卫星导航原理与应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1卫星导航技术的发展 1

1.2 GPS全球定位系统 3

1.2.1GPS空间部分 3

1.2.2 GPS地面部分 5

1.2.3 GPS用户部分 6

1.2.4 GPS限制性政策 6

1.3 GLONASS全球定位系统 7

1.3.1 GLONASS空间部分 7

1.3.2 GLONASS地面部分 9

1.3.3 GLONASS用户部分 9

1.4 Galileo卫星导航定位系统 10

1.4.1 Galileo空间部分 10

1.4.2 Galileo地面部分 10

1.4.3 Galileo用户部分 11

1.5北斗卫星导航定位系统 11

1.5.1发展计划 11

1.5.2“北斗一代”卫星导航系统 12

1.5.3“北斗二代”卫星导航系统 13

1.6卫星导航增强系统 13

1.6.1卫星导航增强措施 13

1.6.2广域增强系统 14

1.6.3局域增强系统 15

第2章GNSS时空参考系统 17

2.1时空参考系简介 17

2.2天球坐标系 18

2.2.1天球坐标系定义 18

2.2.2岁差和章动、协议天球坐标系 19

2.2.3岁差矩阵与章动矩阵 20

2.3地球坐标系 21

2.3.1地球坐标系定义 21

2.3.2协议地球坐标系、极移矩阵 22

2.3.3 WGS-84与PZ-90坐标系 23

2.3.4站心坐标系 23

2.3.5坐标系之间的转换关系 24

2.4时间参考系统 25

2.4.1恒星时（ST） 、世界时（UT） 25

2.4.2原子时（AT）、动力学时（DT） 26

2.4.3协调世界时、GPS时、GLONASS时、Galileo时 27

2.4.4儒略世纪、儒略年、儒略日 28

2.4.5时间参考系的转换关系 28

2.5卫星轨道基础 29

2.5.1卫星无摄运动规律 29

2.5.2卫星无摄运动轨道描述 30

2.5.3卫星瞬时位置与速度 31

2.5.4卫星受摄运动与卫星星历 33

2.5.5由预报星历计算卫星位置 35

第3章GNSS卫星信号 37

3.1 GNSS信号基础 37

3.1.1 GNSS信号简介 37

3.1.2伪随机码及其特性 37

3.1.3调制、解调、信号复用 40

3.1.4扩频、相关接收、伪码测距 42

3.2 GPS卫星信号 44

3.2.1 GPS信号结构 44

3.2.2 C/A码与P（Y）码 45

3.2.3 GPS导航电文 48

3.2.4 GPS信号功率电平 50

3.3 GPS现代化的信号 51

3.3.1 GPS现代化信号简介 51

3.3.2 BOC调制技术 52

3.3.3 L2C信号 53

3.3.4 L5 C信号 54

3.3.5 M码、L1C信号 54

3.3.6 GPS信号小结 55

3.4 GLONASS卫星信号 55

3.4.1 GLONASS信号结构 55

3.4.2 GLONASS信号频率 56

3.4.3 GLONASS信号码特性 57

3.4.4 GLONASS导航电文 57

3.5 Galileo卫星信号 58

3.5.1 Galileo频率规划 58

3.5.2 Galileo信号设计 59

3.5.3 Galileo扩频码 60

3.5.4 Galileo导航电文 61

3.6北斗卫星信号 62

3.6.1北斗卫星及其信号特点 62

3.6.2“北斗一代”卫星信号结构 63

3.6.3“北斗一代”卫星扩频码结构 63

3.6.4“北斗一代”卫星导航电文 64

3.6.5“北斗二代”卫星信号 65

第4章GNSS信号接收机 67

4.1GNSS接收机基础 67

4.1.1 GNSS接收机简介 67

4.1.2 GNSS接收机类型 67

4.1.3 GNSS接收机构成 68

4.2 GNSS软件接收机 69

4.2.1软件无线电概念 69

4.2.2 GNSS软件接收机的特点 70

4.2.3 GNSS软件接收机的架构 71

4.3 GNSS天线与射频前端 72

4.3.1 GNSS信号接收 72

4.3.2 GNSS接收机天线 73

4.3.3 GNSS接收机射频前端 75

4.3.4射频前端专用集成电路 77

4.4 GNSS接收机信号处理 78

4.4.1 GNSS信号捕获 78

4.4.2 GNSS信号跟踪 81

4.4.3 GNSS信号解码 84

4.4.4 GNSS导航解算 86

4.5多模式兼容GNSS接收机 86

4.5.1多模卫星导航技术 86

4.5.2多模接收机射频前端 86

4.5.3 GPS/GLONASS组合接收机 88

4.5.4 GPS/Galileo多模接收机 88

4.5.5 GPS/北斗多模接收机 89

第5章GNSS观测方程与误差分析 91

5.1 GNSS的基本观测量 91

5.1.1导航定位观测量 91

5.1.2测码伪距观测量 91

5.1.3测相伪距观测量 92

5.1.4多普勒频移观测量 93

5.2 GNSS的观测方程 94

5.2.1观测方程中时间概念 94

5.2.2测码伪距观测方程 94

5.2.3载波相位整周模糊度 95

5.2.4测相伪距观测方程 96

5.3观测方程的线性化 97

5.3.1测码伪距观测方程线性化 97

5.3.2测相伪距观测方程线性化 98

5.4 GNSS的误差分析 99

