全球导航卫星系统原理

第1章 绪论篇

1.1 GNSS

1.1.1 GNSS的定义

1.1.2 GNSS的系统构成

1.1.3 GNSS定位原理

1.1.4 GNSS接收机设计

1.1.5 GNSS性能指标

1.2 GPS

1.2.1 GPS概况

1.2.2 GPS空间星座部分

1.2.3 GPS地面监控部分

1.2.4 GPS服务与限制

1.3 GLONASS

1.3.1 GLONASS概况

1.3.2 GLONASS空间星座部分

1.3.3 GLONASS地面监控部分

1.3.4 GLONASS服务

1.4 Galileo系统

1.4.1 Galileo系统概况和系统构成

1.4.2 Galileo系统服务

1.5 其他GNSS概况

我国的北斗卫星导航系统

日本准天顶卫星系统

印度区域卫星导航系统

参考文献

第2章 BPSK-R和BOC调制

2.1 数字通信系统基础

2.1.1 扩频调制

2.1.2 载波调制

2.2 BPSK-R调制

2.2.1 BPSK-R调制信号的功率谱密度

2.2.2 BPSK-R调制信号的自相关函数

2.3 BOC调制

2.3.1 BOC调制信号模型

2.3.2 BOC调制副载波的频谱

2.3.3 BOC调制信号的功率谱密度

2.3.4 BOC调制信号的自相关函数计算

2.3.5 BOC调制信号的自相关函数特征

2.3.6 BOC调制的优缺点

参考文献

第3章 MBOC、AltBOC和复用调制

3.1 MBOC调制

3.1.1 MBOC调制信号的定义

3.1.2 TMBOC调制

3.1.3 CBOC调制

3.2 AltBOC调制

3.2.1 单边带副载波

3.2.2 非恒包络AltBOC调制

3.2.3 恒包络AltBOC调制

3.3 复用调制

3.3.1 Interplex调制

3.3.2 CASM

参考文献

第4章 GPS信号

4.1 概况

4.2 L1 C/A信号

4.2.1 C/A码

4.2.2 NAV电文

4.3 L1/L2 P(Y)信号

4.4 L2C信号

4.4.1 L2 CM/CL码

4.4.2 L2C的数据调制

4.5 L1/L2 M信号

4.6 L5C信号

4.6.1 L5 I5/Q5码

4.6.2 L5C的数据调制

4.7 L1C信号

4.7.1 L1C伪码

4.7.2 L1C覆盖码

4.7.3 L1C的数据调制

4.8 CNAV电文

4.8.1 CNAV电文的结构

4.8.2 第0类信息条

4.8.3 第10～11类信息条

4.8.4 第12类信息条

4.8.5 第13～14类信息条

4.8.6 第15类信息条

4.8.7 第30～37类信息条

4.8.8 信息条播发顺序

4.8.9 CRC-24Q校验

4.8.10 L2C与L5C上CNAV电文之间的差异

4.9 CNAV-2电文

4.9.1 CNAV-2电文的结构

4.9.2 BCH编码

4.9.3 LDPC编码

4.9.4 块交织编码

4.9.5 CNAV-2电文的内容

参考文献

第5章 GLONASS信号

5.1 概况

5.2 伪码

5.2.1 C/A码

5.2.2 P码

5.2.3 时间志

5.3 数据调制

5.4 导航电文

5.4.1 导航电文结构

5.4.2 导航电文内容

5.4.3 导航电文即时数据

5.4.4 导航电文非即时数据

5.4.5 数据校验算法

5.4.6 解译电文的实例分析

参考文献

第6章 Galileo信号

6.1 概况

6.2 E1信号

6.3 E6信号

6.4 E5信号

6.5 阶梯码

6.5.1 阶梯码的构筑

6.5.2 主码

6.5.3 副码

6.6 F/NAV和I/NAV电文

6.6.1 F/NAV和I/NAV电文的共同结构特点

6.6.2 F/NAV电文的结构和内容

6.6.3 I/NAV电文的结构和内容

6.6.4 F/NAV和I/NAV电文的共同参数内容

参考文献

第7章 GNSS时空坐标系和卫星轨道计算

7.1 时间坐标系

7.1.1 协调世界时和原子时

7.1.2 GPS时间

7.1.3 GLONASS时间

