GPS原理与接收机设计（修订版）

图书标准信息

• 作者 谢钢
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2022-07
• 版次 1
• ISBN 9787121432682
• 定价 89.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 420页
• 字数 739.2千字

【内容简介】

本书系统、透彻地阐述了GPS及其接收机设计的各项相关内容，包括GPS信号结构、时空坐标系、测量值、定位原理、卡尔曼滤波、接收机的射频前端、信号捕获和信号跟踪。此外，本书还介绍了差分精密定位、GPS与惯性导航的组合和地图匹配三方面GPS应用技术，论述了多路径、电磁干扰、互相关干扰、高灵敏度GPS、辅助GPS等关键课题。本书理论分析清晰，实用性强，且内容力求反映近年来出现的GPS最新技术和成果。本书可以作为本科生高年级学生和研究生的教材或参考书，也是所有与GPS等卫星导航系统及其接收机设计有关的工程技术人员和科技工作者都应配备的一本不可多得的优秀参考书。

【作者简介】

谢钢，浙江绍兴人。1995年本科毕业于清华大学电机工程系，先后于1999年和2004年分别获得美国波士顿大学电子与计算机工程硕士学位和斯坦福大学电子工程博士学位。在攻读斯坦福大学博士学位期间，任斯坦福大学航空航天系GPS实验室研究助理。博士毕业后，一直在美国的摩托罗拉、SiRF和CSR等多家高科技公司任资深高级工程师，专门从事GPS/GNSS接收机的研究与开发工作。

