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第1章 导引1

1.1GPS的起源1

1.2GPS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

1.3GPS提供的服务和限制8

1.4各国卫星导航系统的概况9

1.5GPS的性能指标11

1.6GPS的应用13

参考文献13

第2章 GPS信号及其导航电文16

2.1载波16

2.2伪码17

2.2.1二进制数随机序列17

2.2.2m序列18

2.2.3金码22

2.2.4C/A码24

2.2.5P码27

2.3数据码28

2.4GPS信号结构28

2.5导航电文32

2.5.1导航电文的格式33

2.5.2遥测字33

2.5.3交接字34

2.5.4第一数据块35

2.5.5第二数据块36

2.5.6第三数据块37

2.6GPS现代化计划38

参考文献40

第3章 GPS卫星轨道的理论和计算42

3.1空间坐标系42

3.1.1惯性坐标系42

3.1.2地球坐标系43

3.1.3WGS-84坐标系46

3.1.4直角坐标系间的旋转变换47

3.1.5站心坐标系48

3.2时间系统50

3.2.1世界时和原子时50

3.2.2GPS时间51

3.2.3晶体振荡器52

3.2.4GPS与相对论54

3.3GPS卫星轨道的理论55

3.3.1卫星的无摄运行轨道55

3.3.2开普勒轨道参数57

3.3.3卫星星历和历书参数59

3.4卫星空间位置的计算61

3.5卫星运行速度的计算63

3.6卫星轨道的插值计算65

参考文献67

第4章 GPS测量及其误差69

4.1伪距测量值69

4.1.1伪距的概念69

4.1.2伪距与测距码相位71

4.2载波相位测量值72

4.2.1载波相位的概念72

4.2.2多普勒频移与积分多普勒74

4.2.3伪距与载波相位的对比77

4.3测量误差78

4.3.1卫星时钟误差78

4.3.2卫星星历误差79

4.3.3电离层延时80

4.3.4对流层延时85

4.3.5多路径87

4.3.6接收机噪声89

4.4差分GPS的原理90

4.5伪距与载波相位的组合92

4.5.1载波相位平滑伪距92

4.5.2周整模糊度估算94

参考文献94

第5章 GPS定位原理与精度分析96

5.1牛顿迭代及其线性化方法96

5.2最小二乘法98

5.3伪距定位100

5.3.1伪距定位原理101

5.3.2伪距定位算法103

5.3.3二维定位及其辅助方程106

5.4定位精度分析108

5.4.1定位误差的方差分析108

5.4.2精度因子110

5.4.3卫星几何分布113

5.4.4伪卫星116

5.5接收机自主正直性监测116

5.5.1正直性监测的概念117

5.5.2伪距残余检测法118

5.5.3最小平方残余法119

5.5.4最大解分离法120

5.6多普勒定速120

5.7定时、授时与校频122

参考文献123

第6章 卡尔曼滤波及其应用127

6.1滤波的意义127

6.2α-β滤波128

6.3卡尔曼滤波129

6.3.1滤波模型130

6.3.2滤波算法131

6.3.3举例与讨论134

6.3.4滤波数值计算138

6.3.5非线性滤波141

6.4系统模型的建立143

6.4.1连续时间系统的建模143

6.4.2离散时间系统的建模146

6.5GPS定位的卡尔曼滤波算法147

6.5.1接收机时钟模型148

6.5.2用户运动模型149

6.5.3卡尔曼滤波定位算法151

6.6其他滤波技术152

参考文献153

第7章 差分定位和精密定位156

7.1差分定位156

7.1.1差分的种类156

7.1.2差分校正量158

7.1.3局域差分系统161

7.1.4广域差分系统163

7.2精密定位系统166

7.2.1单差166

7.2.2双差169

7.2.3三差171

7.2.4相对定位的根本问题172

7.3多频测量值的组合174

7.3.1线性组合174

7.3.2窄巷、宽巷和超宽巷组合177

7.4周整模糊度的求解技术179

7.4.1交换天线位置180

7.4.2几何多样性181

7.4.3利用伪距的取整估算法181

7.4.4LAMBDA算法183

