北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是中國自主建設、獨立運營的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，已經(jīng)被廣泛應用于交通、測繪、航空、航天、航海、農(nóng)業(yè)、水利、救援等領域，在中國的國民經(jīng)濟和國防安全中發(fā)揮著重要作用。本書根據(jù)衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基本原理和北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的技術文獻，以及衛(wèi)星導航接收機的結(jié)構和特點，在北斗衛(wèi)星導航原理的基礎上，重點介紹北斗導航電文的組成、北斗接收機的技術指標和軟件接收機的信號處理方法。本書共8章，主要內(nèi)容包括：緒論、衛(wèi)星導航系統(tǒng)空間坐標系統(tǒng)與時間系統(tǒng)、衛(wèi)星的運動與星歷、北斗系統(tǒng)衛(wèi)星信號、北斗系統(tǒng)定位原理、北斗衛(wèi)星導航接收機、北斗系統(tǒng)信號的捕獲與跟蹤、GPS系統(tǒng)和其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)等。
范錄宏，博士，電子科技大學信息與通信工程學院副教授，碩士生導師，IEEE會員，中國電子學會會員。長期從事衛(wèi)星導航與定位、雷達成像等方面的研究工作，曾主持和參與了多項國家級和省部級科研項目，獲得國家發(fā)明專利5項，在國內(nèi)外學術刊物和會議上發(fā)表學術論文十多篇。講授研究生課程“衛(wèi)星導航原理與應用”和本科生課程“導航與定位技術”多年。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 導航的基本概念 1
1.2 導航的分類 1
1.3 導航系統(tǒng)的技術指標 4
1.4 無線電導航定位 5
1.4.1 電磁波 5
1.4.2 電磁波測量原理 8
1.4.3 無線電導航定位方法 12
1.5 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) 15
1.5.1 北斗系統(tǒng)的建設和發(fā)展 15
1.5.2 北斗系統(tǒng)的組成 16
1.5.3 北斗系統(tǒng)公開服務區(qū) 17
1.5.4 北斗系統(tǒng)公開服務性能指標 18
1.5.5 北斗系統(tǒng)應用與產(chǎn)業(yè)化 18
習題 20
第2章 空間坐標系統(tǒng)與時間系統(tǒng) 21
2.1 地球的運動 21
2.1.1 地球自轉(zhuǎn) 22
2.1.2 地球公轉(zhuǎn) 22
2.1.3 地球自轉(zhuǎn)角速度和線速度 23
2.1.4 地球公轉(zhuǎn)特性 24
2.1.5 地球自轉(zhuǎn)的意義 25
2.1.6 地球公轉(zhuǎn)的意義 25
2.2 坐標系統(tǒng) 27
2.2.1 天球坐標系 27
2.2.2 地球坐標系 32
2.2.3 國家大地坐標系統(tǒng) 36
2.2.4 北斗坐標系統(tǒng)（BDCS） 39
2.3 時間系統(tǒng) 40
2.3.1 時間的基本概念 40
2.3.2 世界時系統(tǒng) 40
2.3.3 原子時系統(tǒng) 41
習題 44
第3章 衛(wèi)星的運動與星歷 45
3.1 開普勒三定律 45
3.1.1 開普勒第一定律 46
3.1.2 開普勒第二定律 47
3.1.3 開普勒第三定律 47
3.2 衛(wèi)星運動的軌道參數(shù) 48
3.3 二體問題 50
3.3.1 衛(wèi)星的無攝運動和受攝運動 50
3.3.2 二體問題概述 51
3.3.3 真近點角fs的計算 59
3.4 衛(wèi)星的位置和運行速度計算 60
3.4.1 衛(wèi)星位置的計算 60
3.4.2 衛(wèi)星運行速度的計算 62
3.5 北斗衛(wèi)星星歷 63
3.5.1 北斗衛(wèi)星的廣播星歷 64
3.5.2 由廣播星歷計算BDS衛(wèi)星坐標 65
3.5.3 由廣播歷書計算BDS衛(wèi)星坐標 68
3.5.4 衛(wèi)星的精密星歷 69
習題 70
第4章 北斗導航衛(wèi)星信號 71
4.1 北斗衛(wèi)星的測距碼 71
4.1.1 偽隨機碼 71
4.1.2 Gold碼 72
4.1.3 BDS測距碼 73
4.2 載波信號 78
4.2.1 信號結(jié)構 78
4.2.2 信號特性 78
4.3 導航電文 79
4.3.1 D1導航電文 80
