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第1章 绪论1

1.1 GNSS1

1.1.1 GNSS的定义1

1.1.2 GNSS的系统构成4

1.1.3 GNSS定位原理6

1.1.4 GNSS接收机设计8

1.1.5 GNSS性能指标12

1.2 GPS15

1.2.1 GPS概况15

1.2.2 GPS空间星座部分17

1.2.3 GPS地面监控部分22

1.2.4 GPS服务与限制23

1.3 GLONASS24

1.3.1 GLONASS概况25

1.3.2 GLONASS空间星座部分27

1.3.3 GLONASS地面监控部分32

1.3.4 GLONASS服务33

1.4 Galileo系统34

1.4.1 Galileo系统概况和系统构成34

1.4.2 Galileo系统服务38

1.5 其他GNSS概况39

1.5.1 我国的北斗卫星导航系统40

1.5.2 日本准天顶卫星系统42

1.5.3 印度区域卫星导航系统43

参考文献43

第2章 BPSK-R和BOC调制48

2.1 数字通信系统基础48

2.1.1 扩频调制48

2.1.2 载波调制52

2.2 BPSK-R调制54

2.2.1 BPSK-R调制信号的功率谱密度55

2.2.2 BPSK-R调制信号的自相关函数58

2.3 BOC调制59

2.3.1 BOC调制信号模型59

2.3.2 BOC调制副载波的频谱63

2.3.3 BOC调制信号的功率谱密度65

2.3.4 BOC调制信号的自相关函数计算73

2.3.5 BOC调制信号的自相关函数特征82

2.3.6 BOC调制的优缺点84

参考文献86

第3章 MBOC、AltBOC和复用调制88

3.1 MBOC调制88

3.1.1 MBOC调制信号的定义88

3.1.2 TMBOC调制91

3.1.3 CBOC调制95

3.2 AltBOC调制97

3.2.1 单边带副载波98

3.2.2 非恒包络AltBOC调制100

3.2.3 恒包络AltBOC调制102

3.3 复用调制107

3.3.1 Interplex调制107

3.3.2 CASM111

参考文献113

第4章 GPS信号116

4.1 概况117

4.2 L1 C/A信号122

4.2.1 C/A码123

4.2.2 NAV电文125

4.3 L1/L2 P（Y）信号126

4.4 L2C信号128

4.4.1 L2 CM/CL码128

4.4.2 L2C的数据调制129

4.5 L1/L2 M信号132

4.6 L5C信号134

4.6.1 L5 I5/Q5码134

4.6.2 L5C的数据调制136

4.7 L1C信号138

4.7.1 L1C伪码138

4.7.2 L1C覆盖码140

4.7.3 L1C的数据调制141

4.8 CNAV电文143

4.8.1 CNAV电文的结构143

4.8.2 第0类信息条144

4.8.3 第10～11类信息条144

4.8.4 第12类信息条146

4.8.5 第13～14类信息条147

4.8.6 第15类信息条147

4.8.7 第30～37类信息条147

4.8.8 信息条播发顺序149

4.8.9 CRC-24Q校验150

4.8.10 L2C与L5C上CNAV电文之间的差异151

4.9 CNAV-2电文152

4.9.1 CNAV-2电文的结构153

4.9.2 BCH编码154

4.9.3 LDPC编码155

4.9.4 块交织编码156

4.9.5 CNAV-2电文的内容158

参考文献161

第5章 GLONASS信号164

5.1 概况164

5.2 伪码169

5.2.1 C/A码169

5.2.2 P码170

5.2.3 时间志171

5.3 数据调制172

5.4 导航电文174

5.4.1 导航电文结构174

5.4.2 导航电文内容175

5.4.3 导航电文即时数据178

5.4.4 导航电文非即时数据180

5.4.5 数据校验算法182

5.4.6 解译电文的实例分析183

参考文献186

第6章 Galileo信号187

6.1 概况187

6.2 E1信号191

6.3 E6信号195

