导航与定位 信息化战争的北斗星 第2版PDF电子书下载

第1章 导航技术概论 1

1.1 导航与航行 1

1.1.1 导航的定义与作用 1

1.1.2 导航的基本功能是回答“我在哪里？” 3

1.1.3 导航与其他定位系统的关系 5

1.1.4 航行对无线电导航系统的要求 6

1.1.5 军事导航与民用导航 8

1.2 导航技术近代发展 10

1.2.1 陆基无线电导航系统 10

1.2.2 自主式导航 16

1.2.3 近代导航系统简评 17

1.3 新型导航系统 18

1.3.1 卫星导航的原理与现状 18

1.3.2 其他新型导航系统 21

1.4 新时期导航的应用 26

1.4.1 新时期导航的军事应用 26

1.4.2 卫星导航的民用 34

参考文献 40

第2章 陆基无线电导航系统 41

2.1 概述 41

2.2 定向机／无方向信标 44

2.2.1 系统概述 44

2.2.2 定向机 45

2.2.3 系统简评 48

2.3 伏尔（VOR） 49

2.3.1 VOR系统 49

2.3.2 多普勒伏尔（DVOR） 52

2.3.3 VOR与DVOR设备的技术 54

2.4 测距器（DME） 55

2.4.1 DME的由来 55

2.4.2 DME系统 55

2.4.3 DME机载设备 57

2.4.4 DME地面台 59

2.4.5 DME/P 61

2.5 塔康（TACAN） 64

2.5.1 TACAN系统的由来 64

2.5.2 TACAN地面台 64

2.5.3 TACAN机载设备 66

2.5.4 TACAN/DME设备技术 68

2.6 罗兰-C系统 70

2.6.1 系统概述 70

2.6.2 工作原理 74

2.6.3 发射设备 78

2.6.4 用户接收设备 82

2.6.5 定位精度和覆盖区 82

2.6.6 罗兰-C导航系统的扩展应用 86

2.6.7 罗兰脉冲通信技术 88

2.6.8 罗兰-C技术现代发展综述 92

2.7 多普勒导航仪 96

2.7.1 多普勒导航仪的由来与工作原理 96

2.7.2 多普勒雷达的设计选择 98

2.7.3 多普勒导航系统的误差 104

2.7.4 多普勒导航系统的设备与应用 106

2.8 雷达高度表 107

2.8.1 雷达高度表的原理和应用 107

2.8.2 脉冲式雷达高度表 108

2.8.3 FM-CW雷达高度表 109

2.8.4 相位编码脉冲式雷达高度表 110

2.8.5 未来趋势 110

参考文献 111

第3章 GPS系统 112

3.1 概述 112

3.1.1 GPS系统发展简史 112

3.1.2 GPS的工作 113

3.1.3 GPS系统的构成 115

3.2 GPS系统的定位原理 120

3.2.1 系统如何向用户描述卫星位置？ 120

3.2.2 怎样得到卫星与用户之间的相对伪距？ 122

3.2.3 GPS接收机的位置解算 123

3.3 GPS的信号结构和导航电文 124

3.3.1 GPS的信号结构 124

3.3.2 GPS的导航电文 128

3.4 GPS用户设备原理 130

3.4.1 GPS接收机的基本组成 130

3.4.2 GPS接收机的工作原理 131

3.4.3 GPS接收机的主要技术指标 137

3.5 GPS主控站（MCS）的运行 138

3.5.1 GPS卫星的发射 138

3.5.2 MCS日常运行 139

3.5.3 MCS与外部世界的接口 141

3.5.4 GPS卫星信号的完好性与分析 141

3.6 GPS各批卫星 142

3.6.1 BlockⅠ卫星 142

3.6.2 BlockⅡ卫星 143

3.6.3 BlockⅡA卫星 143

3.6.4 BlockⅡR卫星 144

3.6.5 BlockⅡR-M卫星 146

3.7 美国GPS政策的演变 147

3.7.1 GPS的早期政策 147

3.7.2 1996年GPS政策的颁布 148

3.7.3 2004年美国的GPS政策 149

3.8 海用差分GPS和国家范围差分GPS 151

