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理论篇3

第1章 定位、坐标系和时间标准3

1.1 问题的提出3

1.1.1 基本的目的和基本的定位系统3

1.1.2 时钟问题5

1.1.3 一个改进的系统7

1.1.4 改进后系统的总结9

1.2 常用坐标系11

1.2.1 地心惯性坐标系11

1.2.2 测地坐标系11

1.2.3 ECEF坐标系13

1.2.4 ENU坐标系16

1.2.5 本体坐标系17

1.3 时间系统18

1.3.1 太阳时和恒星时19

1.3.2 力学时20

1.3.3 原子时和协调世界时UTC20

1.3.4 GPS时21

第2章 GPS卫星和导航信号24

2.1 GPS卫星星座分布24

2.2 GPS信号的基本结构28

2.3 GPS信号中的伪随机码31

2.4 GPS信号中的导航电文36

2.5 不同卫星信号的时间关系43

第3章 GPS信号的捕获47

3.1 信号捕获的基本概念47

3.2 基于硬件相关器的信号捕获51

3.3 基于FFT算法的信号捕获56

3.4 基于相位补偿和同步数据块累加的快速捕获58

第4章 GPS信号的跟踪68

4.1 基本锁相环68

4.1.1 一阶环70

4.1.2 二阶环72

4.2 基本锁相环噪声分析73

4.3 载波跟踪环76

4.4 伪码跟踪环81

4.5 GPS接收机中的跟踪环88

第5章 数据解调和观测量的提取92

5.1 导航电文的解调92

5.2 卫星参数解算95

5.2.1 卫星轨道的理论分析96

5.2.2 利用星历数据计算卫星位置和速度101

5.3 伪距观测量的提取108

5.4 多普勒观测量的提取111

第6章 定位和导航解算115

6.1 Least Square方法115

6.1.1 Least Square基本原理115

6.1.2 加权的Least Square方法118

6.1.3 位置解算121

6.1.4 速度解算126

6.1.5 几何精度因子128

6.1.6 卫星的仰角和辐角133

6.2 卡尔曼滤波方法135

6.2.1 递归最小二乘法（RLS）135

6.2.2 基本的卡尔曼滤波器140

6.2.3 从连续时间系统到离散时间系统142

6.2.4 扩展卡尔曼滤波器146

6.2.5 GPS接收机常用的几种KF模型148

6.2.6 具体实现中的问题155

6.3 最小二乘法和卡尔曼滤波的比较158

第7章 射频前端162

7.1 卫星信号的发射与接收162

7.2 带通采样原理166

7.3 中频采样方案169

7.4 射频采样方案171

7.5 射频载噪比和基带信噪比的关系175

7.6 射频前端频率方案实例分析177

实现篇183

第8章 GPS中频数据采集的硬件实现183

8.1 常用的几种射频前端芯片184

8.1.1 Zarlink公司的GP2010/GP2015184

8.1.2 SiGe公司的SE4110187

8.1.3 Maxim公司的MAX2769191

8.2 PC接口的软硬件设计194

第9章 GPS软件接收机的C＋＋实现198

9.1 面向对象的编程思想198

9.2 核心信号处理模块204

9.2.1 多通道相关器204

9.2.2 控制器213

9.2.3 信号捕获模块218

9.3 应用软件接口219

9.3.1 信号源219

9.3.2 应用软件和核心处理模块接口221

第10章 程序运行界面和数据处理结果分析223

10.1 程序运行界面223

10.1.1 控制台应用程序223

10.1.2 图形界面应用程序226

10.2 数据处理结果分析233

附录A 基本的矩阵和向量运算247

A.1 逆矩阵及其性质247

A.2 矩阵的特征值和特征向量248

A.3 二次型和有定矩阵249

A.4 几种重要的矩阵分解251

A.5 矩阵分析初步255

附录B 直角坐标系的转换和旋转258

附录C 级联系统的噪声系数265

附录D 和椭圆相关的推导267

参考文献270