第一章 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述 1 1.1 GNSS 1 1.1.1 什么是“GNSS” 1 1.1.2 GNSS定位基本原理 2 1.1.3 GNSS系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3 1.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 5 1.2.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展 6 1.2.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成 7 1.2.3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù) 7 1.3 美國(guó)GPS系統(tǒng)概況 10 1.3.1 GPS系統(tǒng)發(fā)展 10 1.3.2 GPS系統(tǒng)組成 11 1.3.3 GPS服務(wù) 14 1.3.4 GPS現(xiàn)代化 14 1.4 GLONASS系統(tǒng)概況 17 1.4.1 GLONASS發(fā)展歷程 17 1.4.2 GLONASS系統(tǒng)組成 18 1.4.3 GLONASS現(xiàn)代化 20 1.5 歐洲伽利略系統(tǒng)（GALILEO）概況 21 1.5.1 伽利略系統(tǒng)發(fā)展 21 1.5.2 伽利略系統(tǒng)組成 21 1.5.3 伽利略系統(tǒng)服務(wù) 23 1.6 其它重要的區(qū)域衛(wèi)星增強(qiáng)/導(dǎo)航系統(tǒng) 24 1.6.1 日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng) 24 1.6.2 印度區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（NavIC/IRNSS） 27 1.7 本章小結(jié) 28 第二章 GNSS坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí) 29 2.1 空間坐標(biāo)系及其變換 29 2.1.1 常用天球坐標(biāo)系 29 2.1.2 常用地球坐標(biāo)系 31 2.1.3 其他常用坐標(biāo)系 34 2.1.4 空間坐標(biāo)系的變換 35 2.2 時(shí)間系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)換 41 2.2.1 恒星時(shí)、太陽時(shí)、世界時(shí) 41 2.2.2 原子時(shí)、協(xié)調(diào)世界時(shí)、GNSS系統(tǒng)時(shí) 42 2.2.3 地球時(shí) 44 2.2.4 時(shí)間系統(tǒng)間的變換 44 2.3 GNSS的物理理論基礎(chǔ) 45 2.3.1 開普勒定律 45 2.3.2 牛頓三大運(yùn)動(dòng)定律 46 2.3.3 多普勒效應(yīng) 46 2.3.4 愛因斯坦相對(duì)論 47 2.4 GNSS衛(wèi)星的無攝運(yùn)動(dòng) 47 2.4.1 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道參數(shù) 47 2.4.2 導(dǎo)航衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)方程求解 48 2.4.3 衛(wèi)星的瞬時(shí)位置 50 2.4.4 衛(wèi)星的運(yùn)行速度 52 2.5 衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng) 53 2.5.1 地球引力場(chǎng)攝動(dòng)力對(duì)衛(wèi)星軌道的影響 54 2.5.2 太陽、月亮引力對(duì)衛(wèi)星軌道的影響 55 2.5.3 太陽光壓對(duì)衛(wèi)星軌道的影響 55 2.5.4 相對(duì)論效應(yīng)影響 55 2.6 衛(wèi)星軌道與星座知識(shí) 56 2.6.1 衛(wèi)星的工作區(qū)域 56 2.6.2 衛(wèi)星軌道劃分及其特點(diǎn) 58 2.6.3 衛(wèi)星星座基本構(gòu)形及其約束 61 2.6.4 常見星座構(gòu)形模型 61 2.7 本章小結(jié) 62 第三章 GNSS信號(hào)構(gòu)成及接收 64 3.1 GNSS信號(hào)構(gòu)成概述 64 3.1.1 導(dǎo)航電文 64 3.1.2 偽隨機(jī)碼序列 66 3.1.3 載波 71 3.2 GPS信號(hào) 74 3.2.1 GPS L1 C/A碼信號(hào) 75 3.2.2 L1/L2 P(Y)信號(hào) 79 3.2.3 GPS現(xiàn)代化信號(hào) 81 3.3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào) 83 3.3.1 B1I信號(hào) 83 3.3.2 B1C信號(hào) 90 3.3.3 其他北斗衛(wèi)星信號(hào) 91 3.4 其它GNSS信號(hào)以及導(dǎo)航電文 93 3.4.1 GLONASS信號(hào) 93 3.4.2 GALILEO系統(tǒng)的信號(hào) 100 3.5 GPS信號(hào)接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的處理 106 3.5.1 接收機(jī)信號(hào)的處理流程 106 3.5.2 接收機(jī)對(duì)GPS信號(hào)的捕獲 107 3.5.3 接收機(jī)對(duì)GPS信號(hào)的跟蹤 108 3.5.4 衛(wèi)星位置解算 109 3.6 GNSS信號(hào)處理技術(shù)的相關(guān)發(fā)展 111 3.6.1 GNSS信號(hào)接收機(jī)的軟件化 111 3.6.2 接收機(jī)射頻干擾應(yīng)對(duì)技術(shù) 112 3.6.3 GNSS的通信定位一體化趨勢(shì) 113 3.7 本章小結(jié) 114 第四章 接收機(jī)觀測(cè)量及誤差 115 4.1 偽距觀測(cè)量 115 4.1.1 偽距觀測(cè)量的提取 115 4.1.2 偽距觀測(cè)方程 116 4.2 載波相位觀測(cè)量 117 4.2.1 載波相位觀測(cè)量的提取 117 4.2.2 載波相位觀測(cè)量模型 118 4.2.3 整周模糊度及周跳 118 4.3 多普勒頻率觀測(cè)量 120 4.4 GNSS觀測(cè)量誤差 121 4.4.1 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 122 4.4.2 與衛(wèi)星信號(hào)傳播有關(guān)的誤差 124 4.4.3 與接收設(shè)備有關(guān)的誤差 130 4.4.4 其他誤差 