4.3.2 D2導航電文 81
4.3.3 導航電文數(shù)據(jù)碼糾錯編碼 82
4.3.4 D1導航電文的內(nèi)容 84
4.3.5 D2導航電文的內(nèi)容 89
4.4 衛(wèi)星的信號強度與覆蓋 92
4.4.1 北斗衛(wèi)星的信號強度 92
4.4.2 BDS衛(wèi)星對地面的覆蓋 94
習題 97
第5章 北斗系統(tǒng)定位原理 98
5.1 基本概念 99
5.1.1 靜態(tài)定位和動態(tài)定位 99
5.1.2 絕對定位和相對定位 100
5.1.3 差分定位 100
5.2 偽距法測量 101
5.2.1 偽距的概念 101
5.2.2 偽距測量 102
5.3 偽距觀測方程及定位計算 103
5.3.1 偽距觀測方程的建立和線性化 103
5.3.2 定位計算 104
5.4 載波相位觀測方程 107
5.4.1 載波相位測量原理 107
5.4.2 載波相位觀測方程 108
5.4.3 載波相位觀測的主要問題 109
5.5 觀測衛(wèi)星的精度 109
5.5.1 北斗系統(tǒng)測量誤差 109
5.5.2 精度因子 112
5.5.3 衛(wèi)星的幾何分布 113
5.6 BDS相對定位 114
5.6.1 靜態(tài)相對定位 115
5.6.2 動態(tài)相對定位 117
5.7 差分BDS 118
5.7.1 差分BDS的原理 118
5.7.2 差分BDS的分類 118
5.7.3 位置差分 119
5.7.4 偽距差分 120
5.7.5 載波相位差分 120
習題 121
第6章 北斗衛(wèi)星導航接收機 123
6.1 衛(wèi)星導航接收機的組成與功能 123
6.2 北斗接收機的分類 125
6.2.1 按接收機的工作原理分類 125
6.2.2 按服務模式分類 126
6.2.3 按接收機的用途分類 126
6.2.4 按接收機的載波頻率分類 126
6.2.5 按接收機的通道數(shù)分類 127
6.3 北斗接收機的主要技術指標 127
6.4 北斗接收機天線 129
6.4.1 微帶天線的特點 129
6.4.2 微帶天線的基本結(jié)構 130
6.4.3 微帶天線的圓極化 131
6.5 北斗接收機的前端 132
6.5.1 BDS接收機射頻前端系統(tǒng)結(jié)構 133
6.5.2 信噪比 137
6.5.3 信噪系數(shù) 137
6.5.4 靈敏度 138
6.6 BDS接收機的信號解調(diào) 139
6.6.1 模擬正交解調(diào) 139
6.6.2 數(shù)字正交解調(diào) 140
6.7 BDS接收機設計規(guī)范 143
6.7.1 導航型終端 143
6.7.2 測量型終端 144
6.7.3 定時型終端 145
6.7.4 位置報告/短報文型終端 147
習題 149
第7章 北斗系統(tǒng)信號的捕獲與跟蹤 150
7.1 BDS軟件接收機 150
7.2 BDS信號的捕獲 152
7.2.1 BDS信號捕獲原理 152
7.2.2 捕獲關鍵參數(shù)分析 154
7.3 捕獲算法 157
7.3.1 串行搜索捕獲算法 157
7.3.2 FFT頻域捕獲算法 158
7.3.3 基于循環(huán)相關的快速捕獲算法 160
7.3.4 捕獲算法性能對比 162
7.4 BDS信號的跟蹤 163
7.5 載波跟蹤環(huán) 167
7.6 碼跟蹤環(huán) 169
7.7 BDS接收機中的跟蹤環(huán) 172
7.8 多路徑效應 174
習題 176
第8章 GPS和其他衛(wèi)星導航系統(tǒng) 177
8.1 GPS 177
8.1.1 GPS的組成 177
8.1.2 GPS的信號 178
8.1.3 GPS的導航電文 180
8.1.4 GPS衛(wèi)星信號的調(diào)制 182
8.1.5 GPS的時間和坐標系統(tǒng) 183
8.1.6 GPS的定位精度 184
8.1.7 廣域差分增強系統(tǒng) 184
8.2 GLONASS 184
8.2.1 GLONASS的組成 185
8.2.2 GLONASS的信號 185
8.2.3 GLONASS的導航電文 186
8.2.4 GLONASS的時間和坐標系統(tǒng) 186
8.2.5 GLONASS的標準精度 187
8.2.6 GLONASS的應用范圍 187
8.3 Galileo系統(tǒng) 188
8.3.1 Galileo系統(tǒng)的組成 188
8.3.2 Galileo系統(tǒng)的信號 189
8.3.3 Galileo系統(tǒng)的服務 190
參考文獻 192
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