6.4 E5信号197

6.5 阶梯码203

6.5.1 阶梯码的构筑203

6.5.2 主码206

6.5.3 副码208

6.6 F/NAV和I/NAV电文209

6.6.1 F/NAV和I/NAV电文的共同结构特点210

6.6.2 F/NAV电文的结构和内容211

6.6.3 I/NAV电文的结构和内容214

6.6.4 F/NAV和I/NAV电文的共同参数内容222

参考文献223

第7章 GNSS时空坐标系和卫星轨道计算226

7.1 时间坐标系226

7.1.1 协调世界时和原子时227

7.1.2 GPS时间228

7.1.3 GLONASS时间231

7.1.4 Galileo系统时间233

7.2 空间坐标系234

7.2.1 惯性坐标系235

7.2.2 地心地固直角坐标系235

7.2.3 大地坐标系238

7.2.4 站心坐标系240

7.2.5 GPS、Galileo和GLONASS的空间坐标系242

7.2.6 WGS-84与PZ-90之间的坐标变换244

7.3 GPS/Galileo卫星轨道计算247

7.4 GLONASS卫星轨道计算251

7.4.1 卫星运动方程251

7.4.2 龙格-库塔法253

7.5 卫星位置的地球自转校正256

参考文献260

第8章 GNSS测量及其误差262

8.1 GNSS测量值262

8.1.1 伪距测量值262

8.1.2 多普勒频移和载波相位测量值266

8.1.3 GNSS测量值之间的比较271

8.2 GNSS测量误差273

8.2.1 卫星时钟误差274

8.2.2 卫星星历误差280

8.2.3 电离层延时282

8.2.4 对流层延时287

8.2.5 多径误差288

8.2.6 接收机噪声290

8.2.7 接收机器件群波延时及其信道间差异290

8.3 差分GNSS原理及其测量295

8.3.1 差分GNSS原理295

8.3.2 GNSS单差伪距297

8.3.3 GNSS双差伪距300

8.3.4 GNSS单差载波相位302

8.3.5 GNSS双差载波相位304

参考文献307

第9章 GNSS定位及其精度309

9.1 单个GNSS的定位算法309

9.1.1 牛顿迭代及其线性化方法309

9.1.2 最小二乘法311

9.1.3 伪距定位原理314

9.1.4 最小二乘法伪距定位算法317

9.1.5 二维定位及其辅助方程322

9.1.6 多普勒定速算法324

9.1.7 免时定位算法326

9.2 单个GNSS的定位精度分析328

9.2.1 定位误差的方差分析328

9.2.2 精度衰减因子330

9.2.3 卫星几何分布334

9.3 GNSS联合定位336

9.3.1 接收机钟差模型336

9.3.2 算法1：直接利用系统时间差异播发值校正测量值339

9.3.3 算法2：在接收机端测定系统时间差异值341

9.3.4 算法3：建立系统时间差异辅助方程344

9.3.5 对算法和卫星几何分布的一些讨论346

9.4 差分GNSS相对定位算法349

9.4.1 单差伪距定位349

9.4.2 双差伪距定位351

9.4.3 单差载波相位定位353

9.4.4 双差载波相位定位355

参考文献358

第10章 总结361

10.1 联合GNSS的优势与挑战361

10.2 GNSS信号性能的定量评估365

10.2.1 GNSS接收机模型366

10.2.2 均方根带宽和等效矩形带宽369

10.2.3 谱分离系数和码跟踪谱灵敏度系数371

10.2.4 等效载噪比和信干噪比376

10.2.5 自相关函数和码环跟踪精度385

10.2.6 抗多径性能388

10.3 GNSS设计及其发展趋势391

10.3.1 卫星星座布局391

10.3.2 卫星星座自主导航394

10.3.3 信号多址机制395

10.3.4 频率规划396

10.3.5 伪码399

10.3.6 信号波形402

10.3.7 导频信号404

10.3.8 导航电文405

10.3.9 时空坐标系409

参考文献410

附录A 缩写词中英对照417

附录B 单位制及其换算424

附录C 傅里叶变换426

附录D 随机变量及其数字特征432

附录E 自相关函数和频谱密度437