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、测绘、航空、航天、航海、农业、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。本书根据卫星导航系统的基本原理和北斗卫星导航系统的技术文献，以及卫星导航接收机的结构和特点，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、卫星导航系统空间坐标系统与时间系统、卫星的运动与星历、北斗系统卫星信号、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系统和其他卫星导航系统等。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
4.1.2Gold码72
4.1.3BDS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
4.3.1D1导航电文80
4.3.2D2导航电文81
4.3.3导航电文数据码纠错编码82
4.3.4D1导航电文的内容84
4.3.5D2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
4.4.2BDS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
5.6BDS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BDS118
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
6.5.1BDS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
6.6BDS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
6.7BDS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
7.1BDS软件接收机150
7.2BDS信号的捕获152
7.2.1BDS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
7.3.2FFT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
7.4BDS信号的跟踪163
7.5载波跟踪环167
7.6码跟踪环169
7.7BDS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
8.1GPS177
8.1.1GPS的组成177
8.1.2GPS的信号178
8.1.3GPS的导航电文180
8.1.4GPS卫星信号的调制182
8.1.5GPS的时间和坐标系统183
8.1.6GPS的定位精度184
8.1.7广域差分增强系统184
8.2GLONASS184
8.2.1GLONASS的组成185
8.2.2GLONASS的信号185
8.2.3GLONASS的导航电文186
8.2.4GLONASS的时间和坐标系统186
8.2.5GLONASS的标准精度187
8.2.6GLONASS的应用范围187
8.3Galileo系统188
8.3.1Galileo系统的组成188
8.3.2Galileo系统的信号189
8.3.3Galileo系统的服务190
参考文献192