理论篇 3
第1章 定位、坐标系和时间标准 3
1.1 问题的提出 3
1.1.1 基本的目的和基本的定位系统 3
1.1.2 时钟问题 5
1.1.3 一个改进的系统 7
1.1.4 改进后系统的总结 9
1.2 常用坐标系 11
1.2.1 地心惯性坐标系 11
1.2.2 测地坐标系 11
1.2.3 ECEF坐标系 13
1.2.4 ENU坐标系 16
1.2.5 本体坐标系 17
1.3 时间系统 18
1.3.1 太阳时和恒星时 19
1.3.2 力学时 20
1.3.3 原子时和协调世界时UTC 20
1.3.4 GPS时 21
第2章 GPS卫星和导航信号 24
2.1 GPS卫星星座分布 24
2.2 GPS信号的基本结构 28
2.3 GPS信号中的伪随机码 31
2.4 GPS信号中的导航电文 36
2.5 不同卫星信号的时间关系 43
第3章 GPS信号的捕获 47
3.1 信号捕获的基本概念 47
3.2 基于硬件相关器的信号捕获 51
3.3 基于FFT算法的信号捕获 56
3.4 基于相位补偿和同步数据块累加的快速捕获 58
第4章 GPS信号的跟踪 68
4.1 基本锁相环 68
4.1.1 一阶环 70
4.1.2 二阶环 72
4.2 基本锁相环噪声分析 73
4.3 载波跟踪环 76
4.4 伪码跟踪环 81
4.5 GPS接收机中的跟踪环 88
第5章 数据解调和观测量的提取 92
5.1 导航电文的解调 92
5.2 卫星参数解算 95
5.2.1 卫星轨道的理论分析 96
5.2.2 利用星历数据计算卫星位置和速度 101
5.3 伪距观测量的提取 108
5.4 多普勒观测量的提取 111
第6章 定位和导航解算 115
6.1 Least Square方法 115
6.1.1 Least Square基本原理 115
6.1.2 加权的Least Square方法 118
6.1.3 位置解算 121
6.1.4 速度解算 126
6.1.5 几何精度因子 128
6.1.6 卫星的仰角和辐角 133
6.2 卡尔曼滤波方法 135
6.2.1 递归最小二乘法（RLS） 135
6.2.2 基本的卡尔曼滤波器 140
6.2.3 从连续时间系统到离散时间系统 142
6.2.4 扩展卡尔曼滤波器 146
6.2.5 GPS接收机常用的几种KF模型 148
6.2.6 具体实现中的问题 155
6.3 最小二乘法和卡尔曼滤波的比较 158
第7章 射频前端 162
7.1 卫星信号的发射与接收 162
7.2 带通采样原理 166
7.3 中频采样方案 169
7.4 射频采样方案 171
7.5 射频载噪比和基带信噪比的关系 175
7.6 射频前端频率方案实例分析 177
实现篇 183
第8章 GPS中频数据采集的硬件实现 183
8.1 常用的几种射频前端芯片 184
8.1.1 Zarlink公司的GP2010/GP2015 184
8.1.2 SiGe公司的SE4110 187
8.1.3 Maxim公司的MAX2769 191
8.2 PC接口的软硬件设计 194
第9章 GPS软件接收机的C＋＋实现 198
9.1 面向对象的编程思想 198
9.2 核心信号处理模块 204
9.2.1 多通道相关器 204
9.2.2 控制器 213
9.2.3 信号捕获模块 218
9.3 应用软件接口 219
9.3.1 信号源 219
9.3.2 应用软件和核心处理模块接口 221
第10章 程序运行界面和数据处理结果分析 223
10.1 程序运行界面 223
10.1.1 控制台应用程序 223
10.1.2 图形界面应用程序 226
10.2 数据处理结果分析 233
附录A 基本的矩阵和向量运算 247
A.1 逆矩阵及其性质 247
A.2 矩阵的特征值和特征向量 248
A.3 二次型和有定矩阵 249
A.4 几种重要的矩阵分解 251
A.5 矩阵分析初步 255
附录B 直角坐标系的转换和旋转 258
附录C 级联系统的噪声系数 265
附录D 和椭圆相关的推导 267
参考文献 270