目錄
叢書(shū)序
序言
前言
第1章 緒論 1
1.1 GNSS發(fā)展歷史 1
1.2 現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 2
1.2.1 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 2
1.2.2 GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 5
1.2.3 Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 6
1.2.4 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 7
1.3 GNSS高精度定位應(yīng)用 8
1.3.1 走向高頻 8
1.3.2 從誤差源到信息源 8
1.3.3 單天線(xiàn)擴(kuò)展到多天線(xiàn) 9
1.3.4 多技術(shù)融合 9
1.3.5 高精度動(dòng)態(tài)應(yīng)用 10
1.3.6 GNSS無(wú)線(xiàn)電掩星探測(cè) 11
第2章 GNSS信號(hào)構(gòu)成 12
2.1 GPS信號(hào)構(gòu)成 12
2.1.1 載波 12
2.1.2 偽碼 13
2.1.3 數(shù)據(jù)碼 16
2.1.4 導(dǎo)航電文 17
2.2 其他導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)構(gòu)成 18
2.2.1 GLONASS衛(wèi)星信號(hào) 18
2.2.2 Galileo系統(tǒng)的信號(hào)構(gòu)成 19
2.2.3 北斗導(dǎo)航系統(tǒng) 20
第3章 GNSS信號(hào)的基本特征和傳播 22
3.1 電磁波信號(hào)的物理特征 22
3.1.1 麥克斯韋方程組和平面電磁波 22
3.1.2 電磁波的頻率特征 26
3.1.3 電磁波的極化特征 27
3.1.4 電磁波的干涉和衍射 28
3.1.5 電磁波的多普勒效應(yīng) 29
3.2 GNSS信號(hào)的傳播：從自由空間到地面 30
3.2.1 GNSS信號(hào)在電離層中的傳播 30
3.2.2 GNSS信號(hào)在對(duì)流層中的傳播 38
3.2.3 GNSS信號(hào)在地面的廣義多路徑效應(yīng) 51
計(jì)算和思考 63
第4章衛(wèi)星信號(hào)處理 65
4.1 GNSS接收機(jī)捕獲原理 65
4.1.1 串行捕獲算法 66
4.1.2 基于FFT/IFFT的并行捕獲算法 68
4.1.3 弱信號(hào)的捕獲算法 70
4.2 GNSS接收機(jī)跟蹤原理 74
4.2.1 載波跟蹤算法 74
4.2.2 碼跟蹤算法 83
4.3 軟件接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 86
4.3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu) 87
4.3.2 射頻信號(hào)接收硬件設(shè)計(jì)與分析 87
第5章 地面接收端產(chǎn)生的誤差 94
5.1衛(wèi)星和接收機(jī)天線(xiàn)相位中心偏差 94
5.1.1 微波暗室測(cè)定 95
5.1.2 室外機(jī)器人測(cè)定 96
5.1.3 室外短基線(xiàn)測(cè)定 97
5.2 多路徑誤差 100
5.2.1 多路徑誤差定義 100
5.2.2 多路徑特征 100
5.2.3 多路徑消除方法概述 103
5.3 接收機(jī)鐘差和周跳 105
5.3.1 接收機(jī)鐘誤差 105
5.3.2 接收機(jī)周跳 105
5.4 空基和地基相位纏繞 106
5.4.1 相位纏繞效應(yīng) 106
5.4.2 空基相位纏繞 107
5.4.3 地基相位纏繞 107
第6章衛(wèi)星數(shù)據(jù)壓縮與傳輸 112
6.1 數(shù)據(jù)壓縮基本原理與信息熵 112
6.1.1 數(shù)據(jù)壓縮的信息論基礎(chǔ) 112
6.1.2 信息熵與冗余度 113
6.1.3 數(shù)據(jù)壓縮的性能指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn) 115
6.2 衛(wèi)星信號(hào)壓縮技術(shù) 116
6.2.1 有損壓縮 116
6.2.2 無(wú)損壓縮 117
6.2.3 GNSS數(shù)據(jù)的Hatanaka壓縮 118
6.3 接收機(jī)輸出的數(shù)據(jù)傳輸 121
6.3.1 TCP/IP協(xié)議的層次結(jié)構(gòu) 121
6.3.2 IP協(xié)議 122
6.3.3 TCP協(xié)議 124
6.3.4 TCP/IP協(xié)議在衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用 129
6.4 基于UDP的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸 129
6.4.1 UDP通信協(xié)議概述 130
6.4.2 UDP數(shù)據(jù)報(bào)格式 130
6.4.3 UDP基本工作過(guò)程 132
第7章 坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng) 134
