GPS/GNSS原理与应用（第3版）

图书标准信息

• 作者 Hegarty（克里斯朵夫・赫加蒂盖） 著；[美]Elliott、D.、Kaplan（埃利奥特・D.卡普兰）、Christopher、寇艳红 译
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2021-06
• 版次 1
• ISBN 9787121413513
• 定价 139.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 页数 660页
• 字数 1.14千字

【内容简介】

本书详细介绍了GPS、GLONASS、BeiDou、Galileo、QZSS和NavIC系统的**信息，涵盖了各个系统的星座配置、卫星、地面控制系统和用户设备，提供了详细的卫星信号特征。内容包括GNSS简介、卫星导航基础、全球卫星导航系统、GLONASS、伽利略系统、北斗卫星导航系统、区域卫星导航系统、GNSS接收机、GNSS扰乱、GNSS误差、独立GNSS的性能、差分GNSS和精密单点定位、GNSS与其他传感器的组合及网络辅助、GNSS市场与应用。本书可作为高校相关专业学生学习GNSS基本知识的教材，也可供业内相关技术人员参考。

【作者简介】

Elliott D. Kaplan，美国马萨诸塞州贝德福德MITRE公司首席工程师，美国纽约理工学院电气工程理学学士，美国东北大学电气工程理学硕士。自1986年以来，Kaplan先生一直积极参与GPS相关的政府计划。他目前正在支持美国空军研究实验室航天飞行局和GPS理事会的活动，其中包括AFRL导航技术卫星3（NTS-3）的开发。
寇艳红，博士，北京航空航天大学电子信息工程学院副教授。长期从事卫星导航、通信与信号处理领域的科研和教学工作，担任CSNC、ION GNSS/ITM、CPGPS、MMT等国际会议分会主席，中国第二代卫星导航系统重大专项专家组专家。已主持完成科研项目30余项，发表论文百余篇、合著1部、译著2部、标准2部，获授权发明专利十余项，获省部级科技进步奖6项、校优秀教学成果奖2项。

