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导论 1

第1章 卫星导航快速入门 3

1.1 测量信号传输时间的原理 3

1.1.1 卫星导航的基本原理 4

1.1.2 信号行程时间 6

1.1.3 测定位置 6

1.1.4 时间误差的影响和修正 7

第2章 坐标系 9

2.1 引言 9

2.2 地球体 9

2.3 椭球与基准面 10

2.3.1 椭球 10

2.3.2 制定本地参考椭球与基准面 11

2.3.2.1 本地参考椭球 11

2.3.2.2 基准面、地图参考系 11

2.3.3 国家参考系 11

2.3.4 国际参考椭球WGS-84 12

2.3.5 从本地参考系变换至世界参考椭球 13

2.3.5.1 大地基准面 13

2.3.5.2 基准面转换 14

2.3.6 转换坐标系 14

2.3.6.1 将笛卡儿坐标转换为椭球坐标 14

2.3.6.2 将椭球坐标转换为笛卡儿坐标 15

2.4 平面地区坐标、投影 15

2.4.1 高斯-克吕格投影（横切墨卡托投影） 15

2.4.2 UTM投影 16

2.4.3 瑞士投影系（正形双重投影） 18

2.4.4 全球范围的坐标转换 18

2.4.4.1 示例：将WGS-84坐标转换为CH-1903坐标 19

2.5 栅格地图地理对位 19

2.5.1 引言 19

2.5.2 变换基础 20

2.5.3 确定变换坐标 20

2.5.4 确定变换参数a,b,c,d,e,f 21

2.5.5 示例（将栅格地图变换为WGS-84） 22

第3章 卫星技术基础 25

3.1 开普勒定律 25

3.1.1 开普勒第一定律 25

3.1.2 开普勒第二定律 26

3.1.3 开普勒第三定律 26

3.2 卫星轨道 27

3.3 轨道高度 28

3.4 无线电频率 29

3.5 时间系统 30

3.5.1 国际原子时（TAI） 30

3.5.2 协调世界时（UTC） 31

3.5.3 GPS时 31

3.5.4 卫星时 31

3.5.5 地方时 31

第4章 GNSS技术：GPS示例 33

4.1 引言 33

4.2 全系统描述 34

4.3 空间部分 34

4.3.1 卫星的分布和运动 34

4.3.2 GPS卫星 36

4.3.2.1 卫星结构 36

4.3.2.2 通信链路预算分析 37

4.3.2.3 卫星信号 37

4.3.3 生成卫星信号 39

4.3.3.1 简化框图 39

4.3.3.2 详细框图 40

4.4 控制部分 41

4.4.1 失效可能性与人为信号失真（SA） 41

4.5 用户部分 43

4.6 GPS导航电文 45

4.6.1 引言 45

4.6.2 导航电文的结构 46

4.6.3 子帧包含的信息 47

4.6.4 遥测字（TLM）与转换字（HOW） 47

4.6.5 25页的细分 47

4.6.6 星历与年历数据比较 48

4.7 GPS现代化 48

4.7.1 新调制方法，BOC和MBOC 48

4.7.1.1 BPSK（1）—调制 48

4.7.1.2 BOC—调制简介 49

4.7.1.3 MBOC周制（多路BOC,MBOC(6,1,1/11)） 51

4.7.2 GPS现代化 52

第5章 GLONASS、GALILEO和北斗系统 54

5.1 引言 54

5.2 GLONASS：俄罗斯系统 54

5.2.1 GLONASS的建成 56

5.3 GALILEO 58

5.3.1 概述 58

5.3.2 计划中的GALILEO服务 60

5.3.2.1 开放服务，OS 60

5.3.2.2 商业服务，CS 60

5.3.2.3 人身安全服务，SoL 60

5.3.2.4 公共管制服务，PRS 60

5.3.2.5 搜索和救援，SAR 61

5.3.3 精度 62

5.3.4 GALILEO技术 62

5.3.4.1 信号频率 64

5.3.4.2 时间计划 65

5.3.5 GNSS最重要的三个特性 67

5.4 中国的北斗1代和北斗2代系统 68

5.4.1 目前的系统：北斗1代 68

5.4.2 未来的系统：北斗2代 68

第6章 计算位置 70

6.1 引言 70

6.2 计算位置 70

6.2.1 测量信号行程时间的原理（伪距估算） 70

6.2.2 方程的线性化 72

6.2.3 解方程 73

6.2.4 小结 74

6.3 确定行程时间的具体方法 75

6.3.1 时间系统 75

6.3.2 确定行程时间的具体方法 75

6.3.2.1 第1步：通过相关性确定信号到达时间 75

6.3.2.2 第2步：对数据和／或导航电文进行重构 77

6.3.2.3 第3步：确定发送时间 77

6.3.3 确定行程时间误差 78

6.3.4 影响行程时间的其他因素 78

6.4 误差分析与精度因子 79

6.4.1 引言 79

6.4.2 卫星几何形态对精度的影响，DOP值 80

