北斗卫星导航定位原理与方法PDF电子书下载

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第1章 北斗卫星导航系统概述 1

1.1 世界卫星导航发展历史回顾 1

1.1.1 美国 1

1.1.2 俄罗斯 4

1.1.3 欧盟 4

1.2 我国卫星导航定位系统发展历程 5

1.2.1 北斗一号：地球静止轨道卫星定位系统 6

1.2.2 北斗二号：区域卫星导航系统 6

1.2.3 北斗三号：全球卫星导航系统 7

1.3 北斗卫星导航系统组成 8

1.3.1 空间段 9

1.3.2 地面段 11

1.3.3 用户段 13

1.4 北斗卫星导航系统提供的服务 14

1.5 北斗卫星导航系统的特色和优势 15

1.5.1 混合星座设计提高用户可见卫星数 15

1.5.2 导航与通信一体化设计提供多种服务 16

1.5.3 星间链路实现星座灵活管控与自主运行 16

1.5.4 多频点导航信号增加用户可选择性 17

1.6 北斗卫星导航定位的典型应用 17

1.6.1 精密测量 17

1.6.2 地理测绘 18

1.6.3 车辆导航 18

1.6.4 航海应用 19

1.6.5 航空应用 20

1.6.6 航天应用 20

1.6.7 军事应用 20

1.6.8 北斗授时 21

1.6.9 机械控制 21

1.6.10 大众消费 21

第2章 北斗卫星导航定位基本原理 23

2.1 无线电测距定位原理 23

2.1.1 利用到达时间测距的原理 23

2.1.2 平面内二维位置的确定 23

2.1.3 三球交会确定三维位置 24

2.2 卫星导航定位基本要素 26

2.2.1 导航卫星 26

2.2.2 导航信号 27

2.2.3 导航电文 28

2.2.4 距离测量 29

2.3 卫星导航定位方程 29

2.3.1 伪距方程 29

2.3.2 定位方程 31

2.4 定位结果精度及误差分析 32

2.4.1 定位结果的精度 32

2.4.2 定位误差源 32

2.5 差分定位 35

第3章 北斗的坐标系统和时间系统 37

3.1 地球坐标系统 37

3.1.1 大地水准面与地球椭球 37

3.1.2 地心大地坐标系 38

3.1.3 地心地固直角坐标系 40

3.1.4 地极移动 41

3.1.5 协议地球坐标系 43

3.1.6 北斗坐标系的定义 44

3.1.7 地固坐标系之间的转换 45

3.2 天球坐标系统 46

3.2.1 天球的基本概念 46

3.2.2 坐标系 47

3.2.3 岁差和章动 47

3.2.4 协议天球坐标系 48

3.2.5 协议天球坐标系与协议地球坐标系的转换 49

3.2.6 国际参考坐标系及其转换关系 53

3.3 测站坐标系统 55

3.3.1 测站坐标系的定义 55

3.3.2 测站坐标系与地心地固坐标系的转换 56

3.3.3 方位角和高度角的计算 57

3.4 时间系统 58

3.4.1 时间系统概述 58

3.4.2 世界时系统 59

3.4.3 原子时系统 61

3.4.4 协调世界时 61

3.4.5 北斗时（BDT）的定义 61

3.4.6 时间系统之间的转换 61

3.4.7 时间标示法及其转换关系 63

第4章 北斗卫星轨道运动基础 68

4.1 开普勒行星运动三大定律 68

4.2 卫星轨道无摄运动 69

4.2.1 二体问题 70

4.2.2 轨道根数 70

4.2.3 卫星位置和速度的计算 75

4.3 卫星轨道受摄运动 77

4.3.1 地球非球形摄动 78

4.3.2 日月引力摄动 79

4.3.3 太阳光压摄动 80

4.4 北斗卫星星历 81

4.4.1 北斗二号广播星历 81

4.4.2 北斗三号广播星历 82

4.5 利用卫星星历计算北斗卫星位置 83

4.5.1 北斗二号卫星位置计算方法 83

4.5.2 北斗三号卫星位置计算方法 89

4.6 北斗卫星星座及其可见性 93

4.6.1 北斗星座的卫星轨道类型组成 93

4.6.2 北斗星座的卫星可见性 98

第5章 北斗测量模型及定位误差源分析 102

5.1 北斗测量模型 102

5.1.1 伪距测量模型 102

5.1.2 载波相位测量模型 104

5.1.3 伪距和载波相位的关系 106

5.1.4 测量中包含的误差 106

5.2 与卫星相关的误差 107

5.2.1 星历误差 107

5.2.2 钟差误差 108

5.2.3 用户测距误差 109

