第1章 导引 1
1.1GPS的起源 1
1.2GPS的组成概况 2
1.2.1空间星座部分 3
1.2.2地面监控部分 5
1.2.3用户设备部分 6
1.3GPS提供的服务和限制 8
1.4各国卫星导航系统的概况 9
1.5GPS的性能指标 11
1.6GPS的应用 13
参考文献 13
第2章 GPS信号及其导航电文 16
2.1载波 16
2.2伪码 17
2.2.1二进制数随机序列 17
2.2.2m序列 18
2.2.3金码 22
2.2.4C/A码 24
2.2.5P码 27
2.3数据码 28
2.4GPS信号结构 28
2.5导航电文 32
2.5.1导航电文的格式 33
2.5.2遥测字 33
2.5.3交接字 34
2.5.4第一数据块 35
2.5.5第二数据块 36
2.5.6第三数据块 37
2.6GPS现代化计划 38
参考文献 40
第3章 GPS卫星轨道的理论和计算 42
3.1空间坐标系 42
3.1.1惯性坐标系 42
3.1.2地球坐标系 43
3.1.3WGS-84坐标系 46
3.1.4直角坐标系间的旋转变换 47
3.1.5站心坐标系 48
3.2时间系统 50
3.2.1世界时和原子时 50
3.2.2GPS时间 51
3.2.3晶体振荡器 52
3.2.4GPS与相对论 54
3.3GPS卫星轨道的理论 55
3.3.1卫星的无摄运行轨道 55
3.3.2开普勒轨道参数 57
3.3.3卫星星历和历书参数 59
3.4卫星空间位置的计算 61
3.5卫星运行速度的计算 63
3.6卫星轨道的插值计算 65
参考文献 67
第4章 GPS测量及其误差 69
4.1伪距测量值 69
4.1.1伪距的概念 69
4.1.2伪距与测距码相位 71
4.2载波相位测量值 72
4.2.1载波相位的概念 72
4.2.2多普勒频移与积分多普勒 74
4.2.3伪距与载波相位的对比 77
4.3测量误差 78
4.3.1卫星时钟误差 78
4.3.2卫星星历误差 79
4.3.3电离层延时 80
4.3.4对流层延时 85
4.3.5多路径 87
4.3.6接收机噪声 89
4.4差分GPS的原理 90
4.5伪距与载波相位的组合 92
4.5.1载波相位平滑伪距 92
4.5.2周整模糊度估算 94
参考文献 94
第5章 GPS定位原理与精度分析 96
5.1牛顿迭代及其线性化方法 96
5.2最小二乘法 98
5.3伪距定位 100
5.3.1伪距定位原理 101
5.3.2伪距定位算法 103
5.3.3二维定位及其辅助方程 106
5.4定位精度分析 108
5.4.1定位误差的方差分析 108
5.4.2精度因子 110
5.4.3卫星几何分布 113
5.4.4伪卫星 116
5.5接收机自主正直性监测 116
5.5.1正直性监测的概念 117
5.5.2伪距残余检测法 118
5.5.3最小平方残余法 119
5.5.4最大解分离法 120
5.6多普勒定速 120
5.7定时、授时与校频 122
参考文献 123
第6章 卡尔曼滤波及其应用 127
6.1滤波的意义 127
6.2α-β滤波 128
6.3卡尔曼滤波 129
6.3.1滤波模型 130
6.3.2滤波算法 131
6.3.3举例与讨论 134
6.3.4滤波数值计算 138
6.3.5非线性滤波 141
6.4系统模型的建立 143
6.4.1连续时间系统的建模 143
6.4.2离散时间系统的建模 146
6.5GPS定位的卡尔曼滤波算法 147
6.5.1接收机时钟模型 148
6.5.2用户运动模型 149
6.5.3卡尔曼滤波定位算法 151
6.6其他滤波技术 152
参考文献 153
第7章 差分定位和精密定位 156
7.1差分定位 156
7.1.1差分的种类 156
7.1.2差分校正量 158
7.1.3局域差分系统 161
7.1.4广域差分系统 163
7.2精密定位系统 166
7.2.1单差 166
7.2.2双差 169
7.2.3三差 171
7.2.4相对定位的根本问题 172
7.3多频测量值的组合 174
7.3.1线性组合 174
7.3.2窄巷、宽巷和超宽巷组合 177
7.4周整模糊度的求解技术 179
7.4.1交换天线位置 180
7.4.2几何多样性 181
7.4.3利用伪距的取整估算法 181
7.4.4LAMBDA算法 183
7.4.5逐级模糊度确定法 186
参考文献 188
