第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 卫星导航概述 1
1.1.2 系统仿真技术 4
1.2 GNSS概述 8
1.2.1 美国GPS 8
1.2.2 俄罗斯GLONASS 10
1.2.3 欧盟Galileo系统 12
1.2.4 中国BDS 14
1.2.5 GNSS的兼容互操作 16
1.3 GNSS数学仿真系统 16
1.3.1 功能分析 18
1.3.2 性能分析 19
1.3.3 运行环境与数据格式 19
1.3.4 人机交互界面 20
第2章 坐标系统和时间系统 21
2.1 坐标系统 21
2.1.1 地球参考模型简介 21
2.1.2 地心惯性坐标系 23
2.1.3 地心地固坐标系 25
2.1.4 大地坐标系 26
2.1.5 当地地理坐标系 27
2.1.6 载体坐标系 28
2.2 坐标系统之间的转换 29
2.2.1 同一参考椭球下坐标系统的转换 29
2.2.2 不同参考椭球间笛卡尔坐标系统的转换 36
2.3 时间系统 38
2.3.1 天文时 39
2.3.2 原子时 41
2.3.3 协调世界时 41
2.3.4 导航卫星系统时 45
2.4 时间系统之间的转换 47
2.4.1 导航系统时与UTC之间的转换 47
2.4.2 不同导航卫星系统时之间的转换 49
第3章 卫星轨道建模与仿真 51
3.1 GNSS星座特点分析 51
3.1.1 GPS卫星星座特点分析 52
3.1.2 GLONASS卫星星座特点分析 53
3.1.3 Galileo系统卫星星座特点分析 54
3.1.4 BDS卫星星座特点分析 54
3.2 卫星轨道基础理论 55
3.2.1 开普勒三大定律 55
3.2.2 开普勒轨道根数 57
3.2.3 开普勒轨道建模 60
3.2.4 受摄运动 62
3.3 基于星历参数的卫星轨道仿真 67
3.3.1 基于16参数的GPS、Galileo系统和BDS卫星轨道计算 67
3.3.2 基于18参数的GPS卫星轨道计算 73
3.3.3 GLONASS卫星轨道计算 75
3.4 仿真实例 79
3.4.1 GPS、Galileo和BDS卫星轨道仿真实例 79
3.4.2 GLONASS卫星轨道仿真实例 87
第4章 卫星星历描述与导航电文 89
4.1 历书数据 89
4.2 广播星历 93
4.3 后处理星历 102
4.4 导航电文编码 107
4.4.1 GPS导航电文 108
4.4.2 GLONASS导航电文 115
4.4.3 Galileo系统导航电文 122
4.4.4 BDS导航电文 129
4.5 导航电文数据生成 134
4.5.1 广播星历数据拟合 134
4.5.2 卫星星钟参数拟合 141
4.5.3 电离层Klobuchar模型参数拟合 142
第5章 空间环境仿真 145
5.1 电离层效应 145
5.1.1 电离层简介 145
5.1.2 电离层延迟 147
5.1.3 映射函数 149
5.1.4 电离层延迟模型 153
5.2 对流层效应 162
5.2.1 对流层简介 162
5.2.2 对流层延迟 163
5.2.3 映射函数 166
5.2.4 对流层延迟模型 173
第6章 载体运动建模与仿真 184
6.1 载体运动建模 185
6.1.1 简单运动载体模型 185
6.1.2 车辆运动载体建模 187
6.1.3 舰船运动载体建模 191
6.1.4 飞机运动载体建模 197
6.1.5 导弹运动载体建模 213
6.2 仿真实例 230
第7章 观测数据仿真 239
7.1 观测量误差来源分析 239
7.1.1 与卫星有关的误差 240
7.1.2 与信号传播有关的误差 245
7.1.3 与接收机有关的误差 248
7.2 伪距观测量仿真 250
7.3 多普勒频移和载波相位观测量仿真 254
第8章 载体定位算法分析与仿真 259
8.1 卫星导航系统定位方法 259
8.1.1 单点定位原理 259
8.1.2 差分定位原理 264
8.1.3 相对定位原理 267
8.2 观测方程的线性化 275
8.2.1 伪距单点定位的线性化模型 277
8.2.2 载波相位单点定位的线性化模型 278
8.2.3 相对定位的线性化模型 279
8.3 卫星导航系统常用定位算法 281
8.3.1 最小二乘定位算法 281
8.3.2 卡尔曼滤波定位算法 285
第9章 全球导航卫星系统的三维可视化 297
9.1 三维可视化技术基础 298
9.1.1 三维可视化原理 298
9.1.2 三维可视化算法 299
9.1.3 三维可视化的实现流程 302
9.1.4 三维可视化的应用 308
9.2 GNSS三维可视化 308
9.2.1 GNSS可视化仿真软件介绍 309
9.2.2 星地一体三维可视化 311
9.2.3 GNSS数据的可视化 319
第10章 GNSS数学仿真系统总体方案 329
10.1 系统总体设计 329
10.1.1 系统总体架构 329
10.1.2 各子系统研发技术路线 331
10.2 系统运行环境构建 335
10.2.1 系统运行环境硬件架构 336
10.2.2 系统运行环境软件架构 336
10.3 系统工作流程 339
第11章 GNSS数学仿真系统设计与实现 343
11.1 仿真任务设计子系统设计与实现 343
11.1.1 用例设计 343
11.1.2 界面设计 350
11.2 仿真任务运行子系统设计与实现 359
11.2.1 用例设计 360
11.2.2 界面设计 363
11.3 数据管理子系统设计与实现 364
11.3.1 用例设计 364
11.3.2 界面设计 367
11.4 仿真模型管理子系统设计与实现 369
11.4.1 用例设计 369
11.4.2 界面设计 372
11.5 综合显示子系统设计与实现 374
11.5.1 用例设计 374
11.5.2 界面设计 376
第12章 GNSS数学仿真系统仿真实例 380
12.1 GNSS仿真系统的卫星导航场景设计 380
12.1.1 卫星导航应用场景 380
12.1.2 卫星导航应用场景设计 382
12.1.3 卫星导航应用场景设计实例 386
12.2 定位算法性能仿真 388
12.2.1 场景设计 389
12.2.2 仿真流程 390
12.2.3 仿真结果分析 391
12.3 混合星座DOP值仿真 393
12.3.1 场景设计 394
12.3.2 仿真流程 395
12.3.3 仿真结果分析 396
12.4 卫星导航系统的星座覆盖性能仿真 397
12.4.1 场景设计 398
12.4.2 仿真流程 400
12.4.3 仿真结果分析 402
参考文献 408