波相位测量的信号传播时间的测定算法 453

15.4.1 信号传播时间测量算法任务描述 453

15.4.2 二次处理阶段，卫星无线电导航系统中使用相位测量，信号传播时间测量的算法合成基本方法 453

15.4.3 实验研究结果 454

参考文献 464

第16章 通过卫星无线电导航系统信号测定方位角 466

16.1 通过卫星无线电导航系统信号，估计目标方位角的优化算法 466

16.2 确定方位角的潜在精度 470

16.3 在卫星无线电导航系统中，在空间各点的双频相位差的优化滤波 472

16.4 根据卫星无线电导航系统的信号，用于测定目标方位角装置的优化导航接收机 482

参考文献 487

第17章 卫星／惯性组合导航系统 488

17.1 卫星／惯性组合导航系统的建造原理 488

17.2 卫星无线电导航系统／惯性导航系统导航用户终端的组合算法合成 495

17.2.1 综合改进方案 495

17.2.2 卫星无线电导航系统／惯性导航系统导航用户终端组合紧耦合算法 496

17.2.3 组合导航算法（松耦合算法） 505

17.2.4 卫星无线电导航系统导航用户终端中的惯性导航系统修正算法合成（非耦合的算法） 508

17.3 卫星／惯性组合导航系统的精度和抗干扰稳定性 512

17.3.1 卫星／惯性组合导航系统的精度 512

17.3.2 自动模式中卫星／惯性组合导航系统的精度 515

17.3.3 卫星／惯性组合导航系统的抗干扰稳定性 517

17.4 现代化卫星／惯性组合导航系统概述 520

17.5 卫星／惯性组合导航系统中的测量同步 525

附录 惯性导航基础 526

附录17.1 捷联惯性导航系统算法 526

附录17.2 捷联惯性导航系统误差模型 529

附录17.3 四元数 532

附录17.4 不同方位表述方式的数学关系 535

参考文献 536

第18章 用户设备的空时信号处理 539

18.1 空间抑制干扰的原理 539

18.2 空时处理的优化算法 540

18.3 典型的天线干扰补偿器 542

18.4 优化空间滤波器的结构 546

18.5 信号的空间处理算法特征 548

18.6 权系数的形成 552

18.6.1 优化跟踪算法 553

18.6.2 优化非跟踪算法 555

18.6.3 分离空间和时间算子的算法 555

18.6.4 调整特征 556

18.7 干扰空间补偿中的技术突破 556

18.8 用于卫星导航接收机的干扰补偿器实验验证 558

18.8.1 干扰双通道补偿器的实验验证 558

18.8.2 通过频率特征值检验的方法，抑制特征值提升的可行性的实验研究 560

18.8.3 通过频率特征值检验的方法，抑制特征值提升的可行性分析 562

18.8.4 用于卫星无线电导航系统接收机的数字干扰天线补偿器实验研究 563

18.9 空间干扰抑制的知名设备 569

参考文献 571

第19章 窄带干扰的频率—时间阻隔 573

19.1 频率—时间干扰方法的理论基础 573

19.1.1 干扰参数优化评估方法 573

19.1.2 改进型的横向滤波器方法 575

19.1.3 基于离散傅里叶变换，频率区域的干扰阻隔方法 576

19.1.4 干扰频率—时间补偿方法和设备的简明特征 577

19.2 横向滤波器的合成和分析 578

19.3 基于离散傅里叶变换的窄带干扰频域阻隔 588

19.4 比较频率区域窄带干扰阻隔算法有效性和横向滤波器 592

参考文献 593