【目录】

目   录
第1章  引言1
1．1  简介1
1．2  GNSS概述1
1．3  全球定位系统2
1．4  全球导航卫星系统3
1．5  伽利略系统4
1．6  北斗系统5
1．7  区域系统6
1．7．1  准天顶卫星系统6
1．7．2  印度导航星座（NavIC）7
1．8  增强系统7
1．9  市场与应用8
1．10  本书的结构9
参考文献12
第2章  卫星导航基础13
2．1  利用到达时间测量值测距的概念13
2．1．1  二维定位13
2．1．2  卫星测距码定位原理15
2．2  参考坐标系17
2．2．1  地心惯性坐标系17
2．2．2  地心地固坐标系17
2．2．3  当地切平面（当地地平）坐标系19
2．2．4  本体框架坐标系20
2．2．5  大地（椭球）坐标21
2．2．6  高度坐标与大地水准面22
2．2．7  国际地球参考框架23
2．3  卫星轨道基础24
2．3．1  轨道力学24
2．3．2  星座设计28
2．4  GNSS信号33
2．4．1  射频载波33
2．4．2  调制33
2．4．3  次级码36
2．4．4  复用技术36
2．4．5  信号模型与特性37
2．5  利用测距码确定位置41
2．5．1  确定卫星到用户的距离41
2．5．2  用户位置的计算43
2．6  求解用户的速度45
2．7  频率源、时间和GNSS47
2．7．1  频率源47
2．7．2  时间和GNSS53
参考文献53
第3章  全球卫星导航系统55
3．1  概述55
3．1．1  空间段概述55
3．1．2  控制段概述55
3．1．3  用户段概述56
3．2  空间段描述56
3．2．1  GPS卫星星座描述56
3．2．2  星座设计指南58
3．2．3  分阶段发展的空间段60
3．3  控制段描述75
3．3．1  OCS的当前配置76
3．3．2  OCS的进化86
3．3．3  OCS未来计划的升级88
3．4  用户段89
3．4．1  GNSS接收机的特性89
3．5  GPS大地测量和时标93
3．5．1  大地测量93
3．5．2  时间系统94
3．6  服务94
3．6．1  SPS性能标准95
3．6．2  PPS性能标准97
3．7  GPS信号99
3．7．1  传统信号99
3．7．2  现代化信号110
3．7．3  民用导航（CNAV）和CNAV-2导航数据116
3．8  GPS星历参数和卫星位置计算120
3．8．1  传统星历参数120
3．8．2  CNAV和CNAV-2星历参数121
参考文献123
第4章  全球导航卫星系统126
4．1  简介126
4．2  空间段127
4．2．1  星座127
4．2．2  卫星128
4．3  地面段131
4．3．1  系统控制中心131
4．3．2  中央同步器131
4．3．3  遥测、跟踪和指挥132
4．3．4  激光测距站132
4．4  GLONASS用户设备132
4．5  大地测量学与时间系统133
4．5．1  大地测量参考坐标系133
4．5．2  GLONASS时间134
4．6  导航服务135
4．7  导航信号135
4．7．1  FDMA导航信号135
4．7．2  频率136
4．7．3  调制137
4．7．4  编码特性137
4．7．5  GLONASS P码138
4．7．6  导航电文138
4．7．7  C/A码导航电文139
4．7．8  P码导航电文139
4．7．9  CDMA导航信号140
致谢142
参考文献142
第5章  伽利略系统144
5．1  项目概述和目标144
5．2  伽利略系统的实现145
5．3  伽利略服务145
5．3．1  伽利略开放服务145
5．3．2  公共监管服务146
5．3．3  商业服务146
5．3．4  搜索与救援服务146
5．3．5  生命安全服务146
5．4  系统概述146
5．4．1  地面任务段149
5．4．2  地面控制段152
5．4．3  空间段153
5．4．4  运载火箭158
5．5  伽利略信号特征159
5．5．1  伽利略扩频码和序列161
5．5．2  导航电文结构162
5．5．3  正向纠错编码和块交织163
5．6  互操作性164
5．6．1  伽利略大地参考坐标系164
5．6．2  时间参考坐标系164
5．7  伽利略搜索和救援任务165
5．7．1  SAR/Galileo服务描述165
5．7．2  欧洲SAR/Galileo覆盖区域和MEOSAR环境166
5．7．3  SAR/Galileo系统架构168
5．7．4  SAR频率计划170
5．8  伽利略系统性能172
5．8．1  授时性能172
5．8．2  测距性能173
5．8．3  定位性能176
5．8．4  最终运营能力的预期性能177
5．9  系统部署完成FOC的时间178
5．10  FOC之后系统伽利略的发展179
参考文献179
第6章  北斗卫星导航系统181
6．1  概述181
6．1．1  北斗卫星导航系统简介181
6．1．2  北斗的发展历程182
6．1．3  BDS的特点185
6．2  BDS的空间段186
6．2．1  BDS星座186
6．2．2  BDS卫星190
6．3  BDS控制段191
6．3．1  BDS控制段的组成191
