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第1章 全球导航卫星系统概述 1

1.1 绪论 1

1.2 美国GPS概况 2

1.2.1 GPS的发展 2

1.2.2 GPS的组成结构 4

1.2.3 GPS的现代化 10

1.3 俄罗斯GLONASS概况 12

1.3.1 GLONASS发展历程 12

1.3.2 GLONASS系统组成 13

1.3.3 GLONASS现代化 17

1.4 中国北斗卫星导航系统概况 18

1.4.1 北斗导航试验系统 19

1.4.2 北斗导航试验系统原理与特点 21

1.4.3 北斗卫星导航系统的发展 22

1.5 欧洲伽利略系统概况 24

1.5.1 伽利略计划的背景情况 25

1.5.2 伽利略系统的整体架构 25

1.5.3 伽利略系统的特色 28

1.6 其他重要的区域导航卫星系统 30

1.6.1 日本准天顶卫星系统 30

1.6.2 中国区域定位系统 32

1.6.3 印度区域导航卫星系统 33

1.7 本章小结 35

思考题 35

参考文献 35

第2章 GNSS坐标及运动基础知识 37

2.1 卫星运行的时间坐标系统 37

2.1.1 平太阳时、世界时、恒星时 37

2.1.2 原子时（AT） 38

2.1.3 协调世界时（UTC） 38

2.1.4 四大全球导航卫星系统的时间体系 38

2.1.5 地球动力学时（TDT） 39

2.2 卫星运行的空间坐标系统 40

2.2.1 基本概念 40

2.2.2 协议天球坐标系 41

2.2.3 协议地球坐标系 43

2.2.4 大地坐标系介绍 44

2.2.5 坐标系的转化算法 48

2.3 卫星运动的物理理论基础 52

2.3.1 开普勒定律 52

2.3.2 牛顿三大运动定律 53

2.3.3 多普勒效应 53

2.3.4 爱因斯坦相对论 54

2.4 卫星的无摄运动 54

2.4.1 导航卫星的运动方程求解 54

2.4.2 卫星运动的轨道参数 56

2.4.3 卫星的瞬时位置 57

2.4.4 卫星的运行速度 60

2.5 卫星的受摄运动 61

2.5.1 地球引力场摄动力对卫星轨道的影响 61

2.5.2 太阳、月亮引力对卫星轨道的影响 63

2.5.3 太阳光压对卫星轨道的影响 63

2.5.4 相对论效应影响 63

2.6 卫星轨道与星座知识 64

2.6.1 卫星的工作区域 64

2.6.2 卫星轨道划分及其特点 66

2.6.3 卫星星座基本构型及其约束 69

2.6.4 常见星座构型模型 70

2.7 本章小结 71

思考题 71

参考文献 72

第3章 导航信号编码、调制与接收 73

3.1 信息编码基本原理 73

3.1.1 信息编码及其特点 73

3.1.2 GPS的导航电文格式 76

3.1.3 GPS信号中的伪随机码及其特点 79

3.2 GPS的信号编码及调制 82

3.2.1 卫星信号的BPSK调制方式 82

3.2.2 卫星信号的BOC调制方式 84

3.2.3 调制后的GPS信号汇总 84

3.3 GPS信号接收机对卫星信号的处理 85

3.3.1 接收机信号的处理流程 85

3.3.2 接收机对GPS信号的捕获 86

3.3.3 接收机对GPS信号的跟踪 88

3.3.4 GPS卫星星历的用户算法 89

3.4 北斗系统的信号规范和导航电文 91

3.4.1 北斗系统发布的信号规范 91

3.4.2 北斗系统的导航电文 94

3.4.3 北斗卫星系统的服务性能及其他说明 107

3.5 其他GNSS信号以及导航电文 109

3.5.1 GLONASS信号以及导航电文 109

3.5.2 GALILEO系统的信号特征 117

3.6 GNSS信号处理技术的相关发展 118

3.6.1 GNSS信号接收机的软件化 118

3.6.2 接收机射频干扰应对技术 120

3.6.3 GNSS的通信定位一体化趋势 121

3.7 本章小结 121

思考题 121

参考文献 121

第4章 接收机的观测量及其性质 123

4.1 GNSS的时间概念 123

4.2 测码伪距观测量 124

4.2.1 测码伪距观测量 124

4.2.2 测码伪距观测方程 125

4.2.3 测码伪距观测方程的线性化 125

4.3 测相伪距观测量 126

4.3.1 载波相位观测量与测相伪距观测方程 127

4.3.2 测相伪距观测方程的线性化 128

4.3.3 整周模糊度及周跳 129

4.4 多普勒积分观测量 132

4.5 对GNSS观测量的物理影响 133

4.5.1 与卫星有关的误差 133

4.5.2 与卫星信号传播有关的误差 134

