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第1章 概论1

1.1 美国卫星导航定位系统发展概况2

1.1.1 海军导航卫星系统3

1.1.2 全球定位系统4

1.2 GPS的组成6

1.2.1 空间卫星星座6

1.2.2 地面监控系统9

1.2.3 用户设备11

1.3 GPS的特点和用途13

1.3.1 GPS的特点13

1.3.2 GPS的用途14

1.3.3 GPS存在的主要问题15

1.4 美国的GPS限制性政策和导航战16

1.4.1 美国实施的GPS限制性政策和措施16

1.4.2 美国的导航战18

1.4.3 美国GPS的现代化19

1.4.4 克服美国限制性政策和措施的主要技术和方法19

1.5 其他卫星导航定位系统20

1.5.1 全球导航卫星系统GLONASS20

1.5.2 欧洲的GNSS22

1.5.3 GEOSTAR系统23

第2章 GPS信号和伪码测距原理26

2.1 GPS信号的基本结构26

2.1.1 概述26

2.1.2 GPS信号的基本构成27

2.1.3 GPS信号的特点28

2.1.4 GPS卫星发射的其他信号29

2.2 GPS伪随机码及其特性30

2.2.1 伪随机码的产生及特性30

2.2.2 C/A码34

2.2.3 P码36

2.3 GPS卫星的广播导航电文37

2.3.1 导航电文的格式37

2.3.2 导航电文的内容38

2.4 扩频技术和相关接收45

2.4.1 扩频技术46

2.4.2 相关接收48

2.5 伪码测距原理50

2.6 GPS导航接收机工作原理52

2.6.1 C/A码和P码的捕获52

2.6.2 码的锁定与导航电文的解码54

2.6.3 载波的跟踪56

2.6.4 接收机的通道57

第3章 GPS卫星位置和速度计算58

3.1 GPS导航定位中常用的时间系统58

3.1.1 时间的有关概念58

3.1.2 世界时系统59

3.1.3 原子时系统62

3.1.4 力学时系统63

3.1.5 GPS时间系统63

3.1.6 GLONASS时间系统65

3.2 GPS导航定位中常用的坐标系统65

3.2.1 地心空间直角坐标系及其等价坐标系65

3.2.2 卫星测量中的常用坐标系71

3.2.3 WGS-84大地坐标系77

3.3 卫星运动基本理论77

3.3.1 卫星运动概述77

3.3.2 卫星运动二体问题79

3.3.3 地球引力场摄动力及其影响81

3.3.4 日、月摄动83

3.3.5 太阳光辐射压摄动84

3.3.6 GPS卫星Y轴偏差摄动85

3.3.7 地球潮汐摄动和大气摄动86

3.4 GPS广播星历卫星位置和速度的计算86

3.4.1 卫星位置的计算87

3.4.2 卫星速度的计算91

3.5 I GS的GPS精密星历及其应用94

3.5.1 国际GPS服务（IGS）概述94

3.5.2 IGS精密星历的获取与数据95

3.5.3 IGS精密星历在事后GPS数据精密处理中的应用97

第4章 GPS伪距导航定位原理101

4.1 GPS定位的基本概念101

4.1.1 绝对定位与相对定位101

4.1.2 静态定位与动态定位103

4.2 伪距导航定位原理104

4.2.1 GPS定位的基本观测量与定位模型104

4.2.2 GPS伪距定位解算106

4.2.3 精度估算108

4.3 GPS定位的几何精度因子109

4.3.1 影响GPS定位精度的因素109

4.3.2 几何精度因子109

4.3.3 最佳星座的选择111

4.4 伪距测量相对定位112

4.4.1 相对定位概述112

4.4.2 直接观测值的线性组合114

4.4.3 单差观测值相对定位115

4.4.4 双差观测值相对定位117

4.4.5 相对定位的分析讨论118

4.5 GPS测速原理120

4.5.1 多普勒频移的测定120

4.5.2 GPS单点测速121

4.5.3 GPS测速误差123

4.5.4 GPS相对测速123

第5章 GPS定位的主要误差源126

5.1 概述126

5.2 电离层延迟误差126

5.2.1 电离层延迟的产生与特点126

5.2.2 电离层中电子总量的计算128

5.2.3 电离层延迟误差改正模型130

5.2.4 双频观测量组合消除电离层影响135

5.3 对流层延迟误差136

5.3.1 对流层延迟误差的产生与特点136

5.3.2 对流层折射的改正模型137

5.3.3 气象参数计算139

5.4 多路径误差140

5.5 相对论效应142

5.6 时钟误差145

5.6. 1频率与时钟误差145

5.6. 2卫星钟差147

5.6. 3接收机钟差147

5.7 卫星星历误差148

5.8 SA干扰误差150

5.9 地球旋转改正152

5.10 地球潮汐的影响153

第6章 载波相位测量定位技术158

6.1 载波相位测量原理158

6.1.1 重建载波159

6.1.2 载波相位测量原理160

6.2 载波相位测量定位原理161

6.2.1 载波相位测量的基本观测量161

6.2.2 载波相位测量的观测方程164

6.2.3 载波相位定位解算166

