本書系統(tǒng)、透徹地闡述了GPS及其接收機(jī)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)相關(guān)內(nèi)容，包括GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)、時(shí)空坐標(biāo)系、測(cè)量值、定位原理、卡爾曼濾波、接收機(jī)的射頻前端、信號(hào)捕獲和信號(hào)跟蹤。此外，本書還介紹了差分精密定位、GPS與慣性導(dǎo)航的組合和地圖匹配三方面GPS應(yīng)用技術(shù)，并對(duì)多路徑、電磁干擾、互相關(guān)干擾、高靈敏度GPS、輔助GPS等關(guān)鍵課題做了論述。本書理論分析清晰，實(shí)用性強(qiáng)，并且內(nèi)容力求反映近些年來出現(xiàn)的GPS*新技術(shù)和成果。

謝鋼  清華大學(xué)電工程系學(xué)士，波士頓大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程碩士，斯坦福大學(xué)電氣工程博士。摩托羅拉等多家高科技公司資深高級(jí)工程師，主要從事GPS接收機(jī)的研究與開發(fā)工作。

目    錄
第1章  導(dǎo)引 1
1．1  GPS的起源 1
1．2  GPS的組成概況 2
1．2．1  空間星座部分 3
1．2．2  地面監(jiān)控部分 5
1．2．3  用戶設(shè)備部分 6
1．3  GPS提供的服務(wù)和限制 8
1．4  各國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的概況 9
1．5  GPS的性能指標(biāo) 11
1．6  GPS的應(yīng)用 13
參考文獻(xiàn) 13
第2章  GPS信號(hào)及其導(dǎo)航電文 16
2．1  載波 16
2．2  偽碼 17
2．2．1  二進(jìn)制數(shù)隨機(jī)序列 17
2．2．2  m序列 18
2．2．3  金碼 22
2．2．4  C/A碼 24
2．2．5  P碼 27
2．3  數(shù)據(jù)碼 28
2．4  GPS信號(hào)結(jié)構(gòu) 28
2．5  導(dǎo)航電文 32
2．5．1  導(dǎo)航電文的格式 33
2．5．2  遙測(cè)字 33
2．5．3  交接字 34
2．5．4  第一數(shù)據(jù)塊 35
2．5．5  第二數(shù)據(jù)塊 36
2．5．6  第三數(shù)據(jù)塊 37
2．6  GPS現(xiàn)代化計(jì)劃 38
參考文獻(xiàn) 40
第3章  GPS衛(wèi)星軌道的理論和計(jì)算 42
3．1  空間坐標(biāo)系 42
3．1．1  慣性坐標(biāo)系 42
3．1．2  地球坐標(biāo)系 43
3．1．3  WGS-84坐標(biāo)系 46
3．1．4  直角坐標(biāo)系間的旋轉(zhuǎn)變換 47
3．1．5  站心坐標(biāo)系 48
3．2  時(shí)間系統(tǒng) 50
3．2．1  世界時(shí)和原子時(shí) 50
3．2．2  GPS時(shí)間 51
3．2．3  晶體振蕩器 52
3．2．4  GPS與相對(duì)論 54
3．3  GPS衛(wèi)星軌道的理論 55
3．3．1  衛(wèi)星的無攝運(yùn)行軌道 55
3．3．2  開普勒軌道參數(shù) 57
3．3．3  衛(wèi)星星歷和歷書參數(shù) 59
3．4  衛(wèi)星空間位置的計(jì)算 61
3．5  衛(wèi)星運(yùn)行速度的計(jì)算 63
3．6  衛(wèi)星軌道的插值計(jì)算 65
參考文獻(xiàn) 67
第4章  GPS測(cè)量及其誤差 69
4．1  偽距測(cè)量值 69
4．1．1  偽距的概念 69
4．1．2  偽距與測(cè)距碼相位 71
4．2  載波相位測(cè)量值 72
4．2．1  載波相位的概念 72
4．2．2  多普勒頻移與積分多普勒 74
4．2．3  偽距與載波相位的對(duì)比 77
4．3  測(cè)量誤差 78
4．3．1  衛(wèi)星時(shí)鐘誤差 78
4．3．2  衛(wèi)星星歷誤差 79
4．3．3  電離層延時(shí) 80
4．3．4  對(duì)流層延時(shí) 85
4．3．5  多路徑 87
4．3．6  接收機(jī)噪聲 89
4．4  差分GPS的原理 90
4．5  偽距與載波相位的組合 92
