卫星导航定位系统原理与应用

第1章 绪论 1

1.1 导航的基本概念与发展 1

1.1.1 导航的基本概念 1

1.1.2 导航技术的分类 1

1.1.3 卫星导航的性能指标 6

1.2 卫星导航系统概述 8

1.2.1 卫星导航系统的基本概念 8

1.2.2 卫星导航系统的特点 8

1.2.3 卫星导航的应用 10

1.3 卫星导航系统发展 11

参考文献 15

第2章 空间坐标与时间参考系统 16

2.1 空间坐标系统 16

2.1.1 坐标系统概述 16

2.1.2 天球和天球坐标系 17

2.1.3 地球坐标系 24

2.1.4 卫星导航定位系统所采用的坐标系统 30

2.1.5 地图投影与高斯-克吕格平面直角坐标系 33

2.1.6 坐标变换 39

2.2 时间参考系统 41

2.2.1 时间的基本概念 41

2.2.2 世界时系统 43

2.2.3 原子时系统 44

2.2.4 力学时系统 44

2.2.5 协调世界时系统 45

2.2.6 GPS时间系统 45

2.2.7 北斗时间系统 46

2.2.8 卫星导航定位中的时间表示方法 48

参考文献 48

第3章 卫星导航定位系统介绍 50

3.1 概述 50

3.2 全球卫星导航系统 51

3.2.1 GPS 51

3.2.2 GLONASS 54

3.2.3 北斗卫星导航系统 59

3.2.4 Galileo卫星导航系统 63

3.3 区域卫星导航系统 66

3.3.1 日本QZSS 66

3.3.2 印度IRNSS 68

3.4 星基增强系统 68

3.4.1 美国WAAS 68

3.4.2 欧洲EGNOS 69

3.4.3 日本MSAS 69

3.4.4 印度GAGAN 70

3.4.5 俄罗斯SDCM 70

3.5 地基增强系统 71

3.5.1 国外地基增强系统 71

3.5.2 北斗地基增强系统 72

参考文献 72

第4章 北斗卫星导航系统 73

4.1 北斗系统服务性能 73

4.1.1 北斗系统服务区 73

4.1.2 北斗系统空间信号性能 73

4.1.3 北斗系统服务性能特征 75

4.2 北斗短报文通信服务 76

4.2.1 北斗短报文通信特点 77

4.2.2 北斗短报文通信方式 77

4.2.3 北斗短报文服务应用 78

4.3 北斗地基增强系统服务 79

4.3.1 北斗地基增强系统组成 79

4.3.2 北斗地基增强系统服务产品 80

4.3.3 北斗地基增强系统服务性能指标 81

4.4 北斗卫星导航系统精准服务 82

4.4.1 全国卫星导航定位基准服务系统 82

4.4.2 国家北斗精准服务网 83

参考文献 85

第5章 卫星导航系统定位原理 86

5.1 卫星导航系统信号结构 86

5.1.1 卫星导航系统信号基础 86

5.1.2 GPS信号结构 86

5.1.3 GLONASS卫星信号 93

5.1.4 Galileo卫星信号 97

5.1.5 北斗卫星信号结构 99

5.2 卫星导航定位原理 100

5.2.1 伪距法测量 100

5.2.2 伪距观测方程及定位计算 102

5.2.3 载波相位测量 106

5.2.4 卫星导航定位的精度 108

5.3 卫星导航接收机工作原理 111

5.3.1 卫星导航接收机基础 111

5.3.2 GNSS接收机信号原理 115

参考文献 125

第6章 卫星导航系统误差与消除方法 126

6.1 卫星导航系统误差分析 126

6.1.1 卫星导航系统误差简介 126

6.1.2 用户等效距离误差 128

6.1.3 消除或削弱各种误差影响的方法 129

6.2 空间段误差及消除方法 130

6.2.1 卫星星历误差及消除方法 130

6.2.2 卫星时钟误差及消除方法 133

6.2.3 相对论效应的影响及消除方法 133

6.2.4 GPS中美国政府对用户的限制性政策与用户的措施 135

6.3 环境段误差及消除方法 138

6.3.1 电离层延迟误差及消除方法 139

6.3.2 对流层延迟误差及消除方法 148

6.3.3 多路径效应及消除方法 150

6.4 用户段误差及消除方法 154

6.4.1 观测误差及消除方法 154

6.4.2 接收机钟差及消除方法 154

6.4.3 接收机天线相位中心偏差及消除方法 155

6.4.4 载波相位观测的整周跳变及消除方法 156

6.4.5 地球自转及消除方法 159

6.4.6 地球潮汐效应以及消除方法 159

参考文献 161

第7章 卫星导航定位方法 163

7.1 定位方式 163

7.1.1 静态定位与动态定位 163

7.1.2 绝对定位与相对定位 164

7.1.3 伪距测量与载波相位测量 165

7.1.4 静态单点定位与动态单点定位 166

7.1.5 伪距单点定位与伪距相对定位 167

7.1.6 载波相位单点定位与载波相位相对定位 169

7.2 差分定位方法 171

7.2.1 差分定位分类 172

7.2.2 常用的差分定位系统 178

7.3 姿态测量方法 181

7.3.1 整周模糊度求解 182

7.3.2 周跳 184

7.3.3 姿态求解 184

7.3.4 实时性 185

7.3.5 基本观测量 186

7.3.6 观测方程 188

7.3.7 姿态测量的一般步骤 190

7.4 卫星导航系统的干扰与反干扰 196

7.4.1 卫星导航系统的脆弱性 196

7.4.2 干扰技术 196

7.4.3 抗干扰技术 200

参考文献 202

第8章 卫星导航与位置服务应用 203

8.1 应用概述 203

8.2 交通物流行业应用 204

8.2.1 概述 204

8.2.2 应用方案 205

8.2.3 应用功能 208

8.3 市政管网行业应用 209

8.3.1 概述 209

8.3.2 应用方案 210

8.4 养老关爱行业应用 213

8.4.1 概述 213

8.4.2 关键技术 214

8.5 安全监测行业应用 216

8.5.1 概述 216

8.5.2 关键技术 217

8.6 应急救援行业应用 220

8.6.1 概述 220

8.6.2 应用方案 220

8.7 精准农业行业应用 222

8.7.1 概述 222

8.7.2 关键技术 223

8.7.3 应用方案 224

8.8 电力授时行业应用 227

8.8.1 概述 227

8.8.2 关键技术 228

8.8.3 应用方案 229

8.9 城市管理行业应用 231

8.9.1 概述 231

8.9.2 应用方案 232

8.10 自动驾驶领域应用 234

8.10.1 概述 234

8.10.2 关键技术 234

参考文献 235