3.9 GPS局域增强系统（LAAS） 158

3.9.1 航空导航对LAAS的要求 158

3.9.2 LAAS的早期技术研究 159

3.9.3 LAAS近期的研制、测试和技术研究 162

3.9.4 对LAAS的继续研究 164

3.10 GPS广域增强系统（WAAS） 166

3.10.1 系统简介 166

3.10.2 WAAS的基本原理 168

3.10.3 WAAS的工作 170

3.10.4 WAAS机载接收机 174

3.10.5 WAAS的发展 174

3.11 NASA的全球差分GPS（GDGPS）系统 176

3.12 日本的准天顶卫星系统（QZSS） 180

3.12.1 日本对增强GPS的需求 180

3.12.2 QZSS的星座和信号 180

3.12.3 QZSS性能分析 182

3.13 无码和半无码GPS技术 186

3.13.1 平方法 186

3.13.2 互相关法 187

3.13.3 P码辅助的L2平方法 187

3.13.4 P码辅助的互相关法 188

3.13.5 Z跟踪法 188

3.13.6 软判决z跟踪法 189

3.13.7 基于MAP的半无码L2载波信号解调器 189

3.14 基于载波相位跟踪的精确定位和航向姿态角测量 192

3.14.1 载波整周多值性 192

3.14.2 载波相位和伪距双差 193

3.14.3 整周模糊度解和用户定位 194

3.14.4 载波相位跟踪定位技术的应用 195

3.14.5 利用GPS测量运载体的航向与姿态 195

参考文献 196

第4章 GPS现代化 197

4.1 GPS现代化的内容和实施步骤 197

4.2 GPS停止SA的原因和影响 200

4.2.1 停止SA对GPS民用的影响 200

4.2.2 美国关于SA政策的演变 202

4.2.3 美国停止SA的原因 203

4.3 GPS L5频段的选择与电磁兼容性 206

4.3.1 L5工作频段的选择 206

4.3.2 L5频段的电磁兼容性 210

4.4 GPS L5信号的设计 216

4.4.1 对L5信号的要求 216

4.4.2 L5信号的结构及其创新点 217

4.4.3 L5信号中的PRN码 220

4.4.4 L5信号的电文 226

4.5 GPS L2的民用信号L2C及其应用 230

4.5.1 L2C信号的由来 230

4.5.2 L2C设计的有利和不利因素 231

4.5.3 L2C的信号结构 233

4.5.4 L2C信号的截获与跟踪 235

4.5.5 L2C信号设计的折中考虑 238

4.5.6 GPS L1、L2和L5三种民用信号的比较及应用 241

4.6 GPS M码信号的BOC调制 243

4.6.1 GPS军民用信号频谱分离要求 243

4.6.2 BOC调制信号的定义 245

4.6.3 BOC调制信号的频谱和自相关函数 246

4.6.4 BOC调制信号与其他GPS信号的关系和比较 248

4.6.5 BOC调制信号接收机可能采用的特殊处理 251

4.7 SAASM——推展GPS PPS应用的关键措施 253

4.7.1 美国的GPS信号政策与GPS接收机 254

4.7.2 美国对SAASM的需求 257

4.7.3 SAASM的内容 259

4.7.4 SAASM的执行情况 262

4.8 GPS改善精度的努力 265

4.8.1 GPS精度改善创新（AII）工程的措施与目标 266

4.8.2 遗产精度改善创新工程（L-AII） 271

4.8.3 广域GPS提高（WAGE） 279

4.9 GPSⅢ 282

4.9.1 GPSⅢ的总体方案 282

4.9.2 GPSⅢ的运行概念 285

4.9.3 LIC信号设计 288

4.9.4 GPSⅢ尚待作出决断的几个问题 299

参考文献 300

第5章 导航战与反恐 301

5.1 概述 301

5.2 GPS系统的脆弱性与防护措施 301

5.2.1 GPS空间区段可能受到的威胁与防护措施 301

5.2.2 GPS运行与控制区段的防护措施 302