5.3 信号空间传播误差 111

5.3.1 电离层延迟及其修正方法 111

5.3.2 对流层延迟及其修正方法 119

5.3.3 多路径效应 121

5.4 与接收机相关的误差 122

5.4.1 接收机噪声 122

5.4.2 天线相位中心误差 123

5.5 其他误差 123

5.5.1 相对论效应 123

5.5.2 地球自转效应 125

第6章 北斗伪距定位、测速与授时方法 127

6.1 伪距单点定位方法 127

6.1.1 定位方法的分类 127

6.1.2 伪距观测方程的线性化 128

6.1.3 最小二乘法 130

6.1.4 卡尔曼滤波技术 130

6.1.5 伪距定位算法及步骤 131

6.2 单点定位精度评估 136

6.2.1 精度衰减因子 136

6.2.2 卫星的几何分布对DOP值的影响 139

6.2.3 最佳星座的选择问题 140

6.3 伪距差分定位方法 140

6.3.1 差分定位基本原理 141

6.3.2 北斗差分定位方法 144

6.3.3 伪距差分定位误差分析 146

6.4 北斗测速解算方法 147

6.4.1 伪距变化率测速方法 148

6.4.2 卫星速度的计算方法 149

6.5 北斗授时解算方法 150

6.5.1 单向测量授时 151

6.5.2 共视测量授时 151

第7章 北斗载波相位精确定位原理与方法 153

7.1 载波相位差分观测值 153

7.1.1 非差观测值 153

7.1.2 单差观测值 154

7.1.3 双差观测值 155

7.1.4 三差观测值 156

7.2 实时动态差分定位方法 157

7.2.1 RTK组成原理 157

7.2.2 RTK解算方法 160

7.2.3 网络RTK系统服务技术 163

7.3 精密单点定位方法 167

7.3.1 精密单点定位解算方法 167

7.3.2 PPP有关的误差 170

7.4 整周模糊度解算 173

7.4.1 整周模糊度解算原理 174

7.4.2 整周模糊度解算方法 175

7.5 周跳探测与处理问题 182

第8章 北斗导航信号基础 184

8.1 北斗信号概述 184

8.2 载波及其频率 185

8.2.1 无线电频谱 185

8.2.2 北斗的频率 186

8.3 北斗的测距码 186

8.3.1 伪随机噪声码 186

8.3.2 m序列 188

8.3.3 截短码和复合码 191

8.3.4 Gold码 193

8.3.5 北斗二号测距码 194

8.3.6 Weil码 196

8.3.7 北斗三号测距码 197

8.4 北斗的数据码 198

8.4.1 北斗二号数据码 199

8.4.2 北斗三号数据码 201

8.5 北斗的信号结构 205

8.5.1 北斗二号信号结构 206

8.5.2 北斗三号信号结构 206

8.6 北斗信号的调制方式 209

8.6.1 BPSK调制方式 210

8.6.2 QPSK调制方式 211

8.6.3 BOC调制方式 212

8.6.4 QMBOC调制方式 214

第9章 北斗接收机原理 216

9.1 接收机组成原理 216

9.2 接收机类型 217

9.2.1 按用途分类 217

9.2.2 按载波频率分类 219

9.2.3 按通道数分类 219

9.2.4 按工作原理分类 220

9.2.5 按产品形态分类 220

9.3 接收机天线 221

9.3.1 天线类型 221

9.3.2 天线的方向性及增益 221

9.3.3 工作频率与带宽 222

9.3.4 极化 222

9.3.5 阻抗匹配 222

9.4 接收机常用概念 223

9.4.1 系统和频点 223

9.4.2 卫星信号强度（信噪比） 223

9.4.3 接收机通道 224

9.4.4 接收机的启动 224

9.4.5 首次定位收敛时间 225

9.4.6 卫星方位及星空图 225

9.4.7 通信端口和波特率 225

9.5 常见接收机及其性能指标 227

9.6 接收机检测原理 229

9.6.1 检测系统组成及其工作原理 230

9.6.2 典型指标测试方法 237

第10章 北斗接收机信号处理基础 244

10.1 信号处理的几个概念 244

10.1.1 信号功率与路径损耗 244

10.1.2 天线增益 245

10.1.3 链路预算 246

10.1.4 信号强度与载噪比 246

10.2 信号捕获原理 248