7.1.4 Galileo系统时间

7.2 空间坐标系

7.2.1 惯性坐标系

7.2.2 地心地固直角坐标系

7.2.3 大地坐标系

7.2.4 站心坐标系

7.2.5 GPS、Galileo和GLONASS的空间坐标系

7.2.6 WGS-84与PZ-90之间的坐标变换

7.3 GPS/Galileo卫星轨道计算

7.4 GLONASS卫星轨道计算

7.4.1 卫星运动方程

7.4.2 龙格-库塔法

7.5 卫星位置的地球自转校正

参考文献

第8章 GNSS测量及其误差

8.1 GNSS测量值

8.1.1 伪距测量值

8.1.2 多普勒频移和载波相位测量值

8.1.3 GNSS测量值之间的比较

8.2 GNSS测量误差

8.2.1 卫星时钟误差

8.2.2 卫星星历误差

8.2.3 电离层延时

8.2.4 对流层延时

8.2.5 多径误差

8.2.6 接收机噪声

8.2.7 接收机器件群波延时及其信道间差异

8.3 差分GNSS原理及其测量

8.3.1 差分GNSS原理

8.3.2 GNSS单差伪距

8.3.3 GNSS双差伪距

8.3.4 GNSS单差载波相位

8.3.5 GNSS双差载波相位

参考文献

第9章 GNSS定位及其精度

9.1 单个GNSS的定位算法

9.1.1 牛顿迭代及其线性化方法

9.1.2 最小二乘法

9.1.3 伪距定位原理

9.1.4 最小二乘法伪距定位算法

9.1.5 二维定位及其辅助方程

9.1.6 多普勒定速算法

9.1.7 免时定位算法

9.2 单个GNSS的定位精度分析

9.2.1 定位误差的方差分析

9.2.2 精度衰减因子

9.2.3 卫星几何分布

9.3 GNSS联合定位

9.3.1 接收机钟差模型

9.3.2 算法1：直接利用系统时间差异播发值校正测量值

9.3.3 算法2：在接收机端测定系统时间差异值

9.3.4 算法3：建立系统时间差异辅助方程

9.3.5 对算法和卫星几何分布的一些讨论

9.4 差分GNSS相对定位算法

9.4.1 单差伪距定位

9.4.2 双差伪距定位

9.4.3 单差载波相位定位

9.4.4 双差载波相位定位

参考文献

第10章 总结篇

10.1 联合GNSS的优势与挑战

10.2 GNSS信号性能的定量评估

10.2.1 GNSS接收机模型

10.2.2 均方根带宽和等效矩形带宽

10.2.3 谱分离系数和码跟踪谱灵敏度系数

10.2.4 等效载噪比和信干噪比

10.2.5 自相关函数和码环跟踪精度

10.2.6 抗多径性能

10.3 GNSS设计及其发展趋势

10.3.1 卫星星座布局

10.3.2 卫星星座自主导航

10.3.3 信号多址机制

10.3.4 频率规划

10.3.5 伪码

10.3.6 信号波形

10.3.7 导频信号

10.3.8 导航电文

10.3.9 时空坐标系

参考文献

附录A 缩写词中英对照

附录B 单位制及其换算

附录C 傅里叶变换

附录D 随机变量及其数字特征

附录E 自相关函数和频谱密度

《国防电子信息技术丛书·全球导航卫星系统原理：GPS、格洛纳斯和伽利略系统》是全球第一本真正意义上介绍GNSS的书籍，描述了以GPS、格洛纳斯和伽利略这三大系统为主要对象的GNSS的概况，详尽探讨了BPSK-R、BOC、MBOC/TMBOC/CBOC、AltBOC等多种信号调制技术和Interplex、CASM两种复用调制方式，全面剖析了三大系统的卫星信号体制和导航电文，具体给出了三大系统的卫星在它们各自相应时空坐标系中的位置和速度的计算步骤，清晰地解释了伪距、载波相位和多普勒频率等GNSS测量值的定义及其各种测量误差源，深刻、透彻地讨论了单一GNSS、联合GNSS和差分GNSS的定位算法，介绍了多个可用来定量评估不同卫星调制信号在码跟踪精度、互操作性、抗干扰、抗多径等方面性能的参量和方法，归纳总结了现代化GNSS在星座和信号设计方面上所具有的一些优良特性和发展趋势。《国防电子信息技术丛书·全球导航卫星系统原理：GPS、格洛纳斯和伽利略系统》理论分析清晰，实用性强，并且内容力求反映近些年来出现的GNSS最新技术与成果。