6.4.2.1 引言 80

6.4.2.2 图解DOP值成因 81

6.4.2.3 DOP值的实际含义 82

6.4.2.4 总误差 83

6.4.2.5 计算DOP值 85

第7章 改进的GPS：DGPS、SBAS、A-GPS和HSGPS 87

7.1 引言 87

7.2 GPS误差源 87

7.3 减小测量误差的可行性 89

7.3.1 基于信号行程时间延迟测量的DGPS 90

7.3.1.1 工作原理详细说明 91

7.3.1.2 确定修正系数 91

7.3.1.3 发送修正值 92

7.3.1.4 对测量伪距的修正 93

7.3.2 基于载波相位测量的DGPS 93

7.3.3 DGPS后处理（信号行程时间和相位测量） 94

7.3.4 发送修正数据 94

7.3.5 根据播发范围对DGPS进行分类 95

7.3.6 修正信号发送标准 95

7.3.7 差分修正服务概览 96

7.4 DGPS实时修正服务 96

7.4.1 引言 96

7.4.2 基于RTCM SC-104的地面服务 97

7.4.3 基于RTCM SC-104的卫星服务 97

7.5 广域DGPS（WADGPS） 99

7.5.1 星基增强系统，SBAS（WAAS,EGNOS） 99

7.5.1.1 引言 99

7.5.1.2 最重要的SBAS功能 99

7.5.2 现有系统和计划中的系统概览 100

7.5.3 计划中的RNSS概览 103

7.5.4 SBAS系统描述 103

7.5.5 使用RTCM SC-104的卫星DGPS服务 104

7.6 使用DGPS和SBAS可达到的精度 105

7.7 辅助GPS（A-GPS,AGPS） 105

7.7.1 引言 105

7.7.2 A-GPS原理 106

7.7.3 基准网络 108

7.7.4 A-GPS网络 109

7.7.5 采用在线辅助数据的A-GPS方式（实时A-GPS） 109

7.7.6 采用离线辅助数据的A-GPS方式（预测轨道） 110

7.7.7 架构 111

7.7.8 控制平面架构 111

7.7.9 用户平面架构 112

7.7.10 架构优势 112

7.7.11 OMA安全用户平面定位架构（OMA-SUPL） 113

7.8 高灵敏度GPS（HSGPS） 114

7.8.1 提高振荡器稳定性 114

7.8.2 天线 114

7.8.3 噪声系数因素 114

7.8.4 相关器和相关时间 115

7.9 GNSS转发器或转发天线 116

7.10 室内用伪卫星 116

第8章 数据格式与硬件接口 117

8.1 引言 117

8.2 数据接口 117

8.2.1 NMEA-0183数据接口 117

8.2.1.1 NMEA协议结构 118

8.2.1.2 GGA数据集 120

8.2.1.3 GLL数据集 121

8.2.1.4 GSA数据集 122

8.2.1.5 GSV数据集 123

8.2.1.6 RMC数据集 124

8.2.1.7 VTG数据集 125

8.2.1.8 ZDA数据集 126

8.2.1.9 计算校验和 126

8.2.2 从NMEA转换为KML 128

8.2.2.1 Google Earth和KML简介 128

8.2.2.2 将NMEA转换为KML的方法 128

8.2.3 DGPS修正数据（RTCM SC-104） 131

8.2.3.1 RTCM电文头（2.3版） 132

8.2.3.2 RTCM电文类型1（2.3版） 133

8.2.3.3 RTCM电文类型2～9（2.3版） 134

8.2.4 私有数据接口 136

8.2.4.1 示例：用于u-blox GNSS接收机的UBX协议 136

8.3 硬件接口 138

8.3.1 天线 138

8.3.2 供电 139

8.3.3 时间脉冲：1PPS与时间系统 139

8.3.4 将TTL电平转换为RS-232 140

8.3.4.1 串行通信基础 140

8.3.4.2 确定电平及其逻辑分配 140

8.3.4.3 将TTL电平转换为RS-232 141

第9章 GNSS接收机 143

9.1 GNSS手持接收机基础 143

9.2 GNSS接收机模块 144

9.2.1 GNSS模块基本设计 144

第10章 GNSS应用 146

10.1 引言 146

10.2 各种应用介绍 146

10.2.1 基于位置的服务（LBS） 147

10.2.2 商业和工业应用 147

10.2.3 通信技术 149

10.2.4 农业和林业 149

10.2.5 科学与研究 150

10.2.6 旅游和运动 151

10.2.7 军事 151

10.2.8 时间测定 151

附录 153

A 互联网上的资源 153

A.1 概要报告和链接 153

A.2 差分GPS 153

A.3 GPS机构 154

A.4 GNSS新闻组和GNSS技术刊物 154

B 资料来源 155

C 版本历史 156