GPS全球定位接收机

理论篇

第1章定位、坐标系和时间标准

1.1问题的提出

1.1.1基本的目的和基本的定位系统

1.1.2时钟问题

1.1.3一个改进的系统

1.1.4改进后系统的总结

1.2常用坐标系

1.2.1地心惯性坐标系

1.2.2测地坐标系

1.2.3ECEF坐标系

1.2.4ENU坐标系

1.2.5本体坐标系

1.3时间系统

1.3.1太阳时和恒星时

1.3.2力学时

1.3.3原子时和协调世界时UTC

1.3.4GPS时

第2章GPS卫星和导航信号

2.1GPS卫星星座分布

2.2GPS信号的基本结构

2.3GPS信号中的伪随机码

2.4GPS信号中的导航电文

2.5不同卫星信号的时间关系

第3章GPS信号的捕获

3.1信号捕获的基本概念

3.2基于硬件相关器的信号捕获

3.3基于FFT算法的信号捕获

3.4基于相位补偿和同步数据块累加的快速捕获

第4章GPS信号的跟踪

4.1基本锁相环

4.1.1一阶环

4.1.2二阶环

4.2基本锁相环噪声分析

4.3载波跟踪环

4.4伪码跟踪环

4.5GPS接收机中的跟踪环

第5章数据解调和观测量的提取

5.1导航电文的解调

5.2卫星参数解算

5.2.1卫星轨道的理论分析

5.2.2利用星历数据计算卫星位置和速度

5.3伪距观测量的提取

5.4多普勒观测量的提取

第6章定位和导航解算

6.1LeastSquare方法

6.1.1LeastSquare基本原理

6.1.2加权的LeastSquare方法

6.1.3位置解算

6.1.4速度解算

6.1.5几何精度因子

6.1.6卫星的仰角和辐角

6.2卡尔曼滤波方法

6.2.1递归最小二乘法(RLS)

6.2.2基本的卡尔曼滤波器

6.2.3从连续时间系统到离散时间系统

6.2.4扩展卡尔曼滤波器

6.2.5GPS接收机常用的几种KF模型

6.2.6具体实现中的问题

6.3最小二乘法和卡尔曼滤波的比较

第7章射频前端

7.1卫星信号的发射与接收

7.2带通采样原理

7.3中频采样方案

7.4射频采样方案

7.5射频载噪比和基带信噪比的关系

7.6射频前端频率方案实例分析

实现篇

第8章GPS中频数据采集的硬件实现

8.1常用的几种射频前端芯片

8.1.1Zarlink公司的GP2010/GP2015

8.1.2SiGe公司的SE4110

8.1.3Maxim公司的MAX2769

8.2PC接口的软硬件设计

第9章GPS软件接收机的C++实现

9.1面向对象的编程思想

9.2核心信号处理模块

9.2.1多通道相关器

9.2.2控制器

9.2.3信号捕获模块

9.3应用软件接口

9.3.1信号源

9.3.2应用软件和核心处理模块接口

第10章程序运行界面和数据处理结果分析

10.1程序运行界面

10.1.1控制台应用程序

10.1.2图形界面应用程序

10.2数据处理结果分析

附录A基本的矩阵和向量运算

A.1逆矩阵及其性质

A.2矩阵的特征值和特征向量

A.3二次型和有定矩阵

A.4几种重要的矩阵分解

A.5矩阵分析初步

附录B直角坐标系的转换和旋转

附录C级联系统的噪声系数

附录D和椭圆相关的推导

参考文献

　　本书分为两大部分，第一部分为理论篇，主要从最基本的定位目的出发，讲述了GPS卫星的信号格式和信号处理方式，包括信号的捕获和跟踪、伪距观测量和多普勒观测量的提取，以及最终定位导航的解算方法，第一部分的最后还讲述了GPS接收机设计中必须要考虑的射频前端的一些理论问题；第二部分为实现篇，主要根据第一部分的理论知识，如何实现GPS中频数据采集的软、硬件设计，并结合面向对象的思想实现了一台软件中频接收机。　　本书从电子技术和通信系统的角度讲解GPS接收机的设计开发原理，其内容集中在用户终端，即接收机的设计原理和软件实现上。全书分为两大部分，第一部分为理论篇，第二部分为实现篇。理论篇首先对导航的基本目的进行了阐述，并由一个浅显的二维导航系统对导航信号的特点进行了推导，随后阐述了GPS信号格式，对GPS信号的基带处理（捕获和跟踪）、伪距和多普勒观测量的性质和提取，以及定位和导航解算算法进行了详细的理论分析，同时对于直接影响接收机性能的射频前端部分做了理论分析；实现篇主要对本书实现的软件GPS接收机的系统实现和源代码进行了讲解，同时作为总结，将信号处理的结果和有意义的中间变量以图示的方式给出，可以使读者有一个感性的认识，同时提升学习兴趣。　　本书适合从事卫星导航接收机研发的技术人员和卫星通信接收机研究的研究人员，尤其是从事北斗系统研发的专业人员、CDMA通信系统研发人员，以及通信电子类专业的高年级本科生和研究生阅读，既可作为教学培训的教材，也可作为相关专业工程技术人员的参考资料。