4.5.3 多路径效应影响 137

4.5.4 与接收设备有关的误差 139

4.5.5 其他误差来源 139

4.6 观测量的数据组合 140

4.6.1 数据组合的基本模式 141

4.6.2 各种不同的数据组合方式 142

4.6.3 组合模式在TCAR整周模糊度求解中的应用 143

4.6.4 组合算法与未组合算法的等价性说明 144

4.7 本章小结 145

思考题 145

参考文献 145

第5章 GNSS功能实现原理 147

5.1 GPS授时功能原理 147

5.1.1 单站测时法 148

5.1.2 共视测时法 149

5.1.3 各种测时方法精度对比 149

5.2 GNSS定位基本概念和原理 150

5.2.1 GNSS测码伪距定位 153

5.2.2 GNSS测相伪距定位 155

5.2.3 导航卫星几何分布及其对定位精度影响 156

5.3 GNSS载体速度测量原理 159

5.3.1 平均速度法 159

5.3.2 多普勒频移法 159

5.4 GNSS测姿原理 161

5.4.1 单天线测姿原理与算法 161

5.4.2 多天线测姿原理与算法 165

5.5 GNSS演示试验 168

5.5.1 GNSS软件接收机定位演示试验 168

5.5.2 GNSS应用软件演示试验 173

5.5.3 北斗／GPS双星座接收机演示试验 174

5.6 本章小结 175

思考题 175

参考文献 175

第6章 各类GNSS增强技术 176

6.1 差分GPS定位原理 176

6.1.1 伪距差分定位 177

6.1.2 载波相位差分定位 178

6.1.3 差分与非差分方法的等价性说明 182

6.1.4 GPS RTK工作原理 182

6.2 伪卫星增强技术 183

6.2.1 伪卫星技术背景及分类 183

6.2.2 伪卫星信号结构及其发射强度分析 185

6.2.3 伪卫星增强技术相关技术问题 186

6.3 星基差分增强系统 189

6.3.1 美国广域差分增强系统（WAAS） 191

6.3.2 欧洲静地导航重叠系统（EGNOS） 195

6.3.3 俄罗斯卫星差分校正和监测系统（SDCM） 197

6.3.4 日本多功能卫星的星基增强系统（MSAS） 197

6.3.5 美国NavCom公司的StarFire系统 198

6.4 基于卫星导航系统的CORS系统 199

6.4.1 世界主要CORS的发展现状 200

6.4.2 CORS的构成和定位中的误差源 201

6.4.3 世界主要CORS应用领域和特点 203

6.5 GNSS兼容互操作技术 204

6.5.1 GNSS系统的时间互操作 204

6.5.2 GNSS兼容互操作的难点和解决途径 205

6.5.3 GNSS信号及其兼容接收机 209

6.6 GNSS完好性及其组合导航技术 212

6.6.1 接收机自主完好性检测（RAIM） 212

6.6.2 外部检测站完好性检测 213

6.6.3 多星座GNSS组合导航性能分析 214

6.6.4 GNSS与其他系统的组合应用 219

6.7 本章小结 222

思考题 222

参考文献 222

第7章 GNSS的各类应用探讨 225

7.1 卫星授时在电力系统中的应用 225

7.1.1 授时技术在电力系统中的应用 225

7.1.2 卫星时间同步装置原理 226

7.1.3 高精度GNSS时间同步装置设计应注意的问题 227

7.2 GNSS在大地测量方面的应用 228

7.2.1 不同层次的GPS网应用实例 228

7.2.2 RTK技术的控制测量与测图应用研究 230

7.2.3 基于GNSS的航空摄影测量 231

7.3 GNSS在车辆交通系统中的应用 233

7.3.1 自动车辆定位导航系统 233

7.3.2 基于GPS-GPRS的车载导航定位系统的应用 234

7.3.3 GNSS增强系统在智能交通应用发展 237

7.4 GNSS在航海中的应用 237

7.4.1 GNSS导航仪在航海中的航迹导航 237

7.4.2 北斗系统的通信功能在航海方面重要应用 239

7.4.3 DGPS在打捞残骸过程中的定位应用 240

7.5 GNSS在航空航天方面的应用 242

7.5.1 GNSS在航空航天中应用概述 242

7.5.2 GNSS主要军事的应用领域 243

7.5.3 GNSS在精确打击武器上的应用 244

7.6 GNSS在其他领域的应用 246

7.6.1 GNSS信号在大气、海洋、陆面遥感探测方面的应用 246

7.6.2 GNSS在精密农业中的应用 248

7.6.3 GNSS在林业管理方面的应用 248

7.7 本章小结 249

思考题 250

参考文献 250