7.4.5逐级模糊度确定法186

参考文献188

第8章 GPS与航位推测系统的组合192

8.1惯性导航系统192

8.1.1惯性传感器的种类192

8.1.2惯性导航的分类194

8.1.3惯性导航的基本原理194

8.1.4惯性传感测量误差195

8.2航位推测系统196

8.2.1航位推测的基本原理196

8.2.2ABS车轮转速传感器197

8.3组合的意义201

8.4组合的工具202

8.4.1互补型滤波器202

8.4.2分散卡尔曼滤波203

8.5组合的方式204

8.5.1松性组合204

8.5.2紧性组合205

8.5.3深性组合206

参考文献207

第9章 地图匹配210

9.1地图匹配的意义210

9.2电子地图211

9.2.1UTM投影系统211

9.2.2数字高程模型212

9.2.3道路网数据库213

9.3地图匹配算法综述214

9.4几何匹配算法217

9.4.1点-点匹配法218

9.4.2点-线匹配法218

9.4.3线-线匹配法219

9.4.4改良型几何匹配算法220

9.5概率匹配算法223

9.6紧性组合匹配算法225

9.7综合匹配算法226

9.7.1加权法227

9.7.2D-S理论227

9.7.3模糊推理230

9.8匹配路段上的位置点匹配231

参考文献233

第10章 GPS接收机及其射频前端236

10.1GPS接收机的概况237

10.2接收天线241

10.2.1自由空间传播公式241

10.2.2信噪比和载噪比244

10.2.3串联器件的噪声指数246

10.2.4右旋圆极化248

10.2.5天线的种类250

10.3射频前端处理252

10.3.1射频信号调整252

10.3.2下变频混频254

10.3.3中频信号滤波放大259

10.3.4模数转换260

参考文献263

第11章 载波环266

11.1信号跟踪原理266

11.2相位锁定环路268

11.2.1基本工作原理269

11.2.2环路阶数271

11.2.3稳态响应275

11.2.4环路参数278

11.2.5I/Q解调281

11.2.6相干积分286

11.2.7鉴相方法的种类291

11.2.8测量误差与跟踪门限292

11.3频率锁定环路295

11.3.1基本工作原理295

11.3.2鉴频方法的种类298

11.3.3测量误差与跟踪门限300

11.4锁相环与锁频环的对比与组合301

参考文献302

第12章 码环和基带数字信号处理304

12.1码环304

12.1.1延迟锁定环路304

12.1.2相关器与自相关函数307

12.1.3非相干积分310

12.1.4鉴相方法的种类314

12.1.5测量误差与跟踪门限317

12.2信号的跟踪320

12.2.1载波环与码环的组合320

12.2.2锁定检测323

12.3基带数字信号处理324

12.3.1位同步324

12.3.2帧同步328

12.3.3奇偶检验和电文译码330

12.3.4测量值的生成332

12.4多路径效应及其抑制333

12.4.1多路径效应334

12.4.2多路径抑制337

12.5干扰341

参考文献344

第13章 信号的捕获349

13.1信号捕获的概况349

13.1.1三维搜索349

13.1.2启动方式352

13.1.3搜索范围估算354

13.1.4信号检测358

13.1.5载噪比的测定362

13.1.6捕获与跟踪之间的转换364

13.2信号搜索捕获算法366

13.2.1线性搜索366

13.2.2并行频率搜索370

13.2.3并行码相位搜索372

13.2.4其他信号捕获算法374

13.2.5卫星搜索次序375

13.3高灵敏度GPS376

13.3.1加长积分时间377

13.3.2大块相关器设计380

13.3.3辅助GPS（AGPS）381

13.4互相关干扰及其抑制384

13.4.1互相关干扰384

13.4.2互相关干扰抑制385

13.5接收机设计的发展趋势387

参考文献389

附录A 缩写词中英对照394

附录B 单位制及其换算400

附录C 随机变量和随机过程401

附录D 拉普拉斯变换407

附录E Z变换410

附录F 傅里叶变换和采样定理413

附录G 离散傅里叶变换417

附录H GPS数据格式420