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内容简介
本书专从电子工程和通信技术的角度详细讲解GPS和北斗双系统接收机的原理，在对GPS和北斗系统的历史演进进行介绍的同时，详细讲解了GPS和北斗接收机内部从信号跟踪与捕获，到卫星位置速度计算、观测量模型分析和定位导航解算的几乎所有信号处理理论，同时也融进了作者在该领域多年的研发经验和心得。全书在对理论知识进行详细阐述的同时，紧密结合理论知识点实现了一台GPS和北斗双系统软件接收机，给出了该软件接收机源代码，该源代码实现了本书讲解的所有理论知识点，读者可以在阅读本书理论部分的同时运行相应程序，自行对运行结果进行理解和分析，同时也可以根据自身需求对源代码进行修改，更快更好地理解GPS和北斗双系统接收机设计的理论，为进一步地深化学习打下坚实的基础。
作者介绍
鲁郁：河南信阳人，1997年和2000年从北京大学电子学系获得学士和硕士学位，2006年从美国加州大学Riverside分校获得博士学位，在博士学习期间开始接触GPS技术，参与了GPS软件接收机开源项目，博士毕业后在美国硅谷创业公司从事GPS芯片的研发和设计。2009年归国后，先后在中国科学院微电子研究所和展讯通信有限公司任职。鲁郁博士从2001年开始一直坚持在卫星导航领域从事技术开发和算法研究工作，参与或主持了多款卫星导航芯片和系统的设计，在卫星导航技术领域有深厚的积累，近年来主要从事GPS/北斗卫星导航技术工程化和产业化方面的工作。
目 录
第1章定位、坐标系和时间标准 1 1.1问题的提出 2 1.1.1基本目的和基本定位系统 2 1.1.2时钟问题 5 1.1.3一个改进的系统 6 1.1.4改进后系统的总结 10 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 12 1.2.3ECEF坐标系 15 1.2.4ENU或NED坐标系 19 1.2.5运动本体坐标系 21 1.3时间系统 23 1.3.1太阳时和恒星时 23 1.3.2力学时 24 1.3.3原子时和协调世界时（UTC） 25 1.3.4GPS时（GPST） 26 1.3.5北斗时（BDT） 28 参考文献 29 第2章GPS和北斗卫星导航系统简介 31 2.1GPS系统的历史由来 32 2.2GPS系统的构成 39 2.3GPS的现代化计划 47 2.4 北斗导航系统概述 53 参考文献 60 第3章GPS和北斗的信号格式与导航电文 63 3.1GPS信号 64 3.1.1GPS信号的产生机制 64 3.1.2C／A码发生器 70 3.1.3C／A码自相关和互相关特性 76 3.2北斗信号 82 3.2.1北斗信号结构 82 3.2.2北斗伪随机码发生器 86 3.2.3北斗伪随机码的自相关和互相关特性 90 3.3导航电文 93 3.3.1GPS导航电文 93 3.3.2北斗导航电文 101 3.4不同卫星信号的时间关系 111 参考文献 114 第4章信号捕获和跟踪 117 4.1信号捕获 119 4.1.1信号捕获的基本概念 119 4.1.2基于时域相关器的信号捕获 125 4.1.3基于匹配滤波器的信号捕获 132 4.1.4基于FFT的信号捕获 134 4.1.5短时相关匹配滤波器和FFT结合的信号捕获 139 4.1.6基于数据分块和频率补偿的信号捕获 145 4.1.7信号捕获的门限设定 153 4.1.8相干积分和非相干积分 157 4.2信号跟踪 163 4.2.1基本的锁相环 164 4.2.2线性锁相环的热噪声性能分析 173 4.2.3载波跟踪环 175 4.2.4伪码跟踪环 186 4.2.5跟踪环实现和调试中的问题 197 4.2.6比特同步 214 4.2.7子帧同步 219 参考文献 222 第5章双模观测量提取和误差分析 227 5.1伪距观测量 228 5.2载波相位观测量 233 5.3多普勒频率和积分多普勒观测量 236 5.4观测量误差特性分析 240 5.4.1卫星时钟误差 241 5.4.2星历误差 242 5.4.3电离层延迟 244 5.4.4对流层延迟 247 5.4.5多径效应 249 5.4.6接收机误差 253 5.5差分GNSS技术 253 参考文献 267 第6章卫星位置和速度的计算 271 6.1卫星轨道理论 272 6.2GPS卫星和北斗MEO／IGSO卫星 279 6.3北斗GEO卫星 284 6.4卫星位置和速度的插值计算 287 6.5精密星历和星历扩展 289 参考文献 294 第7章位置、速度和时间解算 297 7.1最小二乘法解算 298 7.1.1基本原理 298 7.1.2加权的最小二乘法 301 7.1.3利用伪距观测量计算位置和钟偏 304 7.1.4利用多普勒观测量计算速度和钟漂 311 7.1.5卫星的仰角和方位角 313 7.1.6几何精度因子 316 7.1.7接收机自主完好性监测（RAIM） 322 7.2卡尔曼滤波解算 328 7.2.1递归最小二乘法 328 7.2.2基本的卡尔曼滤波器 333 7.2.3从连续时间系统到离散时间系统 336 7.2.4扩展卡尔曼滤波器 339 7.2.5接收机中常用的几种KF模型 342 7.2.6卡尔曼滤波具体实现中的技术处理 351 7.3最小二乘法和卡尔曼滤波总结 356 参考文献 360 第8章射频前端 363 8.1卫星信号的发射与接收 364 8.2级联系统的噪声系数 367 8.3带通采样原理 369 8.4中频采样方案和射频采样方案 373 8.4.1中频采样方案 373 8.4.2射频采样方案 376 8.5自动增益控制（AGC）和量化位宽 380 8.6射频载噪比和基带信噪比的关系 384 8.7射频前端频率方案实例分析 386 参考文献 388 第9章北斗和GPS双模软件接收机的实现 391 9.1双模软件接收机的信号源 392 9.2双模接收机的软件模块和程序运行界面 395 9.3双模接收机数据处理结果 400 附录A基本矩阵和向量运算 409 A.1逆矩阵及其性质 410 A.2矩阵的特征值和特征向量 411 A.3二次型和有定矩阵 412 A.4几种重要的矩阵分解 414 A.5矩阵分析初步 418 附录B直角坐标系的转换和旋转 421 附录CNBP和WBP的均值和方差 429 附录D和卫星椭圆轨道相关的推导 433 附录E电离层延迟的Klobuchar模型 437
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