5.4.1 GNSS误差简介 99

5.4.2 GNSS卫星的误差 99

5.4.3信号传播的误差 100

5.4.4接收设备的误差 104

5.4.5其他相关的误差 106

第6章GNSS静态定位与动态定位 108

6.1 GNSS定位基本概念 108

6.1.1 GNSS定位原理 108

6.1.2 GNSS定位分类 109

6.2 GNSS静态绝对定位 110

6.2.1测码伪距静态绝对定位 110

6.2.2测相伪距静态绝对定位 112

6.2.3定位精度的几何评价 113

6.2.4几何分布对定位精度影响 115

6.3 GNSS静态相对定位 115

6.3.1基本观测量与差分组合 115

6.3.2基于单差模型的相对定位 117

6.3.3基于双差模型的相对定位 119

6.3.4基于三差模型的相对定位 122

6.3.5相对观测量组合的权矩阵 123

6.4 GNSS动态绝对定位 125

6.4.1最小二乘法的动态绝对定位 125

6.4.2卡尔曼滤波法的动态绝对定位 126

6.5 GNSS动态相对定位 128

6.5.1位置差分相对动态定位 128

6.5.2测码伪距动态相对定位 129

6.5.3测相伪距动态相对定位 130

6.5.4载波相位求差法动态定位 131

第7章GNSS速度、时间及姿态测量 133

7.1基于GNSS的速度测量 133

7.1.1平均速度法速度测量 133

7.1.2多普勒频移法速度测量 133

7.2基于GNSS的时间测量 134

7.2.1单站法时间测量 134

7.2.2共视法时间测量 135

7.3基于GNSS的姿态测量 136

7.3.1 GNSS姿态测量原理 136

7.3.2整周单差与基线向量 137

7.3.3载体的三轴姿态确定 138

7.4整周模糊度的确定方法 139

7.4.1整周模糊度确定简介 139

7.4.2待定系数法确定整周模糊度 141

7.4.3交换天线法确定整周模糊度 141

7.4.4 FARA法确定整周模糊度 143

7.4.5 LAMBDA法确定整周模糊度 144

第8章GNSS/INS组合导航系统 147

8.1卡尔曼滤波技术 147

8.1.1组合导航技术简介 147

8.1.2卡尔曼滤波与最优估计 148

8.1.3离散系统卡尔曼滤波方程 150

8.1.4计算转移矩阵与噪声方差阵 153

8.1.5有色噪声条件下卡尔曼滤波 154

8.2卡尔曼滤波的组合方法 155

8.2.1组合方法简介与状态选取 155

8.2.2 GNSS/INS硬件一体化组合 156

8.2.3 GNSS/INS软件组合方法 157

8.2.4 GNSS/INS松散与深度组合 161

8.3 GNSS/INS松散组合模式 162

8.3.1 GNSS/INS组合系统状态方程 162

8.3.2 GNSS/INS组合系统量测方程 170

8.3.3状态方程与量测方程离散化 172

8.3.4 GNSS/INS组合卡尔曼滤波器 172

8.4 GNSS/INS深度组合模式 175

8.4.1 GNSS/INS的伪距、伪距率组合 175

8.4.2 INS速度辅助GNSS接收机环路 178

8.4.3 GNSS/INS组合系统的综合仿真 185

第9章GNSS完好性监测 192

9.1GNSS的完好性监测概念 192

9.1.1 GNSS的性能评价简介 192

9.1.2 GNSS完好性监测技术 193

9.1.3民航对GNSS性能要求 194

9.2 GNSS接收机自主完好性监测 196

9.2.1 RAIM技术概念及发展 196

9.2.2最小二乘残差的RAIM方法 196

9.2.3奇偶空间矢量的RAIM方法 199

9.3辅助信息的接收机完好性监测 201

9.3.1基于辅助信息的完好性监测简介 201

9.3.2 GNSS/INS组合的残差监测法 202

9.3.3 GNSS/INS组合的AIME方法 203

9.3.4 GNSS/INS组合的MSS方法 204

9.4 GNSS的广域增强完好性监测 206

9.4.1广域增强完好性监测简介 206

9.4.2广域增强完好性监测体系 206

9.4.3 UDRE验证处理 208

9.4.4 GIVE验证处理 209

9.4.5定位域验证处理 209

9.5 GNSS的局域增强完好性监测 210

9.5.1局域增强完好性监测简介 210

9.5.2局域增强完好性监测体系 210

第10章GNSS的市场应用 212

10.1GNSS的市场应用概述 212

10.2 GNSS在航空、航天导航中的应用 212

10.2.1空中交通管制 212

10.2.2精密进近着陆 215

10.2.3弹道轨迹测量 219

10.2.4航天器轨道测定 222

10.3 GNSS在海上、陆地导航中的应用 224

10.3.1海上舰船导航 224

10.3.2陆地车辆导航 225

10.3.3智能交通系统 226

10.3.4 GNSS/GIS组合 227

10.4 GNSS在测绘、测量中的应用 229

10.4.1陆地与航空测绘 229

10.4.2大地测量控制网 231

10.4.3工程测量与形变监测 232

10.4.4地球地壳运动监测 234

10.5 GNSS在大众消费市场的应用 236

10.5.1消费电子市场 236

10.5.2高灵敏度GNSS 237

10.5.3创造性应用领域 238

参考文献 240