北斗卫星导航原理与系统

北斗卫星导航系统是中国自主建设、独立运营的卫星导航系统，已经被广泛应用于交通、测经、航空。航天、航河、衣业、水利、救援等领域，在中国的国民经济和国防安全中发挥着重要作用。本书根络卫星导航系统的基术原理和北斗卫星导航系统的近期新技术文献，以及导航接收机的特点，在北斗卫星导航原理的基础上，重点介绍北斗导航电文的组成、北斗接收机的技术指标和软件接收机的信号处理方法。本书共8章，主要内容包括：绪论、空间坐标系统与时间系统、卫星的运动与星历、北斗导航卫星信号、北斗系统定位原理、北斗卫星导航接收机、北斗系统信号的捕获与跟踪、GPS和其他卫星导航系统等，配套电子课件、习题参考答案等。 本书可作为高等院校电子信息类专业本科生和研究生的相关课程教材，还可供相关领域的科技工作者学习参考。

第1章 绪论 1
1.1 导航的基本概念 1
1.2 导航的分类 1
1.3 导航系统的技术指标 4
1.4 无线电导航定位 5
1.4.1 电磁波 5
1.4.2 电磁波测量原理 8
1.4.3 无线电导航定位方法 12
1.5 北斗卫星导航系统 15
1.5.1 北斗系统的建设和发展 15
1.5.2 北斗系统的组成 16
1.5.3 北斗系统公开服务区 17
1.5.4 北斗系统公开服务性能指标 18
1.5.5 北斗系统应用与产业化 18
习题 20
第2章 空间坐标系统与时间系统 21
2.1 地球的运动 21
2.1.1 地球自转 22
2.1.2 地球公转 22
2.1.3 地球自转角速度和线速度 23
2.1.4 地球公转特性 24
2.1.5 地球自转的意义 25
2.1.6 地球公转的意义 25
2.2 坐标系统 27
2.2.1 天球坐标系 27
2.2.2 地球坐标系 32
2.2.3 国家大地坐标系统 36
2.2.4 北斗坐标系统（BDCS） 39
2.3 时间系统 40
2.3.1 时间的基本概念 40
2.3.2 世界时系统 40
2.3.3 原子时系统 41
习题 44
第3章 卫星的运动与星历 45
3.1 开普勒三定律 45
3.1.1 开普勒第一定律 46
3.1.2 开普勒第二定律 47
3.1.3 开普勒第三定律 47
3.2 卫星运动的轨道参数 48
3.3 二体问题 50
3.3.1 卫星的无摄运动和受摄运动 50
3.3.2 二体问题概述 51
3.3.3 真近点角fs的计算 59
3.4 卫星的位置和运行速度计算 60
3.4.1 卫星位置的计算 60
3.4.2 卫星运行速度的计算 62
3.5 北斗卫星星历 63
3.5.1 北斗卫星的广播星历 64
3.5.2 由广播星历计算BDS卫星坐标 65
3.5.3 由广播历书计算BDS卫星坐标 68
3.5.4 卫星的精密星历 69
习题 70
第4章 北斗导航卫星信号 71
4.1 北斗卫星的测距码 71
4.1.1 伪随机码 71
4.1.2 Gold码 72
4.1.3 BDS测距码 73
4.2 载波信号 78
4.2.1 信号结构 78
4.2.2 信号特性 78
4.3 导航电文 79
4.3.1 D1导航电文 80
4.3.2 D2导航电文 81
4.3.3 导航电文数据码纠错编码 82
4.3.4 D1导航电文的内容 84
4.3.5 D2导航电文的内容 89
4.4 卫星的信号强度与覆盖 92
4.4.1 北斗卫星的信号强度 92
4.4.2 BDS卫星对地面的覆盖 94
习题 97
第5章 北斗系统定位原理 98
5.1 基本概念 99
5.1.1 静态定位和动态定位 99
5.1.2 绝对定位和相对定位 100
5.1.3 差分定位 100
5.2 伪距法测量 101
5.2.1 伪距的概念 101
5.2.2 伪距测量 102
5.3 伪距观测方程及定位计算 103
5.3.1 伪距观测方程的建立和线性化 103
5.3.2 定位计算 104
5.4 载波相位观测方程 107
5.4.1 载波相位测量原理 107
5.4.2 载波相位观测方程 108
5.4.3 载波相位观测的主要问题 109
5.5 观测卫星的精度 109
5.5.1 北斗系统测量误差 109
5.5.2 精度因子 112
5.5.3 卫星的几何分布 113
5.6 BDS相对定位 114
5.6.1 静态相对定位 115
5.6.2 动态相对定位 117
5.7 差分BDS 118
5.7.1 差分BDS的原理 118
5.7.2 差分BDS的分类 118
5.7.3 位置差分 119
5.7.4 伪距差分 120
5.7.5 载波相位差分 120
习题 121
第6章 北斗卫星导航接收机 123
6.1 卫星导航接收机的组成与功能 123
6.2 北斗接收机的分类 125
6.2.1 按接收机的工作原理分类 125
6.2.2 按服务模式分类 126
6.2.3 按接收机的用途分类 126
6.2.4 按接收机的载波频率分类 126
6.2.5 按接收机的通道数分类 127
6.3 北斗接收机的主要技术指标 127
6.4 北斗接收机天线 129
6.4.1 微带天线的特点 129
6.4.2 微带天线的基本结构 130
6.4.3 微带天线的圆极化 131
6.5 北斗接收机的前端 132
6.5.1 BDS接收机射频前端系统结构 133
6.5.2 信噪比 137
6.5.3 信噪系数 137
6.5.4 灵敏度 138
6.6 BDS接收机的信号解调 139
6.6.1 模拟正交解调 139
6.6.2 数字正交解调 140
6.7 BDS接收机设计规范 143
6.7.1 导航型终端 143
6.7.2 测量型终端 144
6.7.3 定时型终端 145
6.7.4 位置报告/短报文型终端 147
习题 149
第7章 北斗系统信号的捕获与跟踪 150
7.1 BDS软件接收机 150
7.2 BDS信号的捕获 152
7.2.1 BDS信号捕获原理 152
7.2.2 捕获关键参数分析 154
7.3 捕获算法 157
7.3.1 串行搜索捕获算法 157
7.3.2 FFT频域捕获算法 158
7.3.3 基于循环相关的快速捕获算法 160
7.3.4 捕获算法性能对比 162
7.4 BDS信号的跟踪 163
7.5 载波跟踪环 167
7.6 码跟踪环 169
7.7 BDS接收机中的跟踪环 172
7.8 多路径效应 174
习题 176
第8章 GPS和其他卫星导航系统 177
8.1 GPS 177
8.1.1 GPS的组成 177
8.1.2 GPS的信号 178
8.1.3 GPS的导航电文 180
8.1.4 GPS卫星信号的调制 182
8.1.5 GPS的时间和坐标系统 183
8.1.6 GPS的定位精度 184
8.1.7 广域差分增强系统 184
8.2 GLONASS 184
8.2.1 GLONASS的组成 185
8.2.2 GLONASS的信号 185
8.2.3 GLONASS的导航电文 186
8.2.4 GLONASS的时间和坐标系统 186
8.2.5 GLONASS的标准精度 187
8.2.6 GLONASS的应用范围 187
8.3 Galileo系统 188
8.3.1 Galileo系统的组成 188
8.3.2 Galileo系统的信号 189
8.3.3 Galileo系统的服务 190
参考文献 192