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第1章 绪论 1

1.1 GNSS 1

1.1.1 GNSS的定义 1

1.1.2 GNSS的系统构成 4

1.1.3 GNSS定位原理 6

1.1.4 GNSS接收机设计 8

1.1.5 GNSS性能指标 12

1.2 GPS 15

1.2.1 GPS概况 15

1.2.2 GPS空间星座部分 17

1.2.3 GPS地面监控部分 22

1.2.4 GPS服务与限制 23

1.3 GLONASS 24

1.3.1 GLONASS概况 25

1.3.2 GLONASS空间星座部分 27

1.3.3 GLONASS地面监控部分 32

1.3.4 GLONASS服务 33

1.4 Galileo系统 34

1.4.1 Galileo系统概况和系统构成 34

1.4.2 Galileo系统服务 38

1.5 其他GNSS概况 39

1.5.1 我国的北斗卫星导航系统 40

1.5.2 日本准天顶卫星系统 42

1.5.3 印度区域卫星导航系统 43

参考文献 43

第2章 BPSK-R和BOC调制 48

2.1 数字通信系统基础 48

2.1.1 扩频调制 48

2.1.2 载波调制 52

2.2 BPSK-R调制 54

2.2.1 BPSK-R调制信号的功率谱密度 55

2.2.2 BPSK-R调制信号的自相关函数 58

2.3 BOC调制 59

2.3.1 BOC调制信号模型 59

2.3.2 BOC调制副载波的频谱 63

2.3.3 BOC调制信号的功率谱密度 65

2.3.4 BOC调制信号的自相关函数计算 73

2.3.5 BOC调制信号的自相关函数特征 82

2.3.6 BOC调制的优缺点 84

参考文献 86

第3章 MBOC、AltBOC和复用调制 88

3.1 MBOC调制 88

3.1.1 MBOC调制信号的定义 88

3.1.2 TMBOC调制 91

3.1.3 CBOC调制 95

3.2 AltBOC调制 97

3.2.1 单边带副载波 98

3.2.2 非恒包络AltBOC调制 100

3.2.3 恒包络AltBOC调制 102

3.3 复用调制 107

3.3.1 Interplex调制 107

3.3.2 CASM 111

参考文献 113

第4章 GPS信号 116

4.1 概况 117

4.2 L1 C/A信号 122

4.2.1 C/A码 123

4.2.2 NAV电文 125

4.3 L1/L2 P（Y）信号 126

4.4 L2C信号 128

4.4.1 L2 CM/CL码 128

4.4.2 L2C的数据调制 129

4.5 L1/L2 M信号 132

4.6 L5C信号 134

4.6.1 L5 I5/Q5码 134

4.6.2 L5C的数据调制 136

4.7 L1C信号 138

4.7.1 L1C伪码 138

4.7.2 L1C覆盖码 140

4.7.3 L1C的数据调制 141

4.8 CNAV电文 143

4.8.1 CNAV电文的结构 143

4.8.2 第0类信息条 144

4.8.3 第10～11类信息条 144

4.8.4 第12类信息条 146

4.8.5 第13～14类信息条 147

4.8.6 第15类信息条 147

4.8.7 第30～37类信息条 147

4.8.8 信息条播发顺序 149

4.8.9 CRC-24Q校验 150

4.8.10 L2C与L5C上CNAV电文之间的差异 151

4.9 CNAV-2电文 152

4.9.1 CNAV-2电文的结构 153

4.9.2 BCH编码 154

4.9.3 LDPC编码 155

4.9.4 块交织编码 156

4.9.5 CNAV-2电文的内容 158

参考文献 161

第5章 GLONASS信号 164

5.1 概况 164

5.2 伪码 169

5.2.1 C/A码 169

5.2.2 P码 170

5.2.3 时间志 171

5.3 数据调制 172

5.4 导航电文 174

5.4.1 导航电文结构 174

5.4.2 导航电文内容 175

5.4.3 导航电文即时数据 178

5.4.4 导航电文非即时数据 180

5.4.5 数据校验算法 182

5.4.6 解译电文的实例分析 183

参考文献 186

第6章 Galileo信号 187

6.1 概况 187

6.2 E1信号 191

6.3 E6信号 195