4．5．1  載波相位平滑偽距 92
4．5．2  整周模糊度估算 94
參考文獻(xiàn) 94
第5章  GPS定位原理與精度分析 96
5．1  牛頓迭代及其線性化方法 96
5．2  最小二乘法 98
5．3  偽距定位 100
5．3．1  偽距定位原理 101
5．3．2  偽距定位算法 103
5．3．3  二維定位及其輔助方程 106
5．4  定位精度分析 108
5．4．1  定位誤差的方差分析 108
5．4．2  精度因子 110
5．4．3  衛(wèi)星幾何分布 113
5．4．4  偽衛(wèi)星 116
5．5  接收機(jī)自主正直性監(jiān)測(cè) 116
5．5．1  正直性監(jiān)測(cè)的概念 117
5．5．2  偽距殘余檢測(cè)法 118
5．5．3  最小平方殘余法 119
5．5．4  最大解分離法 120
5．6  多普勒定速 120
5．7  定時(shí)、授時(shí)與校頻 122
參考文獻(xiàn) 123
第6章  卡爾曼濾波及其應(yīng)用 127
6．1  濾波的意義 127
6．2  ?-? 濾波 128
6．3  卡爾曼濾波 129
6．3．1  濾波模型 130
6．3．2  濾波算法 131
6．3．3  舉例與討論 134
6．3．4  濾波數(shù)值計(jì)算 138
6．3．5  非線性濾波 141
6．4  系統(tǒng)模型的建立 143
6．4．1  連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的建模 143
6．4．2  離散時(shí)間系統(tǒng)的建模 146
6．5  GPS定位的卡爾曼濾波算法 147
6．5．1  接收機(jī)時(shí)鐘模型 148
6．5．2  用戶運(yùn)動(dòng)模型 149
6．5．3  卡爾曼濾波定位算法 151
6．6  其他濾波技術(shù) 152
參考文獻(xiàn) 153
第7章  差分定位和精密定位 156
7．1  差分定位 156
7．1．1  差分的種類 156
7．1．2  差分校正量 158
7．1．3  局域差分系統(tǒng) 161
7．1．4  廣域差分系統(tǒng) 163
7．2  精密定位系統(tǒng) 166
7．2．1  單差 166
7．2．2  雙差 169
7．2．3  三差 171
7．2．4  相對(duì)定位的根本問題 172
7．3  多頻測(cè)量值的組合 174
7．3．1  線性組合 174
7．3．2  窄巷、寬巷和超寬巷組合 177
7．4  整周模糊度的求解技術(shù) 179
7．4．1  交換天線位置 180
7．4．2  幾何多樣性 181
7．4．3  利用偽距的取整估算法 181
7．4．4  LAMBDA算法 183
7．4．5  逐級(jí)模糊度確定法 186
參考文獻(xiàn) 188
第8章  GPS與航位推測(cè)系統(tǒng)的組合 192
8．1  慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 192
8．1．1  慣性傳感器的種類 192
8．1．2  慣性導(dǎo)航的分類 194
8．1．3  慣性導(dǎo)航的基本原理 194
8．1．4  慣性傳感測(cè)量誤差 195
8．2  航位推測(cè)系統(tǒng) 196
8．2．1  航位推測(cè)的基本原理 196
8．2．2  ABS車輪轉(zhuǎn)速傳感器 197
8．3  組合的意義 201
8．4  組合的工具 202
8．4．1  互補(bǔ)型濾波器 202
8．4．2  分散卡爾曼濾波 203
8．5  組合的方式 204
8．5．1  松性組合 204
8．5．2  緊性組合 205
8．5．3  深性組合 206
參考文獻(xiàn) 207
第9章  地圖匹配 210
9．1  地圖匹配的意義 210
9．2  電子地圖 211
9．2．1  UTM投影系統(tǒng) 211
9．2．2  數(shù)字高程模型 212
9．2．3  道路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫 213
9．3  地圖匹配算法綜述 214
9．4  幾何匹配算法 217
9．4．1  點(diǎn)-點(diǎn)匹配法 218
9．4．2  點(diǎn)-線匹配法 218
9．4．3  線-線匹配法 219
9．4．4  改良型幾何匹配算法 220
9．5  概率匹配算法 223
9．6  緊性組合匹配算法 225
9．7  綜合匹配算法 226