第8章 GPS与航位推测系统的组合 192
8.1惯性导航系统 192
8.1.1惯性传感器的种类 192
8.1.2惯性导航的分类 194
8.1.3惯性导航的基本原理 194
8.1.4惯性传感测量误差 195
8.2航位推测系统 196
8.2.1航位推测的基本原理 196
8.2.2ABS车轮转速传感器 197
8.3组合的意义 201
8.4组合的工具 202
8.4.1互补型滤波器 202
8.4.2分散卡尔曼滤波 203
8.5组合的方式 204
8.5.1松性组合 204
8.5.2紧性组合 205
8.5.3深性组合 206
参考文献 207
第9章 地图匹配 210
9.1地图匹配的意义 210
9.2电子地图 211
9.2.1UTM投影系统 211
9.2.2数字高程模型 212
9.2.3道路网数据库 213
9.3地图匹配算法综述 214
9.4几何匹配算法 217
9.4.1点-点匹配法 218
9.4.2点-线匹配法 218
9.4.3线-线匹配法 219
9.4.4改良型几何匹配算法 220
9.5概率匹配算法 223
9.6紧性组合匹配算法 225
9.7综合匹配算法 226
9.7.1加权法 227
9.7.2D-S理论 227
9.7.3模糊推理 230
9.8匹配路段上的位置点匹配 231
参考文献 233
第10章 GPS接收机及其射频前端 236
10.1GPS接收机的概况 237
10.2接收天线 241
10.2.1自由空间传播公式 241
10.2.2信噪比和载噪比 244
10.2.3串联器件的噪声指数 246
10.2.4右旋圆极化 248
10.2.5天线的种类 250
10.3射频前端处理 252
10.3.1射频信号调整 252
10.3.2下变频混频 254
10.3.3中频信号滤波放大 259
10.3.4模数转换 260
参考文献 263
第11章 载波环 266
11.1信号跟踪原理 266
11.2相位锁定环路 268
11.2.1基本工作原理 269
11.2.2环路阶数 271
11.2.3稳态响应 275
11.2.4环路参数 278
11.2.5I/Q解调 281
11.2.6相干积分 286
11.2.7鉴相方法的种类 291
11.2.8测量误差与跟踪门限 292
11.3频率锁定环路 295
11.3.1基本工作原理 295
11.3.2鉴频方法的种类 298
11.3.3测量误差与跟踪门限 300
11.4锁相环与锁频环的对比与组合 301
参考文献 302
第12章 码环和基带数字信号处理 304
12.1码环 304
12.1.1延迟锁定环路 304
12.1.2相关器与自相关函数 307
12.1.3非相干积分 310
12.1.4鉴相方法的种类 314
12.1.5测量误差与跟踪门限 317
12.2信号的跟踪 320
12.2.1载波环与码环的组合 320
12.2.2锁定检测 323
12.3基带数字信号处理 324
12.3.1位同步 324
12.3.2帧同步 328
12.3.3奇偶检验和电文译码 330
12.3.4测量值的生成 332
12.4多路径效应及其抑制 333
12.4.1多路径效应 334
12.4.2多路径抑制 337
12.5干扰 341
参考文献 344
第13章 信号的捕获 349
13.1信号捕获的概况 349
13.1.1三维搜索 349
13.1.2启动方式 352
13.1.3搜索范围估算 354
13.1.4信号检测 358
13.1.5载噪比的测定 362
13.1.6捕获与跟踪之间的转换 364
13.2信号搜索捕获算法 366
13.2.1线性搜索 366
13.2.2并行频率搜索 370
13.2.3并行码相位搜索 372
13.2.4其他信号捕获算法 374
13.2.5卫星搜索次序 375
13.3高灵敏度GPS 376
13.3.1加长积分时间 377
13.3.2大块相关器设计 380
13.3.3辅助GPS（AGPS） 381
13.4互相关干扰及其抑制 384
13.4.1互相关干扰 384
13.4.2互相关干扰抑制 385
13.5接收机设计的发展趋势 387
参考文献 389
附录A 缩写词中英对照 394
附录B 单位制及其换算 400
附录C 随机变量和随机过程 401
附录D 拉普拉斯变换 407
附录E Z变换 410
附录F 傅里叶变换和采样定理 413
附录G 离散傅里叶变换 417
附录H GPS数据格式 420