【目录】

第1章  导引1

1.1  GPS的起源1

1.2  GPS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

1.3  GPS提供的服务和限制8

1.4  各国卫星导航系统概况9

1.5  GPS的性能指标11

1.6  GPS的应用13

参考文献13

第2章  GPS信号及其导航电文15

2.1  载波15

2.2  伪码16

2.2.1  二进制数随机序列16

2.2.2  m序列17

2.2.3  金码21

2.2.4  C/A码23

2.2.5  P码26

2.3  数据码27

2.4  GPS信号结构27

2.5  导航电文31

2.5.1  导航电文的格式32

2.5.2  遥测字32

2.5.3  交接字33

2.5.4  第一数据块34

2.5.5  第二数据块35

2.5.6  第三数据块36

2.6  GPS现代化计划37

参考文献38

第3章  GPS卫星轨道的理论和计算40

3.1  空间坐标系40

3.1.1  惯性坐标系40

3.1.2  地球坐标系41

3.1.3  WGS-84坐标系44

3.1.4  直角坐标系间的旋转变换45

3.1.5  站心坐标系46

3.2  时间系统48

3.2.1  世界时和原子时48

3.2.2  GPS时间49

3.2.3  晶体振荡器50

3.2.4  GPS与相对论52

3.3  GPS卫星轨道的理论52

3.3.1  卫星的无摄运行轨道53

3.3.2  开普勒轨道参数54

3.3.3  卫星星历和历书参数57

3.4  卫星空间位置的计算58

3.5  卫星运行速度的计算61

3.6  卫星轨道的插值计算62

参考文献64

第4章  GPS测量及其误差66

4.1  伪距测量值66

4.1.1  伪距的概念66

4.1.2  伪距与测距码相位68

4.2  载波相位测量值69

4.2.1  载波相位的概念69

4.2.2  多普勒频移与积分多普勒71

4.2.3  伪距与载波相位的对比73

4.3  测量误差74

4.3.1  卫星时钟误差75

4.3.2  卫星星历误差76

4.3.3  电离层延时77

4.3.4  对流层延时82

4.3.5  多路径84

4.3.6  接收机噪声86

4.4  差分GPS的原理86

4.5  伪距与载波相位的组合88

4.5.1  载波相位平滑伪距88

4.5.2  整周模糊度估算90

参考文献90

第5章  GPS定位原理与精度分析92

5.1  牛顿迭代及其线性化方法92

5.2  最小二乘法94

5.3  伪距定位96

5.3.1  伪距定位原理97

5.3.2  伪距定位算法99

5.3.3  二维定位及其辅助方程102

5.4  定位精度分析104

5.4.1  定位误差的方差分析104

5.4.2  精度因子105

5.4.3  卫星几何分布109

5.4.4  伪卫星111

5.5  接收机自主正直性监测112

5.5.1  正直性监测的概念112

5.5.2  伪距残余检测法113

5.5.3  最小平方残余法114

5.5.4  最大解分离法115

5.6  多普勒定速115

5.7  定时、授时与校频117

参考文献118

第6章  卡尔曼滤波及其应用122

6.1  滤波的意义122

6.2  ?-? 滤波123

6.3  卡尔曼滤波124

6.3.1  滤波模型125

6.3.2  滤波算法126

6.3.3  举例与讨论129

6.3.4  滤波数值计算133

6.3.5  非线性滤波136

6.4  系统模型的建立138

6.4.1  连续时间系统的建模138

6.4.2  离散时间系统的建模141

6.5  GPS定位的卡尔曼滤波算法142

6.5.1  接收机时钟模型143

6.5.2  用户运动模型144

6.5.3  卡尔曼滤波定位算法145

6.6  其他滤波技术146

参考文献147

第7章  差分定位和精密定位150

7.1  差分定位150

7.1.1  差分的种类150

7.1.2  差分校正量152

7.1.3  局域差分系统155

7.1.4  广域差分系统156

7.2  精密定位系统159

7.2.1  单差160

7.2.2  双差163

7.2.3  三差165

7.2.4  相对定位的根本问题166

7.3  多频测量值的组合167

7.3.1  线性组合168

7.3.2  窄巷、宽巷和超宽巷组合170

7.4  整周模糊度的求解技术172

7.4.1  交换天线位置173

7.4.2  几何多样性174

7.4.3  利用伪距的取整估算法175

7.4.4  LAMBDA算法176

7.4.5  逐级模糊度确定法179

参考文献181

第8章  GPS与航位推测系统的组合185

8.1  惯性导航系统185

8.1.1  惯性传感器的种类185

8.1.2  惯性导航的分类187

8.1.3  惯性导航的基本原理187

8.1.4  惯性传感测量误差188

8.2  航位推测系统189

8.2.1  航位推测的基本原理189

8.2.2  ABS车轮转速传感器190

8.3  组合的意义193

8.4  组合的工具195

8.4.1  互补型滤波器195

8.4.2  分散卡尔曼滤波196

8.5  组合的方式196

8.5.1  松性组合197

8.5.2  紧性组合198

8.5.3  深性组合199

参考文献200

第9章  地图匹配202

9.1  地图匹配的意义202

9.2  电子地图203

9.2.1  UTM投影系统203

9.2.2  数字高程模型204

9.2.3  道路网数据库205

9.3  地图匹配算法综述206

9.4  几何匹配算法209

9.4.1  点-点匹配法209

9.4.2  点-线匹配法210

9.4.3  线-线匹配法211

9.4.4  改良型几何匹配算法212

9.5  概率匹配算法215

9.6  紧性组合匹配算法216

9.7  综合匹配算法218

9.7.1  加权法218

9.7.2  D-S理论219

9.7.3  模糊推理221

9.8  匹配路段上的位置点匹配222

参考文献224

第10章  GPS接收机及其射频前端227

10.1  GPS接收机概况228

10.2  接收天线232

10.2.1  自由空间传播公式232

10.2.2  信噪比和载噪比235

10.2.3  串联器件的噪声指数236

10.2.4  右旋圆极化239

10.2.5  天线的种类240

10.3  射频前端处理242

10.3.1  射频信号调整243

10.3.2  下变频混频244

10.3.3  中频信号滤波放大249

10.3.4  模数转换250

参考文献253

第11章  载波环256

11.1  信号跟踪原理256

11.2  相位锁定环路258

11.2.1  基本工作原理259

11.2.2  环路阶数261

11.2.3  稳态响应265

11.2.4  环路参数267

11.2.5  I/Q解调270

11.2.6  相干积分275

11.2.7  鉴相方法的种类280

11.2.8  测量误差与跟踪门限282

11.3  频率锁定环路284

11.3.1  基本工作原理284

11.3.2  鉴频方法的种类287

11.3.3  测量误差与跟踪门限289

11.4  锁相环与锁频环的对比与组合290

参考文献291

第12章  码环和基带数字信号处理293

12.1  码环293

12.1.1  延迟锁定环路293

12.1.2  相关器与自相关函数296

12.1.3  非相干积分299

12.1.4  鉴相方法的种类302

12.1.5  测量误差与跟踪门限305

12.2  信号的跟踪308

12.2.1  载波环与码环的组合308

12.2.2  锁定检测311

12.3  基带数字信号处理312

12.3.1  位同步312

12.3.2  帧同步316

12.3.3  奇偶检验和电文译码318

12.3.4  测量值的生成320

12.4  多路径效应及其抑制321

12.4.1  多路径效应322

12.4.2  多路径抑制325

12.5  干扰329

参考文献331

第13章  信号捕获336

13.1  信号捕获的概况336

13.1.1  三维搜索336

13.1.2  启动方式339

13.1.3  搜索范围估算341

13.1.4  信号检测344

13.1.5  载噪比的测定348

13.1.6  捕获与跟踪之间的转换351

13.2  信号搜索捕获算法352

13.2.1  线性搜索353

13.2.2  并行频率搜索357

13.2.3  并行码相位搜索358

13.2.4  其他信号捕获算法360

13.2.5  卫星搜索次序361

13.3  高灵敏度GPS362

13.3.1  加长积分时间363

13.3.2  大块相关器设计366

13.3.3  辅助GPS（AGPS）367

13.4  互相关干扰及其抑制370

13.4.1  互相关干扰370

13.4.2  互相关干扰抑制371

13.5  接收机设计的发展趋势372

参考文献375

附录A  缩写词中英对照380

附录B  单位制及其换算386

附录C  随机变量和随机过程387

附录D  拉普拉斯变换393

附录E  Z变换396

附录F  傅里叶变换和采样定理399

附录G  离散傅里叶变换403

附录H  GPS数据格式405