7.1 坐標(biāo)系統(tǒng) 134
7.1.1 地心坐標(biāo)系 135
7.1.2 地理坐標(biāo)系 135
7.1.3 測(cè)站坐標(biāo)系 136
7.1.4衛(wèi)星固連坐標(biāo)系 136
7.1.5 我國(guó)采用的高斯平面坐標(biāo)系和高程系統(tǒng) 137
7.1.6 空間坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換 138
7.1.7 大地參考系統(tǒng)和大地參考框架 141
7.1.8 國(guó)際大地參考框架 141
7.1.9 ITRF實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn) 143
7.2 時(shí)間系統(tǒng) 146
7.2.1 時(shí)間系統(tǒng)的定義 147
7.2.2 時(shí)間系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換 149
7.2.3 GNSS時(shí)間系統(tǒng) 151
7.2.4 守時(shí)和授時(shí) 152
計(jì)算和思考 153
第8章 GNSS高精度定位原理 154
8.1 GNSS觀(guān)測(cè)量 154
8.1.1 偽距測(cè)量及其觀(guān)測(cè)方程 154
8.1.2 載波相位測(cè)量及其觀(guān)測(cè)方程 154
8.1.3 觀(guān)測(cè)方程的線(xiàn)性組合 157
8.2 誤差改正 158
8.2.1 對(duì)流層延遲誤差改正 159
8.2.2 電離層延遲誤差改正 160
8.2.3 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 161
8.2.4 測(cè)站相關(guān)修正 163
8.2.5 多路徑效應(yīng)的實(shí)時(shí)模型改正 165
8.3 單站精密單點(diǎn)定位 167
8.3.1 單站精密單點(diǎn)定位的函數(shù)模型 167
8.3.2 單站精密單點(diǎn)定位的隨機(jī)模型 169
8.3.3 單站精密單點(diǎn)定位的參數(shù)估計(jì)方法 170
8.4 多系統(tǒng)精密單點(diǎn)定位 174
8.4.1 GPS/GLONASS綜合數(shù)據(jù)處理統(tǒng)一模型 174
8.4.2 GPS/GLONASS系統(tǒng)時(shí)延偏差 176
8.4.3 頻間差特性分析 179
8.5 載波相位差分技術(shù) 182
8.6 觀(guān)測(cè)值中的周跳檢測(cè) 189
8.6.1 多頻周跳探測(cè)算法 189
8.6.2 單頻周跳探測(cè)算法 195
8.7 整周模糊度估計(jì)算法 196
8.7.1 參數(shù)估計(jì)理論和FARA算法 196
8.7.2 最小二乘模糊度搜索算法 199
8.7.3 Z變換和LAMBDA算法 200
第9章 GNSS定向測(cè)姿原理 205
9.1 GNSS定向測(cè)姿的需求 205
9.2 GNSS定向測(cè)姿的基本原理 206
9.3 共用時(shí)鐘GNSS多天線(xiàn)接收機(jī)的定向測(cè)姿技術(shù) 208
9.3.1 共用時(shí)鐘GNSS多天線(xiàn)接收機(jī)測(cè)姿原理 208
9.3.2 測(cè)姿算法中單差和雙差等價(jià)性討論 209
9.3.3 單差模糊度估計(jì)的ASA算法 213
9.4 GNSS/INS緊耦合定位定向測(cè)姿的基本原理 216
9.4.1 GNSS/INS緊耦合數(shù)學(xué)模型 216
9.4.2 INS誤差狀態(tài)方程 217
9.4.3 GNSS/INS緊組合系統(tǒng)的狀態(tài)方程 218
9.4.4 GNSS/INS緊耦合系統(tǒng)觀(guān)測(cè)方程 219
9.5 GNSS單天線(xiàn)偽姿態(tài)角定向測(cè)姿的基本原理 224
9.5.1 偽姿態(tài)角計(jì)算方法 224
9.5.2 偽姿態(tài)角方法應(yīng)用 225
計(jì)算和思考 226
第10章 GNSS數(shù)據(jù)分析的算法原理 227
10.1 平差估計(jì)和濾波估計(jì) 227
10.1.1 最小二乘估計(jì) 227
10.1.2 序貫最小二乘估計(jì) 230
10.1.3 類(lèi)觀(guān)測(cè)和約束 231
10.2 參數(shù)的隱式解和矩陣的分塊約化 234
10.3 考察矩陣和縮放敏感矩陣 237
10.4 Kalman濾波 240
10.4.1 Kalman濾波基本方程 240
10.4.2 Kalman濾波的擴(kuò)展：AKF、EKF和UKF 243
10.4.3 Kalman濾波下的殘差平方和增量 247
10.5 廣義約束理論 248
10.6 最少約束、內(nèi)約束和參考框架確定 250
10.7 區(qū)域?yàn)V波、共模誤差和主分量分析 253
10.7.1 共模誤差(CME) 253
10.7.2 區(qū)域?yàn)V波和主分量分析(PCA) 254
10.7.3 獨(dú)立分量分析(ICA) 260
10.7.4 奇異譜(SSA)和多通道奇異譜(MSSA)分析 263
10.8 噪聲模型和噪聲分析 265
10.9 對(duì)高度相關(guān)參數(shù)和統(tǒng)計(jì)理論的新挑戰(zhàn) 269
計(jì)算和思考 272
參考文獻(xiàn) 273