6．3．2  BDS控制段的运行192
6．4  大地测量参考系和时间参考系192
6．4．1  BDS坐标系192
6．4．2  BDS时间系统193
6．5  BDS服务193
6．5．1  BDS服务类型193
6．5．2  BDS RDSS服务194
6．5．3  BDS RNSS服务195
6．5．4  BDS SBAS服务197
6．6  BDS信号197
6．6．1  RDSS信号197
6．6．2  BDS区域系统的RNSS信号198
6．6．3  BDS全球系统的RNSS信号205
参考文献207
第7章  区域卫星导航系统209
7．1  准天顶卫星系统209
7．1．1  概述209
7．1．2  空间段209
7．1．3  控制段211
7．1．4  大地测量和时间系统213
7．1．5  服务213
7．1．6  信号214
7．2  印度导航星座217
7．2．1  概述217
7．2．2  空间段218
7．2．3  NavIC控制段219
7．2．4  大地测量和时间系统221
7．2．5  导航服务223
7．2．6  信号223
7．2．7  应用和NavIC用户设备224
参考文献225
第8章  GNSS接收机228
8．1  概述228
8．1．1  天线单元和电子设备229
8．1．2  前端230
8．1．3  数字存储器（缓冲器和多路复用器）和数字接收机通道230
8．1．4  接收机控制和处理、导航控制和处理230
8．1．5  参考振荡器和频率合成器230
8．1．6  用户和/或外部接口231
8．1．7  备用接收机控制接口231
8．1．8  电源231
8．1．9  小结231
8．2  天线231
8．2．1  所需属性232
8．2．2  天线设计232
8．2．3  轴比234
8．2．4  电压驻波比236
8．2．5  天线噪声237
8．2．6  无源天线238
8．2．7  有源天线238
8．2．8  智能天线238
8．2．9  军用天线239
8．3  前端239
8．3．1  功能描述240
8．3．2  增益241
8．3．3  下变频方案242
8．3．4  输出到ADC242
8．3．5  ADC、数字增益控制和模拟频率合成器功能243
8．3．6  ADC实现损耗及设计示例244
8．3．7  ADC采样率与抗混叠247
8．3．8  ADC欠采样249
8．3．9  噪声系数251
8．3．10 动态范围、态势感知及对噪声系数的影响251
8．3．11 与GLONASS FDMA信号的兼容性253
8．4  数字通道254
8．4．1  快速功能254
8．4．2  慢速功能267
8．4．3  搜索功能271
8．5  捕获286
8．5．1  单次试验检测器286
8．5．2  唐检测器289
8．5．3  N中取M检测器291
8．5．4  组合唐与N中取M检测器293
8．5．5  基于FFT的技术293
8．5．6  GPS军用信号直捕295
8．5．7  微调多普勒与峰值码搜索301
8．6  载波跟踪301
8．6．1  载波环鉴别器302
8．7  码跟踪306
8．7．1  码环鉴别器306
8．7．2  BPSK-R信号308
8．7．3  BOC信号310
8．7．4  GPS P(Y)码无码/半无码处理311
8．8  环路滤波器311
8．8．1  PLL滤波器设计313
8．8．2  FLL滤波器设计314
8．8．3  FLL辅助PLL滤波器设计314
8．8．4  DLL滤波器设计315
8．8．5  稳定性315
8．9  测量误差和跟踪门限323
8．9．1  PLL跟踪环测量误差323
8．9．2  PLL热噪声323
8．9．3  由振动引起的振荡器相位噪声325
8．9．4  艾伦偏差振荡器相位噪声326
8．9．5  动态应力误差327
8．9．6  参考振荡器加速度应力误差327
8．9．7  总PLL跟踪环测量误差与门限328
8．9．8  FLL跟踪环测量误差330
8．9．9  码跟踪环测量误差331
8．9．10  BOC码跟踪环测量误差336
8．10  伪距、?伪距和积分多普勒的形成337
8．10．1  伪距338
8．10．2   伪距347
8．10．3  积分多普勒348
8．10．4  伪距载波平滑349
8．11  接收机的初始工作顺序350
8．12  数据解调352
8．12．1  传统GPS信号解调353
8．12．2  其他GNSS信号的数据解调356
8．12．3  数据误比特率比较357
8．13  特殊的基带功能358
8．13．1  信噪功率比估计358
8．13．2  锁定检测器360
8．13．3  周跳编辑365
参考文献371
第9章  GNSS扰乱374
9．1  概述374
9．2  干扰374
9．2．1  干扰类型与干扰源374
9．2．2  影响377
9．2．3  干扰抑制397
9．3  电离层闪烁400
9．3．1  基础物理400
9．3．2  幅度衰落与相位扰动400
9．3．3  对接收机的影响401
9．3．4  抑制402
9．4  信号阻塞402
9．4．1  植被402
9．4．2  地形403
9．4．3  人造建筑物406
9．5  多径407
9．5．1  多径特性及模型408