6.4 E5信号 197

6.5 阶梯码 203

6.5.1 阶梯码的构筑 203

6.5.2 主码 206

6.5.3 副码 208

6.6 F/NAV和I/NAV电文 209

6.6.1 F/NAV和I/NAV电文的共同结构特点 210

6.6.2 F/NAV电文的结构和内容 211

6.6.3 I/NAV电文的结构和内容 214

6.6.4 F/NAV和I/NAV电文的共同参数内容 222

参考文献 223

第7章 GNSS时空坐标系和卫星轨道计算 226

7.1 时间坐标系 226

7.1.1 协调世界时和原子时 227

7.1.2 GPS时间 228

7.1.3 GLONASS时间 231

7.1.4 Galileo系统时间 233

7.2 空间坐标系 234

7.2.1 惯性坐标系 235

7.2.2 地心地固直角坐标系 235

7.2.3 大地坐标系 238

7.2.4 站心坐标系 240

7.2.5 GPS、Galileo和GLONASS的空间坐标系 242

7.2.6 WGS-84与PZ-90之间的坐标变换 244

7.3 GPS/Galileo卫星轨道计算 247

7.4 GLONASS卫星轨道计算 251

7.4.1 卫星运动方程 251

7.4.2 龙格-库塔法 253

7.5 卫星位置的地球自转校正 256

参考文献 260

第8章 GNSS测量及其误差 262

8.1 GNSS测量值 262

8.1.1 伪距测量值 262

8.1.2 多普勒频移和载波相位测量值 266

8.1.3 GNSS测量值之间的比较 271

8.2 GNSS测量误差 273

8.2.1 卫星时钟误差 274

8.2.2 卫星星历误差 280

8.2.3 电离层延时 282

8.2.4 对流层延时 287

8.2.5 多径误差 288

8.2.6 接收机噪声 290

8.2.7 接收机器件群波延时及其信道间差异 290

8.3 差分GNSS原理及其测量 295

8.3.1 差分GNSS原理 295

8.3.2 GNSS单差伪距 297

8.3.3 GNSS双差伪距 300

8.3.4 GNSS单差载波相位 302

8.3.5 GNSS双差载波相位 304

参考文献 307

第9章 GNSS定位及其精度 309

9.1 单个GNSS的定位算法 309

9.1.1 牛顿迭代及其线性化方法 309

9.1.2 最小二乘法 311

9.1.3 伪距定位原理 314

9.1.4 最小二乘法伪距定位算法 317

9.1.5 二维定位及其辅助方程 322

9.1.6 多普勒定速算法 324

9.1.7 免时定位算法 326

9.2 单个GNSS的定位精度分析 328

9.2.1 定位误差的方差分析 328

9.2.2 精度衰减因子 330

9.2.3 卫星几何分布 334

9.3 GNSS联合定位 336

9.3.1 接收机钟差模型 336

9.3.2 算法1：直接利用系统时间差异播发值校正测量值 339

9.3.3 算法2：在接收机端测定系统时间差异值 341

9.3.4 算法3：建立系统时间差异辅助方程 344

9.3.5 对算法和卫星几何分布的一些讨论 346

9.4 差分GNSS相对定位算法 349

9.4.1 单差伪距定位 349

9.4.2 双差伪距定位 351

9.4.3 单差载波相位定位 353

9.4.4 双差载波相位定位 355

参考文献 358

第10章 总结 361

10.1 联合GNSS的优势与挑战 361

10.2 GNSS信号性能的定量评估 365

10.2.1 GNSS接收机模型 366

10.2.2 均方根带宽和等效矩形带宽 369

10.2.3 谱分离系数和码跟踪谱灵敏度系数 371

10.2.4 等效载噪比和信干噪比 376

10.2.5 自相关函数和码环跟踪精度 385

10.2.6 抗多径性能 388

10.3 GNSS设计及其发展趋势 391

10.3.1 卫星星座布局 391

10.3.2 卫星星座自主导航 394

10.3.3 信号多址机制 395

10.3.4 频率规划 396

10.3.5 伪码 399

10.3.6 信号波形 402

10.3.7 导频信号 404

10.3.8 导航电文 405

10.3.9 时空坐标系 409

参考文献 410

附录A 缩写词中英对照 417

附录B 单位制及其换算 424

附录C 傅里叶变换 426

附录D 随机变量及其数字特征 432

附录E 自相关函数和频谱密度 437