5.2.3 抗干扰能力弱是GPS用户区段的最大弱点 303

5.3 美军为提高GPS抗干扰能力在系统方面的努力 305

5.3.1 GPS现代化对提高抗干扰能力的考虑 306

5.3.2 GPS伪卫星 307

5.4 导航战 309

5.4.1 导航战概述 309

5.4.2 美军对GPS的干扰 309

5.4.3 GPS接收机抗干扰技术 311

5.4.4 GPS接收机电路的抗干扰技术 312

5.4.5 由GPS天线实现的抗干扰技术 319

5.4.6 GPS接收机综合抗干扰措施 321

5.5 GPS领域内的反恐问题 324

参考文献 326

第6章 GLONASS系统 327

6.1 GLONASS概述 327

6.2 GLONASS卫星信号的载频与伪随机码 328

6.3 GLONASS卫星的导航电文 331

6.4 GLONASS的时间与坐标系 333

6.5 GLONASS与GPS的比较 334

6.5.1 GLONASS与GPS两种系统设计方案之间的比较 334

6.5.2 GLONASS与GPS实践比较 336

6.6 GLONASS现代化计划 339

参考文献 345

第7章 Galileo系统 346

7.1 概述 346

7.1.1 Galileo系统 346

7.1.2 Galileo系统的建设与运营 353

7.2 Galileo系统的频率选择与信号设计 354

7.2.1 对Galileo系统频率选择和信号设计的要求 354

7.2.2 Galileo系统的信号 355

7.2.3 Galileo系统信号的性能 357

7.2.4 Galileo系统信号的兼容性 359

7.3 Galileo系统所提供的服务 360

7.3.1 Galileo系统的服务和搜救功能 360

7.3.2 Galileo系统的增强服务 363

7.4 GPS C/A与Galileo系统公开服务联合使用的性能与LBS市场预测 364

7.4.1 GPS C/A与Galileo OS联合使用 364

7.4.2 GNSS未来市场预测 367

7.5 Galileo SOL服务的性能与完好性 368

7.5.1 欧洲对Galileo SOL服务的看法 368

7.5.2 Galileo SOL的完好性功能 370

7.5.3 ERIS系统 373

7.6 欧洲发展Galileo系统的原因 374

7.6.1 欧洲发展Galileo系统的动因和意义 374

7.6.2 美国对Galileo系统的态度 375

7.7 Galileo系统的军事意义及其与GPS的争斗 376

7.7.1 欧洲发展Galileo系统的军事目的 376

7.7.2 Galileo系统的军事意义 377

7.7.3 欧美在卫星导航军事应用方面的斗争 378

7.8 对Galileo系统和卫星导航系统现状的简要评述 379

7.8.1 当今世界卫星导航的基本格局趋向 379

7.8.2 卫星导航在民用方面的竞争 379

7.8.3 卫星导航军事应用趋向 381

7.8.4 Galileo系统与GPS在技术上的比较 381

7.8.5 Galileo系统所面临的问题 382

参考文献 383

第8章 惯性导航、组合导航和地形辅助导航 384

8.1 概述 384

8.2 惯性导航基础知识 386

8.2.1 地球参考椭球及其主曲率半径 386

8.2.2 惯性导航中常用的坐标系 386

8.2.3 地球的正常重力 389

8.2.4 比力方程 390

8.2.5 舒勒原理 391

8.2.6 杠杆臂效应及其校正 392

8.3 惯性仪表 393

8.3.1 陀螺仪 393

8.3.2 加速度计 398

8.3.3 微机械惯性传感器 399

8.4 惯性仪表测量 400

8.4.1 惯导实验室 401

8.4.2 陀螺漂移误差 401

8.4.3 加速度计零位偏值 403

8.4.4 随机误差数学模型 404

8.4.5 惯性仪表测量 404

8.5 平台式惯性导航系统 406

8.5.1 基本组成 406

8.5.2 三轴稳定平台 407