9．5．2  多径对接收机性能的影响410
9．5．3  多径抑制416
参考文献417
第10章  GNSS误差420
10．1  简介420
10．2  测量误差420
10．2．1  卫星钟误差421
10．2．2  星历误差424
10．2．3  相对论效应427
10．2．4  大气效应429
10．2．5  接收机噪声和分辨率440
10．2．6  多径与遮蔽效应440
10．2．7  硬件偏差误差441
10．3  伪距误差预算444
参考文献444
第11章  独立GNSS的性能446
11．1  简介446
11．2  位置、速度和时间估计的概念446
11．2．1  GNSS中的卫星几何分布和精度因子446
11．2．2  GNSS星座的DOP特性450
11．2．3  精度指标453
11．2．4  加权最小二乘456
11．2．5  其他状态变量456
11．2．6  卡尔曼滤波457
11．3  GNSS可用性458
11．3．1  使用24颗卫星的标称GPS星座预测GPS可用性458
11．3．2  卫星故障对GPS可用性的影响459
11．4  完好性465
11．4．1  关于危险程度的讨论465
11．4．2  完好性异常的来源465
11．4．3  完好性改进技术467
11．5  连续性475
11．5．1  GPS475
11．5．2  GLONASS476
11．5．3  伽利略476
11．5．4  北斗476
参考文献476
第12章  差分GNSS和精密单点定位478
12．1  简介478
12．2  基于码的DGNSS479
12．2．1  局域DGNSS479
12．2．2  区域DGNSS482
12．2．3  广域DGNSS482
12．3  基于载波的DGNSS484
12．3．1  基线的实时精准确定484
12．3．2  静态应用497
12．3．3  机载应用498
12．3．4  姿态确定500
12．4  精密单点定位501
12．4．1  传统PPP501
12．4．2  具有模糊度解算的PPP503
12．5  RTCM SC-104电文格式506
12．5．1  2．3版506
12．5．2  3．3版508
12．6  DGNSS和PPP示例509
12．6．1  基于码的DGNSS509
12．6．2  基于载波524
12．6．3  PPP527
参考文献528
第13章  GNSS与其他传感器的组合及网络辅助531
13．1  概述531
13．2  GNSS/惯性组合532
13．2．1  GNSS接收机性能问题532
13．2．2  惯性导航系统综述534
13．2．3  卡尔曼滤波器作为系统组合器539
13．2．4  GNSSI组合方法542
13．2．5  典型GPS/INS卡尔曼滤波器设计544
13．2．6  实现卡尔曼滤波器的注意事项548
13．2．7  可控接收模式天线的组合548
13．2．8  跟踪环路的惯性辅助550
13．3  陆地车辆系统中的传感器组合555
13．3．1  引言555
13．3．2  陆地车辆增强传感器558
13．3．3  陆地车辆传感器组合571
13．4  A-GNSS：基于网络的捕获和定位辅助576
13．4．1  辅助GNSS的历史578
13．4．2  应急响应系统要求和指南579
13．4．3  辅助数据对捕获时间的影响584
13．4．4  无线设备中的GNSS接收机集成588
13．4．5  网络辅助的来源590
13．5  移动设备中的混合定位601
13．5．1  引言601
13．5．2  移动设备增强传感器602
13．5．3  移动设备传感器组合607
参考文献609
第14章  GNSS市场与应用613
14．1  GNSS：基于支持技术的复杂市场613
14．1．1  简介613
14．1．2  市场挑战的定义614
14．1．3  GNSS市场的预测615
14．1．4  市场随时间的变化616
14．1．5  市场范围和细分617
14．1．6  政策依赖性617
14．1．7  GNSS市场的特点617
14．1．8  销售预测618
14．1．9  市场局限性、竞争体系和政策618
14．2  GNSS的民用应用619
14．2．1  基于位置的服务619
14．2．2  道路620
14．2．3  GNSS在测绘、制图和地理信息系统中的应用621
14．2．4  农业621
14．2．5  海洋622
14．2．6  航空623
14．2．7  无人驾驶飞行器和无人机624
14．2．8  铁路625
14．2．9  授时与同步625
14．2．10 空间应用625
14．2．11  GNSS室内挑战626
14．3  政府及军事应用626
14．3．1  军事用户设备：航空、船舶和陆地626
14．3．2  自主接收机：智能武器627
14．4  结论628
参考文献628
附录A  最小二乘和加权最小二乘估计629
参考文献629
附录B  频率源稳定度测量630
B．1  引言630
B．2  频率标准稳定度630
B．3  稳定度的测量631
B．3．1  艾伦方差631
B．3．2  哈达玛方差631
参考文献632
附录C  自由空间传播损耗633
C．1  简介633
C．2  自由空间传播损耗633
C．3  功率谱密度与功率通量密度的转换635
参考文献635