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第1章 全球导航卫星系统概述1

1.1 绪论1

1.2 美国GPS概况2

1.2.1 GPS的发展2

1.2.2 GPS的组成结构4

1.2.3 GPS的现代化10

1.3 俄罗斯GLONASS概况12

1.3.1 GLONASS发展历程12

1.3.2 GLONASS系统组成13

1.3.3 GLONASS现代化17

1.4 中国北斗卫星导航系统概况18

1.4.1 北斗导航试验系统19

1.4.2 北斗导航试验系统原理与特点21

1.4.3 北斗卫星导航系统的发展22

1.5 欧洲伽利略系统概况24

1.5.1 伽利略计划的背景情况25

1.5.2 伽利略系统的整体架构25

1.5.3 伽利略系统的特色28

1.6 其他重要的区域导航卫星系统30

1.6.1 日本准天顶卫星系统30

1.6.2 中国区域定位系统32

1.6.3 印度区域导航卫星系统33

1.7 本章小结35

思考题35

参考文献35

第2章 GNSS坐标及运动基础知识37

2.1 卫星运行的时间坐标系统37

2.1.1 平太阳时、世界时、恒星时37

2.1.2 原子时（AT）38

2.1.3 协调世界时（UTC）38

2.1.4 四大全球导航卫星系统的时间体系38

2.1.5 地球动力学时（TDT）39

2.2 卫星运行的空间坐标系统40

2.2.1 基本概念40

2.2.2 协议天球坐标系41

2.2.3 协议地球坐标系43

2.2.4 大地坐标系介绍44

2.2.5 坐标系的转化算法48

2.3 卫星运动的物理理论基础52

2.3.1 开普勒定律52

2.3.2 牛顿三大运动定律53

2.3.3 多普勒效应53

2.3.4 爱因斯坦相对论54

2.4 卫星的无摄运动54

2.4.1 导航卫星的运动方程求解54

2.4.2 卫星运动的轨道参数56

2.4.3 卫星的瞬时位置57

2.4.4 卫星的运行速度60

2.5 卫星的受摄运动61

2.5.1 地球引力场摄动力对卫星轨道的影响61

2.5.2 太阳、月亮引力对卫星轨道的影响63

2.5.3 太阳光压对卫星轨道的影响63

2.5.4 相对论效应影响63

2.6 卫星轨道与星座知识64

2.6.1 卫星的工作区域64

2.6.2 卫星轨道划分及其特点66

2.6.3 卫星星座基本构型及其约束69

2.6.4 常见星座构型模型70

2.7 本章小结71

思考题71

参考文献72

第3章 导航信号编码、调制与接收73

3.1 信息编码基本原理73

3.1.1 信息编码及其特点73

3.1.2 GPS的导航电文格式76

3.1.3 GPS信号中的伪随机码及其特点79

3.2 GPS的信号编码及调制82

3.2.1 卫星信号的BPSK调制方式82

3.2.2 卫星信号的BOC调制方式84

3.2.3 调制后的GPS信号汇总84

3.3 GPS信号接收机对卫星信号的处理85

3.3.1 接收机信号的处理流程85

3.3.2 接收机对GPS信号的捕获86

3.3.3 接收机对GPS信号的跟踪88

3.3.4 GPS卫星星历的用户算法89

3.4 北斗系统的信号规范和导航电文91

3.4.1 北斗系统发布的信号规范91

3.4.2 北斗系统的导航电文94

3.4.3 北斗卫星系统的服务性能及其他说明107

3.5 其他GNSS信号以及导航电文109

3.5.1 GLONASS信号以及导航电文109

3.5.2 GALILEO系统的信号特征117

3.6 GNSS信号处理技术的相关发展118

3.6.1 GNSS信号接收机的软件化118

3.6.2 接收机射频干扰应对技术120

3.6.3 GNSS的通信定位一体化趋势121

3.7 本章小结121

思考题121

参考文献121

第4章 接收机的观测量及其性质123

4.1 GNSS的时间概念123

4.2 测码伪距观测量124

4.2.1 测码伪距观测量124

4.2.2 测码伪距观测方程125

4.2.3 测码伪距观测方程的线性化125

4.3 测相伪距观测量126

4.3.1 载波相位观测量与测相伪距观测方程127

4.3.2 测相伪距观测方程的线性化128

4.3.3 整周模糊度及周跳129

4.4 多普勒积分观测量132

4.5 对GNSS观测量的物理影响133

4.5.1 与卫星有关的误差133

4.5.2 与卫星信号传播有关的误差134