8.5.3 平台水平控制回路 409

8.5.4 高度通道及其阻尼 411

8.5.5 指北方位惯导系统 412

8.5.6 指北方位惯导系统初始对准和陀螺测漂 414

8.6 捷联式惯性导航系统 420

8.6.1 基本组成和原理 420

8.6.2 数学平台 422

8.6.3 地球坐标系捷联式惯性导航系统 424

8.6.4 捷联式惯性导航系统的初始对准 426

8.6.5 捷联式惯性导航系统与平台式惯性导航系统的比较 428

8.7 组合导航系统 429

8.7.1 惯性导航与卫星导航之间良好的性能互补特性 429

8.7.2 组合结构与算法 430

8.7.3 GPs／惯导组合系统的实例 432

8.8 地形辅助导航系统 433

8.8.1 地形辅助导航技术的发展背景 433

8.8.2 地形辅助导航技术的应用 433

8.8.3 地形辅助导航系统的类型 434

8.8.4 地形辅助导航系统的关键技术 438

8.8.5 地形辅助导航系统的国外发展与装备概况 441

8.8.6 地形辅助导航系统的进展 444

参考文献 446

第9章 卫星导航及组合导航系统应用 447

9.1 GPS/INS武器精确制导 447

9.1.1 GPS/INS精确制导的特点 447

9.1.2 GPS/INS精确制导的发展 450

9.2 GPS/INS精确制导的巡航导弹 451

9.2.1 “战斧”式巡航导弹精确制导技术的发展历程 451

9.2.2 伊拉克战争之后巡航导弹技术的发展 453

9.3 精确制导炸弹 456

9.3.1 炸弹精确制导技术的发展 456

9.3.2 伊拉克战争之后炸弹GPS/INS精确制导技术的发展 461

9.4 精确制导炮弹 464

9.4.1 精确制导炮弹须考虑的特殊问题 464

9.4.2 炮弹载GPS接收机的加固与结构设计 465

9.4.3 炮弹载GPS接收机的工作与设计 467

9.5 卫星导航在车辆导航、车辆跟踪（监控）与调度（指挥）中的应用 471

9.5.1 车辆导航与车辆跟踪调度的异同点 471

9.5.2 车辆导航 472

9.5.3 基于卫星导航的车辆导航 473

9.5.4 卫星导航与推算导航组合的车辆导航设备 474

9.5.5 卫星导航增强型、卫星导航与推算导航组合增强型车辆导航设备 475

9.5.6 车辆跟踪（监控）与调度（指挥） 476

9.6 AGPS和室内GPS——手机定位技术 481

9.6.1 FCC对蜂窝网手机定位的要求 481

9.6.2 基于网络的定位方式 483

9.6.3 基于手机的定位方式 487

9.6.4 手机GPS降低能耗的技术 494

9.7 GNSS软件接收机 497

9.7.1 GNSS软件接收机的需求 497

9.7.2 现在的GNSS接收机与软件GNSS接收机 498

9.7.3 软件GNSS接收机的优点 498

9.7.4 软件GNSS接收机现状 499

9.8 GPS的航空与航海导航应用 499

9.8.1 GPS导航应用的优势与不足 499

9.8.2 接收机自主完好性监测 500

9.8.3 GBAS的应用与前景 501

9.8.4 SBAS的应用与前景 502

9.8.5 GRAS和我国卫星导航完好性监测系统设想 504

9.8.6 海用DGPS和全国DGPS 507

9.8.7 全球导航卫星系统 507

9.8.8 卫星导航与陆基无线电导航 508

9.8.9 美国减轻GPS中断对交通运输影响的努力 510

9.9 GPS在空中交通管制中的应用 511

9.9.1 CNS/ATM系统 511

9.9.2 从航路导航到区域导航 512

9.9.3 军用战术飞机RNP RNAV功能需求 513

9.9.4 民用航空向自动相关监视的过渡 515

9.9.5 军用战术飞机的ADS-B 516

9.10 GPS在精确时间传递中的应用 517

9.10.1 时间标准的形成、发展与传递 517

9.10.2 用GPS传递时间的方法 519

9.10.3 GPS时间信息在电信中的应用 523

9.10.4 GPS在电力传输网中的应用 526