9．7．1  加權(quán)法 227
9．7．2  D-S理論 227
9．7．3  模糊推理 230
9．8  匹配路段上的位置點(diǎn)匹配 231
參考文獻(xiàn) 233
第10章  GPS接收機(jī)及其射頻前端 236
10．1  GPS接收機(jī)的概況 237
10．2  接收天線 241
10．2．1  自由空間傳播公式 241
10．2．2  信噪比和載噪比 244
10．2．3  串聯(lián)器件的噪聲指數(shù) 246
10．2．4  右旋圓極化 248
10．2．5  天線的種類 250
10．3  射頻前端處理 252
10．3．1  射頻信號(hào)調(diào)整 252
10．3．2  下變頻混頻 254
10．3．3  中頻信號(hào)濾波放大 259
10．3．4  模數(shù)轉(zhuǎn)換 260
參考文獻(xiàn) 263
第11章  載波環(huán) 266
11．1  信號(hào)跟蹤原理 266
11．2  相位鎖定環(huán)路 268
11．2．1  基本工作原理 269
11．2．2  環(huán)路階數(shù) 271
11．2．3  穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 275
11．2．4  環(huán)路參數(shù) 278
11．2．5  I/Q解調(diào) 281
11．2．6  相干積分 286
11．2．7  鑒相方法的種類 291
11．2．8  測(cè)量誤差與跟蹤門限 292
11．3  頻率鎖定環(huán)路 295
11．3．1  基本工作原理 295
11．3．2  鑒頻方法的種類 298
11．3．3  測(cè)量誤差與跟蹤門限 300
11．4  鎖相環(huán)與鎖頻環(huán)的對(duì)比與組合 301
參考文獻(xiàn) 302
第12章  碼環(huán)和基帶數(shù)字信號(hào)處理 304
12．1  碼環(huán) 304
12．1．1  延遲鎖定環(huán)路 304
12．1．2  相關(guān)器與自相關(guān)函數(shù) 307
12．1．3  非相干積分 310
12．1．4  鑒相方法的種類 314
12．1．5  測(cè)量誤差與跟蹤門限 317
12．2  信號(hào)的跟蹤 320
12．2．1  載波環(huán)與碼環(huán)的組合 320
12．2．2  鎖定檢測(cè) 323
12．3  基帶數(shù)字信號(hào)處理 324
12．3．1  位同步 324
12．3．2  幀同步 328
12．3．3  奇偶檢驗(yàn)和電文譯碼 330
12．3．4  測(cè)量值的生成 332
12．4  多路徑效應(yīng)及其抑制 333
12．4．1  多路徑效應(yīng) 334
12．4．2  多路徑抑制 337
12．5  干擾 341
參考文獻(xiàn) 344
第13章  信號(hào)的捕獲 349
13．1  信號(hào)捕獲的概況 349
13．1．1  三維搜索 349
13．1．2  啟動(dòng)方式 352
13．1．3  搜索范圍估算 354
13．1．4  信號(hào)檢測(cè) 358
13．1．5  載噪比的測(cè)定 362
13．1．6  捕獲與跟蹤之間的轉(zhuǎn)換 364
13．2  信號(hào)搜索捕獲算法 366
13．2．1  線性搜索 366
13．2．2  并行頻率搜索 370
13．2．3  并行碼相位搜索 372
13．2．4  其他信號(hào)捕獲算法 374
13．2．5  衛(wèi)星搜索次序 375
13．3  高靈敏度GPS 376
13．3．1  加長積分時(shí)間 377
13．3．2  大塊相關(guān)器設(shè)計(jì) 380
13．3．3  輔助GPS（AGPS） 381
13．4  互相關(guān)干擾及其抑制 384
13．4．1  互相關(guān)干擾 384
13．4．2  互相關(guān)干擾抑制 385
13．5  接收機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì) 387
參考文獻(xiàn) 389
附錄A  縮寫詞中英對(duì)照 394
附錄B  單位制及其換算 400
附錄C  隨機(jī)變量和隨機(jī)過程 401
附錄D  拉普拉斯變換 407
附錄E  Z變換 410
附錄F  傅里葉變換和采樣定理 413
附錄G  離散傅里葉變換 417
附錄H  GPS數(shù)據(jù)格式 420