10.2.1 下变频与中频信号 248

10.2.2 相干积分 250

10.2.3 搜索空间 251

10.3 信号跟踪原理 251

10.3.1 载波环 251

10.3.2 码环 253

10.3.3 信号的跟踪 255

第11章 GPS及其他卫星导航系统 258

11.1 美国GPS 258

11.1.1 系统组成 259

11.1.2 信号特征 262

11.1.3 导航电文 265

11.1.4 SA和A-S政策 268

11.2 俄罗斯GLONASS 269

11.2.1 系统组成 269

11.2.2 信号特征 270

11.2.3 导航电文 271

11.3 欧盟Galileo 272

11.3.1 系统组成 272

11.3.2 信号特征 274

11.3.3 导航电文 278

第12章 多卫星导航系统融合定位原理 282

12.1 多卫星导航系统概述 282

12.2 多系统融合定位解算方法 283

12.3 多系统融合定位误差分析 285

12.3.1 系统空间基准偏差 285

12.3.2 系统时间基准偏差 286

12.3.3 接收机端和卫星端未校正延迟 287

12.4 多系统融合定位的优势 287

12.4.1 提高导航解的精度 288

12.4.2 提高导航解的可靠性 288

12.4.3 提高导航解的可用性 288

第13章 常见卫星导航处理软件及其应用方法 289

13.1 测后数据处理概述 289

13.1.1 GNSS测量工作简介 289

13.1.2 测后数据处理原理 291

13.1.3 后处理软件 292

13.2 GAMIT/GLOBK软件及其使用方法 293

13.2.1 GAMIT/GLOBK软件简介 293

13.2.2 GAMIT应用实例 295

13.3 Bernese软件及其使用方法 300

13.3.1 Bernese软件简介 300

13.3.2 Bernese 5.0应用实例 301

13.4 RTKLib软件及其使用方法 313

13.4.1 RTKLib软件简介 313

13.4.2 RTKLib可执行程序操作流程 314

13.4.3 RTKLib应用实例 319

13.5 TEQC软件及其使用方法 321

13.5.1 TEQC软件简介 321

13.5.2 TEQC应用实例 321

第14章 卫星导航应用与开发基础 323

14.1 基于Android系统的导航应用开发 323

14.1.1 Android系统App开发概述 323

14.1.2 Android定位API说明 324

14.2 基于iOS系统的导航应用开发 325

14.2.1 iOS系统App开发概述 325

14.2.2 iOS定位API说明 325

14.3 地图投影与电子地图 326

14.3.1 地图投影 326

14.3.2 电子地图 327

14.3.3 结合高德地图的开发 328

14.3.4 结合百度地图的开发 329

14.4 智能移动终端原始观测数据的获取 330

14.4.1 获取原始观测数据的API函数 331

14.4.2 原始观测数据的生成原理 332

14.4.3 原始观测数据的应用 336

14.5 智能移动终端定位App开发示例 338

14.5.1 开发任务简介 338

14.5.2 开发环境构建 339

14.5.3 代码编程实现 339

14.5.4 运行结果展示 341

第15章 北斗RDSS业务原理简介 341

15.1 RDSS概述 341

15.1.1 卫星系统 342

15.1.2 地面系统 342

15.1.3 用户设备 343

15.2 RDSS信号与测量 343

15.2.1 RDSS信号体制 343

15.2.2 RDSS测量 345

15.3 北斗RDSS定位与授时方法 347

15.3.1 双星定位原理 347

15.3.2 RDSS定位算法 348

15.3.3 RDSS单向授时算法 349

15.3.4 RDSS双向授时算法 350

15.4 北斗RDSS短报文通信原理 351

15.4.1 卫星通信原理 351

15.4.2 北斗RDSS短报文通信 352

参考文献 353

附录A BDGIM模型非发播系数及预报周期表 357

附录B 卫星导航常用协议 359

附录C 卫星导航常见数据格式 369

附录D 缩略语参考表 385

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