本書專從電子工程和通信技術的角度詳細講解GPS和北斗雙系統(tǒng)接收機的原理，在對GPS和北斗系統(tǒng)的歷史演進進行介紹的同時，詳細講解了GPS和北斗接收機內部從信號跟蹤與捕獲，到衛(wèi)星位置速度計算、觀測量模型分析和定位導航解算的幾乎所有信號處理理論，同時也融進了作者在該領域多年的研發(fā)經驗和心得。全書在對理論知識進行詳細闡述的同時，緊密結合理論知識點實現了一臺GPS和北斗雙系統(tǒng)軟件接收機，給出了該軟件接收機源代碼，該源代碼實現了本書講解的所有理論知識點，讀者可以在閱讀本書理論部分的同時運行相應程序，自行對運行結果進行理解和分析，同時也可以根據自身需求對源代碼進行修改，更快更好地理解GPS和北斗雙系統(tǒng)接收機設計的理論，為進一步地深化學習打下堅實的基礎。
魯郁： 河南信陽人， 1997年和2000年從北京大學電子學系獲得學士和碩士學位，2006年從美國加州大學Riverside分校獲得博士學位，在博士學習期間開始接觸GPS技術，參與了GPS軟件接收機開源項目，博士畢業(yè)后在美國硅谷創(chuàng)業(yè)公司從事GPS芯片的研發(fā)和設計。2009年歸國后，先后在中國科學院微電子研究所和展訊通信有限公司任職。魯郁博士從2001年開始一直堅持在衛(wèi)星導航領域從事技術開發(fā)和算法研究工作，參與或主持了多款衛(wèi)星導航芯片和系統(tǒng)的設計，在衛(wèi)星導航技術領域有深厚的積累，近年來主要從事GPS/北斗衛(wèi)星導航技術工程化和產業(yè)化方面的工作。
目 錄
第1章 定位、坐標系和時間標準1
1.1 問題的提出2
1.1.1 基本目的和基本定位系統(tǒng)2
1.1.2 時鐘問題5
1.1.3 一個改進的系統(tǒng)6
1.1.4 改進后系統(tǒng)的總結10
1.2 常用坐標系11
1.2.1 地心慣性坐標系11
1.2.2 測地坐標系12
1.2.3 ECEF坐標系15
1.2.4 ENU或NED坐標系19
1.2.5 運動本體坐標系21
1.3 時間系統(tǒng)23
1.3.1 太陽時和恒星時23
1.3.2 力學時24
1.3.3 原子時和協調世界時（UTC）25
1.3.4 GPS時（GPST）26
1.3.5 北斗時（BDT）28
參考文獻29
第2章 GPS和北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介31
2.1 GPS系統(tǒng)的歷史由來32
2.2 GPS系統(tǒng)的構成39
2.3 GPS的現代化計劃47
2.4 北斗導航系統(tǒng)概述53
參考文獻60
第3章 GPS和北斗的信號格式與導航電文63
3.1 GPS信號64
3.1.1 GPS信號的產生機制64
3.1.2 C/A碼發(fā)生器70
3.1.3 C/A碼自相關和互相關特性76
3.2 北斗信號82
3.2.1 北斗信號結構82
3.2.2 北斗偽隨機碼發(fā)生器86
3.2.3 北斗偽隨機碼的自相關和互相關特性90
3.3 導航電文93
3.3.1 GPS導航電文93
3.3.2 北斗導航電文101
3.4 不同衛(wèi)星信號的時間關系111
參考文獻114
第4章 信號捕獲和跟蹤117
4.1 信號捕獲119
4.1.1 信號捕獲的基本概念119
4.1.2 基于時域相關器的信號捕獲125
4.1.3 基于匹配濾波器的信號捕獲132
4.1.4 基于FFT的信號捕獲134
4.1.5 短時相關匹配濾波器和FFT結合的信號捕獲139
4.1.6 基于數據分塊和頻率補償的信號捕獲145
4.1.7 信號捕獲的門限設定153
4.1.8 相干積分和非相干積分157
4.2 信號跟蹤163
4.2.1 基本的鎖相環(huán)164
4.2.2 線性鎖相環(huán)的熱噪聲性能分析173
4.2.3 載波跟蹤環(huán)175
4.2.4 偽碼跟蹤環(huán)186
4.2.5 跟蹤環(huán)實現和調試中的問題197
4.2.6 比特同步214
4.2.7 子幀同步219
參考文獻222
第5章 雙模觀測量提取和誤差分析227
5.1 偽距觀測量228
5.2 載波相位觀測量233
5.3 多普勒頻率和積分多普勒觀測量236
5.4 觀測量誤差特性分析240
5.4.1 衛(wèi)星時鐘誤差241
5.4.2 星歷誤差242
5.4.3 電離層延遲244
5.4.4 對流層延遲247
5.4.5 多徑效應249
5.4.6 接收機誤差253
5.5 差分GNSS技術253
參考文獻267
第6章 衛(wèi)星位置和速度的計算271
6.1 衛(wèi)星軌道理論272
6.2 GPS衛(wèi)星和北斗MEO/IGSO衛(wèi)星279
6.3 北斗GEO衛(wèi)星284
6.4 衛(wèi)星位置和速度的插值計算287
6.5 精密星歷和星歷擴展289
參考文獻294
第7章 位置、速度和時間解算297
7.1 最小二乘法解算298
7.1.1 基本原理298
7.1.2 加權的最小二乘法301
7.1.3 利用偽距觀測量計算位置和鐘偏304
7.1.4 利用多普勒觀測量計算速度和鐘漂311
7.1.5 衛(wèi)星的仰角和方位角313
7.1.6 幾何精度因子316
7.1.7 接收機自主完好性監(jiān)測（RAIM）322
7.2 卡爾曼濾波解算328
7.2.1 遞歸最小二乘法328
7.2.2 基本的卡爾曼濾波器333
7.2.3 從連續(xù)時間系統(tǒng)到離散時間系統(tǒng)336
7.2.4 擴展卡爾曼濾波器339
7.2.5 接收機中常用的幾種KF模型342
7.2.6 卡爾曼濾波具體實現中的技術處理351
7.3 最小二乘法和卡爾曼濾波總結356
參考文獻360
第8章 射頻前端363
8.1 衛(wèi)星信號的發(fā)射與接收364
8.2 級聯系統(tǒng)的噪聲系數367
8.3 帶通采樣原理369
8.4 中頻采樣方案和射頻采樣方案373
8.4.1 中頻采樣方案373
8.4.2 射頻采樣方案376
8.5 自動增益控制（AGC）和量化位寬380
8.6 射頻載噪比和基帶信噪比的關系384
8.7 射頻前端頻率方案實例分析386
參考文獻388
第9章 北斗和GPS雙模軟件接收機的實現391
9.1 雙模軟件接收機的信號源392
9.2 雙模接收機的軟件模塊和程序運行界面395
9.3 雙模接收機數據處理結果400
附錄A 基本矩陣和向量運算409
A.1 逆矩陣及其性質410
A.2 矩陣的特征值和特征向量411
A.3 二次型和有定矩陣412
A.4 幾種重要的矩陣分解414
A.5 矩陣分析初步418
附錄B 直角坐標系的轉換和旋轉421
附錄C NBP和WBP的均值和方差429
附錄D 和衛(wèi)星橢圓軌道相關的推導433
附錄E 電離層延遲的Klobuchar模型437
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