GPS原理与应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 GPS计划简史 1

1.3 GPS概述 2

1.3.1 精密定位服务 3

1.3.2 标准定位服务 3

1.4 全球导航卫星系统（GLONASS） 3

1.5 各种增强措施 4

1.6 应用 5

1.6.1 航空 5

1.6.2 空间运载体引导 5

1.6.3 海事 6

1.6.4 陆用 6

1.7 本书的组织 6

参考文献 9

第2章 卫星导航原理 10

2.1 利用到达时间测量值测距的原理 10

2.1.1 二维位置确定 10

2.1.2 借助于由卫星产生的测距信号确定位置的原理 12

2.2 参考坐标系 13

2.2.1 地心惯性坐标系（ECI） 14

2.2.2 地心地球固连（ECEF）坐标系 14

2.2.3 世界测地系（WGS-84） 14

2.3 关于卫星轨道的基础知识 17

2.4 利用伪随机噪声（PRN）码确定位置 24

2.4.1 确定从卫星到用户的距离 24

2.4.2 用户位置的计算 27

2.5 求解用户的速度 30

2.6 用卡尔曼滤波确定位置和速度 32

2.7 时间和GPS 34

2.7.1 UTC产生 35

2.7.2 GPS系统时 35

2.7.3 接收机对UTC（USNO）的计算 35

参考文献 36

第3章 GPS系统的区段 37

3.1 GPS系统概述 37

3.1.1 GPS卫星星座 37

3.1.2 操作控制区段（OCS） 38

3.1.3 用户接收设备 41

3.2 空间区段各阶段的发展 45

3.2.1 对各批卫星特征的小结 45

3.2.2 导航载荷 46

3.2.3 BlockⅠ——初期概念证实卫星 47

3.2.4 BlockⅡ——初期的生产卫星 47

3.2.5 BlockⅡA——升级的生产卫星 48

3.2.6 BlockⅡR——补充卫星 49

3.2.7 BlockⅡF——后续“坚持”卫星 49

3.2.8 对各批卫星的特性和误差预算的小结 50

参考文献 51

第4章 GPS卫星信号的特性 52

4.1 GPS信号的特性 52

4.1.1 频率和调制格式 52

4.1.2 功率电平 62

4.1.3 自相关函数和功率谱密度 63

4.1.4 互相关函数和码分多址的性能 71

参考文献 74

第5章 卫星信号的截获与跟踪 75

5.1 GPS信号的截获与跟踪 75

5.1.1 GPS接收机的码和载波跟踪 76

5.1.2 载波跟踪环 82

5.1.3 码跟踪环 88

5.1.4 环路滤波器 93

5.1.5 测量误差和跟踪门限 97

5.1.6 伪距、△伪距和积分多普勒的形成 108

5.1.7 信号截获 122

5.1.8 接收机初始工作的顺序 130

5.1.9 数字处理的使用 131

参考文献 132

第6章 射频干扰对GPS卫星信号接收机跟踪的影响 133

6.1 射频干扰对跟踪的影响 133

6.1.1 干扰类型 133

6.1.2 对码相关和环路滤波的影响 134

6.1.3 RF干扰影响的分析 139

6.1.4 A／D变换的影响 144

6.1.5 C／A码对CW干扰的易受性 149

参考文献 150

第7章 GPS的性能 152

7.1 误差源、测量精度及用户位置和时间的估计 152

7.1.1 概述 152

7.1.2 伪距误差 152

7.1.3 GPS卫星几何布局和精度因子（DOP） 168

7.1.4 测量精度的讨论和计算 175

7.2 GPS的可用性 184

7.2.1 利用全工作能力GPS星座时GPS可用性的预测 185

7.2.2 卫星故障对GPS可用性的影响 186

7.2.3 现成的覆盖区预测软件 188

7.3 GPS完好性 195

7.3.1 临界状态的讨论 195

7.3.2 完好性异常原因 195

7.3.3 提高完好性的技术 195

参考文献 204

第8章 差分GPS 207

8.1 引言 207

8.2 码基技术 208

8.2.1 局域差分GPS（LADGPS） 208

8.2.2 广域差分GPS（WADGPS） 222

8.3 以载波为基础的技术 229

8.3.1 精确基线的实时测定 230

8.3.2 静态应用 245

8.3.3 机载应用 246

参考文献 248

第9章 GPS与其他传感器的组合 250

9.1 GPS／惯性导航 250

9.1.1 GPS接收机性能的问题 250

9.1.2 惯性传感器性能的问题 252

9.1.3 卡尔曼滤波器 253

9.1.4 GPSI组合方法 256

9.1.5 可靠性和完好性 266

9.2 智能交通系统（ITS） 267

9.2.1 ITS概述 267

9.2.2 车辆传感器和分系统概述 270

9.2.3 传感器组合原理 275

9.2.4 车辆跟踪系统举例 278

参考文献 286

第10章 俄罗斯的GLONASS系统 288

10.1 功能描述 288

10.2 计划概述 288

10.3 组织结构 289

10.4 星座和轨道 289

10.5 卫星描述 291

10.5.1 星上导航设备 292

10.5.2 星上控制设备 292

10.5.3 姿态控制系统 292

10.5.4 机动系统 292

10.5.5 热控制系统 292

10.5.6 电源系统 293

10.6 地面支持 293

10.6.1 系统控制中心 293

10.6.2 中央同步器 293

10.6.3 指挥和跟踪站 294

10.6.4 激光跟踪站 294

10.6.5 导航外场控制设备 294

10.7 用户设备 295

10.8 基准系统 296

10.8.1 测地基准 296

10.8.2 时间基准 297

10.9 GLONASS信号特性 297

10.9.1 GLONASS频率 297

10.9.2 调制 298

10.9.3 码特性 298

10.9.4 导航电文 300

10.10 系统精度 301

10.11 GLONASS未来的发展 301

10.11.1 地面段改进 301

10.11.2 差分GLONASS改进 302

10.11.3 空间段的提高 302

10.12 GLONASS信息中心 304

参考文献 305

第11章 INMARSAT民用导航卫星重叠 307

11.1 功能描述 307

11.2 INMARSAT组织 308

11.3 计划的历史 308

11.4 INMARSAT-3 310

11.4.1 卫星描述 310

11.4.2 INMARSAT-3导航转发器 310

11.4.3 星座 312

11.5 WAAS信号规范 312

11.5.1 WAAS的信号特性 313

11.5.2 WAAS C/A码 314

11.5.3 WAAS信号的数据内容和格式 314

11.5.4 电文类型 317

11.6 陆地用户和海上用户的应用 318

11.7 关于民用系统演进的建议 318

11.7.1 INMARSAT的建议 318

11.7.2 欧洲的工作 319

参考文献 319

第12章 GPS的市场和应用 321

12.1 GPS：一种赋能技术 321

12.2 GPS在海上、空中和陆上导航的应用 322

12.2.1 海上导航 322

12.2.2 空中导航 325

12.2.3 陆地导航 327

12.3 测绘、地图绘制和地理信息系统中的GPS 328

12.3.1 测绘 328

12.3.2 地图绘制 328

12.3.3 地理信息系统（GIS） 329

12.4 以GPS为基础的产品的娱乐市场 330

12.5 GPS时间传递 330

12.6 差分应用和服务 330

12.6.1 精密进近飞机着陆系统 331

12.6.2 其他差分系统 331

12.7 军事和航天应用 332

参考文献 332

附录A 最小二乘方 333

缩略词 336