130 4.5 觀測(cè)量的數(shù)據(jù)組合 132 4.5.1 單頻觀測(cè)量載波相位-偽距組合 132 4.5.2 不同頻偽距／載波相位觀測(cè)量組合 133 4.5.3 組合模式在TCAR整周模糊度求解中的應(yīng)用 135 4.5.4 組合算法與未組合算法的等價(jià)性說明 137 4.6 本章小結(jié) 137 第五章 GNSS功能實(shí)現(xiàn)原理 138 5.1 GPS授時(shí)功能原理 138 5.1.1 單站測(cè)時(shí)法 139 5.1.2 共視測(cè)時(shí)法 140 5.1.3 各種測(cè)時(shí)方法精度比較分析 140 5.2 GNSS定位原理 141 5.2.1 GNSS定位基本概念 141 5.2.2 GNSS基本定位方程以及求解 142 5.2.3 觀測(cè)衛(wèi)星的幾何分布及其對(duì)定位精度的影響 144 5.2.4 其他定位方程 146 5.3 GNSS載體速度測(cè)量原理 150 5.3.1 平均速度法 150 5.3.2 多普勒頻移測(cè)速法 150 5.4 GNSS信息求解載體姿態(tài)算法 151 5.4.1 單天線測(cè)姿原理與算法 152 5.4.2 多天線測(cè)姿原理與算法 154 5.5 本章小結(jié) 160 第六章 各類GNSS增強(qiáng)技術(shù) 161 6.1 差分GNSS定位原理 161 6.1.1 偽距差分定位 161 6.1.2 載波相位差分定位 162 6.1.3 差分與非差分方法的等價(jià)性說明 166 6.1.4 GPS RTK工作原理 166 6.2 星基增強(qiáng)系統(tǒng) 167 6.2.1 美國(guó)廣域差分增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS） 168 6.2.2 歐洲靜地導(dǎo)航重迭系統(tǒng)（EGNOS） 172 6.2.3 俄羅斯衛(wèi)星差分改正監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(SDCM) 174 6.2.4 商業(yè)廣域GPS差分系統(tǒng)(OmniSTAR與StarFire) 174 6.3 地基增強(qiáng)系統(tǒng) 175 6.3.1 世界主要CORS系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 176 6.3.2 CORS 的構(gòu)成和定位中的誤差源 177 6.3.3 世界主要CORS系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域和特點(diǎn) 178 6.4 偽衛(wèi)星增強(qiáng)技術(shù) 179 6.4.1 偽衛(wèi)星技術(shù)背景及分類 179 6.4.2 偽衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)及其發(fā)射強(qiáng)度分析 181 6.4.3 偽衛(wèi)星增強(qiáng)技術(shù)相關(guān)技術(shù)問題 182 6.4.4 GNSS時(shí)間系統(tǒng)的互操作 184 6.4.5 GNSS兼容互操作的難點(diǎn)和解決途徑 185 6.4.6 GNSS信號(hào)及其兼容接收機(jī) 188 6.5 GNSS完好性及組合導(dǎo)航技術(shù) 190 6.5.1 接收機(jī)自主完好性檢測(cè)（RAIM） 191 6.5.2 外部檢測(cè)站完好性檢測(cè) 193 6.5.3 多星座GNSS的組合導(dǎo)航性能分析 193 6.5.4 GNSS與慣性的組合應(yīng)用模式 196 6.6 本章小結(jié) 199 第七章 GNSS的各類應(yīng)用探討 200 7.1 衛(wèi)星授時(shí)中在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 200 7.1.1 授時(shí)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用層面 200 7.1.2 衛(wèi)星時(shí)間同步裝置原理 201 7.1.3 高精度GPS時(shí)間同步裝置設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題 201 7.1.4 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在電力行業(yè)的應(yīng)用 202 7.2 GNSS在大地測(cè)量方面的應(yīng)用 204 7.2.1 不同層次的GPS網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例 204 7.2.2 RTK技術(shù)的控制測(cè)量與測(cè)圖應(yīng)用研究 205 7.2.3 GPS測(cè)量技術(shù)在航空導(dǎo)航中的應(yīng)用 206 7.2.4 北斗在測(cè)繪工程中的應(yīng)用 208 7.3 GNSS在車輛交通系統(tǒng)中的應(yīng)用 209 7.3.1 自動(dòng)車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)（AVLN） 209 7.3.2 基于GPS-GPRS的車載導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用 210 7.3.3 GNSS增強(qiáng)系統(tǒng)在智能交通應(yīng)用發(fā)展 212 7.4 GNSS在航海中的應(yīng)用 212 7.4.1 GPS導(dǎo)航儀在航海中的航跡導(dǎo)航 212 7.4.2 北斗系統(tǒng)的通信功能在航海方面重要應(yīng)用 214 7.4.3 差分GPS在打撈殘骸過程中的定位應(yīng)用 215 7.5 GNSS在航空航天方面的應(yīng)用 216 7.5.1 GNSS主要軍事的應(yīng)用領(lǐng)域 216 7.5.2 GPS在精確打擊武器上的應(yīng)用 217 7.5.3 高動(dòng)態(tài)精確打擊武器對(duì)GPS的要求及解決方法 217 7.5.4 GPS在精確打擊武器中的應(yīng)用前景 219 7.5.5 航天導(dǎo)航中的測(cè)量技術(shù) 219 7.5.6 北斗在民航中的應(yīng)用 220 7.6 GNSS在其他領(lǐng)域的應(yīng)用 221 7.6.1 GPS在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用 221 7.6.2 GPS在林業(yè)管理方面的應(yīng)用 222 7.6.3 GPS在氣象服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用 222 7.6.4 衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 223 7.7 本章小結(jié) 224