4.5.3 多路径效应影响137

4.5.4 与接收设备有关的误差139

4.5.5 其他误差来源139

4.6 观测量的数据组合140

4.6.1 数据组合的基本模式141

4.6.2 各种不同的数据组合方式142

4.6.3 组合模式在TCAR整周模糊度求解中的应用143

4.6.4 组合算法与未组合算法的等价性说明144

4.7 本章小结145

思考题145

参考文献145

第5章 GNSS功能实现原理147

5.1 GPS授时功能原理147

5.1.1 单站测时法148

5.1.2 共视测时法149

5.1.3 各种测时方法精度对比149

5.2 GNSS定位基本概念和原理150

5.2.1 GNSS测码伪距定位153

5.2.2 GNSS测相伪距定位155

5.2.3 导航卫星几何分布及其对定位精度影响156

5.3 GNSS载体速度测量原理159

5.3.1 平均速度法159

5.3.2 多普勒频移法159

5.4 GNSS测姿原理161

5.4.1 单天线测姿原理与算法161

5.4.2 多天线测姿原理与算法165

5.5 GNSS演示试验168

5.5.1 GNSS软件接收机定位演示试验168

5.5.2 GNSS应用软件演示试验173

5.5.3 北斗／GPS双星座接收机演示试验174

5.6 本章小结175

思考题175

参考文献175

第6章 各类GNSS增强技术176

6.1 差分GPS定位原理176

6.1.1 伪距差分定位177

6.1.2 载波相位差分定位178

6.1.3 差分与非差分方法的等价性说明182

6.1.4 GPS RTK工作原理182

6.2 伪卫星增强技术183

6.2.1 伪卫星技术背景及分类183

6.2.2 伪卫星信号结构及其发射强度分析185

6.2.3 伪卫星增强技术相关技术问题186

6.3 星基差分增强系统189

6.3.1 美国广域差分增强系统（WAAS）191

6.3.2 欧洲静地导航重叠系统（EGNOS）195

6.3.3 俄罗斯卫星差分校正和监测系统（SDCM）197

6.3.4 日本多功能卫星的星基增强系统（MSAS）197

6.3.5 美国NavCom公司的StarFire系统198

6.4 基于卫星导航系统的CORS系统199

6.4.1 世界主要CORS的发展现状200

6.4.2 CORS的构成和定位中的误差源201

6.4.3 世界主要CORS应用领域和特点203

6.5 GNSS兼容互操作技术204

6.5.1 GNSS系统的时间互操作204

6.5.2 GNSS兼容互操作的难点和解决途径205

6.5.3 GNSS信号及其兼容接收机209

6.6 GNSS完好性及其组合导航技术212

6.6.1 接收机自主完好性检测（RAIM）212

6.6.2 外部检测站完好性检测213

6.6.3 多星座GNSS组合导航性能分析214

6.6.4 GNSS与其他系统的组合应用219

6.7 本章小结222

思考题222

参考文献222

第7章 GNSS的各类应用探讨225

7.1 卫星授时在电力系统中的应用225

7.1.1 授时技术在电力系统中的应用225

7.1.2 卫星时间同步装置原理226

7.1.3 高精度GNSS时间同步装置设计应注意的问题227

7.2 GNSS在大地测量方面的应用228

7.2.1 不同层次的GPS网应用实例228

7.2.2 RTK技术的控制测量与测图应用研究230

7.2.3 基于GNSS的航空摄影测量231

7.3 GNSS在车辆交通系统中的应用233

7.3.1 自动车辆定位导航系统233

7.3.2 基于GPS-GPRS的车载导航定位系统的应用234

7.3.3 GNSS增强系统在智能交通应用发展237

7.4 GNSS在航海中的应用237

7.4.1 GNSS导航仪在航海中的航迹导航237

7.4.2 北斗系统的通信功能在航海方面重要应用239

7.4.3 DGPS在打捞残骸过程中的定位应用240

7.5 GNSS在航空航天方面的应用242

7.5.1 GNSS在航空航天中应用概述242

7.5.2 GNSS主要军事的应用领域243

7.5.3 GNSS在精确打击武器上的应用244

7.6 GNSS在其他领域的应用246

7.6.1 GNSS信号在大气、海洋、陆面遥感探测方面的应用246

7.6.2 GNSS在精密农业中的应用248

7.6.3 GNSS在林业管理方面的应用248

7.7 本章小结249

思考题250

参考文献250