参考文献 528

第10章 飞机着陆与着舰系统 529

10.1 概述 529

10.1.1 从目视着陆到仪表着陆 530

10.1.2 仪表着陆系统仍然发挥主要作用 530

10.1.3 战争推动了雷达着陆系统的产生和发展 532

10.1.4 新一代飞机着陆系统——微波着陆系统 533

10.1.5 GPS星基着陆系统向陆基着陆系统的挑战 535

10.1.6 探索中的其他着陆系统 537

10.2 仪表着陆系统 537

10.2.1 工作原理 537

10.2.2 航向台的组成及作用 539

10.2.3 下滑台的组成及作用 541

10.2.4 仪表着陆系统的性能要求 542

10.2.5 航向下滑的场地标准 542

10.3 雷达着陆系统 543

10.3.1 雷达测距和测角原理 543

10.3.2 着陆雷达工作原理 544

10.3.3 着陆雷达的主要性能 546

10.3.4 着陆雷达的安装和使用 546

10.3.5 雷达着陆的缺点 547

10.4 微波着陆系统 547

10.4.1 测角和测距原理 547

10.4.2 微波着陆系统地面设备 549

10.4.3 微波着陆系统机载设备 552

10.4.4 精密测距设备 555

10.4.5 微波着陆系统信号格式 555

10.4.6 微波着陆系统在机场的配置和使用 557

10.5 航空母舰飞机着舰系统 558

10.5.1 航空母舰飞机着舰的特殊要求 558

10.5.2 光学与激光助降设备 564

10.5.3 仪表着舰系统 571

10.5.4 自动着舰系统 575

10.6 应用GPS的飞机着陆和着舰系统 582

10.6.1 GPS着陆系统 582

10.6.2 探索中的新着陆系统 587

10.6.3 利用GPS的飞机着舰系统 588

参考文献 590

第11章 联合战术信息分发系统／多功能信息分发系统的相对导航功能 591

11.1 数据链与导航 591

11.2 JTIDS/MIDS的时分多址接入方式 595

11.3 JTIDS/MIDS信号的消息结构 599

11.4 JTIDS/MIDS的抗干扰措施和保密机制 602

11.5 JTIDS/MIDS的定时与同步 607

11.5.1 定时与同步的基准 607

11.5.2 端机与系统时实现粗同步和精同步的步骤 607

11.6 JTIDS/MIDS的相对导航 611

11.6.1 相对导航坐标系 611

11.6.2 相对坐标系导航原理 612

11.6.3 测地导航原理 614

11.6.4 位置和时间品质等级 615

11.7 JTIDS/MIDS的相对导航功能在端机中的实现 618

11.7.1 端机的相对导航功能 618

11.7.2 源选择、卡尔曼滤波及导航处理功能 619

11.7.3 JTIDS/MIDS端机与GPS的组合 622

11.8 JTIDS/MIDS相对导航的误差特性 622

11.9 JTIDS/MIDS导航功能在C4ISR数据登录中的应用 624

11.9.1 什么是数据登录 624

11.9.2 数据登录的误差分类 625

11.9.3 数据登录过程 626

参考文献 628

第12章 定位报告系统 629

12.1 概述 629

12.1.1 系统的由来 629

12.1.2 系统在国外的发展 629

12.1.3 系统在战场数字化中的作用 630

12.2 定位报告系统的工作原理 633

12.2.1 系统的功能 633

12.2.2 系统的组成与典型配置 634

12.2.3 系统的技术特性 636

12.2.4 抗干扰的数据通信 636

12.2.5 自适应集中的网络管理 638

12.2.6 实时高精度的定位跟踪 642

12.2.7 灵活多样的通信支援 645

12.3 定位报告系统的应用 647

12.3.1 定位报告系统的主要用途 647

12.3.2 陆军应用 648

12.3.3 海军陆战队应用 653

12.3.4 海军应用 654

12.3.5 空军应用 654

参考文献 656

缩略语 657