6.3 载波相位测量相对定位171

6.3.1 单差相位观测值相对定位172

6.3.2 双差观测值相对定位175

6.3.3 三差观测值相对定位177

6.3.4 相对定位的误差改正179

6.4 载波观测值的线性组合181

6.4.1 双频相位的线性组合181

6.4.2 常用的线性组合183

6.4.3 伪距与载波相位的组合186

6.5 整周跳变的探测与修复189

6.5.1 高次差探测与修复周跳法190

6.5.2 多项式拟合法192

6.5.3 星际差探测和修复法194

6.5.4 电离层残差法195

6.5.5 利用无周跳卫星观测数据进行周跳的探测和修复196

6.5.6 伪距与相位组合法197

6.5.7 根据平差或数据处理后的残差来探测和修复周跳198

6.6 静态整周模糊度确定方法199

6.6.1 经典方法——将N0作为待定参数求解199

6.6.2 三差法200

6.6.3 “停—走”法200

6.7 动态整周模糊度确定方法203

6.7.1 快速模糊度解算法204

6.7.2 双频P码伪距／载波组合法207

6.7.3 模糊度函数法210

6.7.4 最小二乘搜索法212

6.7.5 模糊度协方差法213

6.7.6 优化的Cholesky分解算法215

6.8 高精度GPS动态定位的卡尔曼滤波方法219

6.8.1 基本滤波模型219

6.8.2 滤波递推方程222

6.8.3 周跳的探测与修复223

第7章 GPS差分定位技术227

7.1 位置差分原理227

7.2 伪距差分原理228

7.3 载波相位差分原理231

7.3.1 概述231

7.3.2 逼近法232

7.3.3 求差法232

7.4 扩展伪距差分（广域差分）233

7.5 广域增强系统237

7.5.1 基本原理237

7.5.2 WAAS信号设计239

7.5.3 WAAS测距功能241

7.5.4 WAAS的电文242

7.6 差分定位的数据链244

7.6.1 地波系统246

7.6.2 VHF和UHF网络246

7.6.3 移动卫星通信247

7.7 差分电文格式248

7.7.1 概述248

7.7.2 通用电文格式248

7.7.3 电文类型、内容与格式250

第8章 GPS组合导航定位技术268

8.1 GPS/INS组合系统的原理与方法268

8.1.1 经典组合原理268

8.1.2 GPS与INS硬件一体化组合270

8.1.3 GPS与SINS软件组合方式272

8.2 GPS/INS组合系统的数据处理279

8.2.1 问题描述279

8.2.2 全组合滤波法280

8.2.3 分布式滤波法281

8.2.4 GPS/INS分布式组合滤波器282

8.3 组合系统的统计质量控制284

8.3.1 统计质量控制方法概述285

8.3.2 SINS/GPS滤波器的质量控制285

8.3.3 SINS/GPS滤波器的可靠性分析290

8.4 INS解决GPS周跳检测与整周模糊度求定291

8.5 应用GPS速度改进惯性平台姿态精度293

8.5.1 用GPS速度辅助提高惯性平台水平姿态精度294

8.5.2 水平失准误差估计296

8.6 GPS/GLONASS组合导航定位方法297

8.6.1 GLONASS卫星的广播星历计算297

8.6.2 GPS/GLONASS数据融合301

第9章 GPS在导弹航天器测控领域中的应用306

9.1 GPS在导弹测控领域中的应用306

9.1.1 GPS外弹道测量308

9.1.2 多目标测量337

9.2 GPS在航天器测控中的应用345

9.2.1 中低轨道航天器轨道确定345

9.2.2 GPS测定航天器的姿态354

9.2.3 GPS在空间交会对接中的应用361

第10章 GPS在测控支持领域中的应用373

10.1 GPS定时与测频373

10.1.1 时间频率统一系统简介373

10.1.2 GPS定时与测频375

10.1.3 GLONASS及GPS/GLONASS兼容时频接收机377

10.1.4 GPS定时测频在我国测控系统的应用378

10.1.5 GPS时频接收机测量数据的处理380

10.1.6 GPS信号在时频领域中的其他应用381

10.2 GPS用于航天测量船的定位和测姿382

10.2.1 GPS的定位应用383

10.2.2 GPS用于船姿船位系统的工作原理384

10.2.3 展望390

10.3 GPS在外测设备精度鉴定中的应用391

10.3.1 GPS鉴定外测设备精度的原理及特点392

10.3.2 GPS精度鉴定系统394

10.4 GPS在电离层和对流层测量中的应用397

10.4.1 对流层和电离层对GPS信号时延的影响397

10.4.2 基于GPS的电离层测量方法400

10.4.3 基于GPS的对流层测量方法406

10.5 GPS在靶场大地测量中的应用411

10.5.1 靶场大地测量的基本任务411

10.5.2 GPS布设靶场大地基准网412

10.5.3 设备点、发射点、目标点、落点的GPS大地联测412

10.5.4 GPS测定各类设备标校基准413

10.5.5 坐标系统与转换系数413

10.5.6 GPS点的高程413

参考文献414