《國防電子信息技術叢書:輔助GPS原理與應用》依托于作者在導航定位領域幾十年的研究與工程實踐經驗,深入淺出地講解了輔助定位技術與GPS接收機設計方面的內容,并對未來AGNSS技術的發展方向做出了前瞻。全書在回顧標準GPS技術結構的基礎上,具體分析了GPS系統引入輔助技術的原因,而后結合理論和仿真案例對無精確定時條件下的AGPS技術輔助定位原理進行了詳細論述,并討論了AGPS技術輔助信息的特殊形式、在不同模塊中的工作原理及AGPS的工業標準和政府規范。另外,《國防電子信息技術叢書:輔助GPS原理與應用》也對高靈敏度GPS接收機的整體設計理念給出了詳細的指導。
《國防電子信息技術叢書:輔助GPS原理與應用》講解細致、內容豐富,具有重要的工程實踐參考價值,適合作為導航定位技術相關專業的本科生和研究生的參考書籍,也可供相關領域的工程技術人員參考學習。
本書最初為那些參與研究、試驗、設計或應用GPS/GNSS的全球衛星導航技術專業人士準備的,同時大部分內容也適合于非專業的讀者。為了達到這兩個目的,本書在每章之初都會對該章內容進行概述。非專業的讀者和那些想要快速理解全書內容的讀者可以先閱讀第1章的全部內容,然后是2.1節和3.1節等。這大約50頁左右的內容就像一個嵌入的學習指導。
對于GPS技術的專業人士,本書就是一本完整的輔助GPS設計指導:它是為那些熟悉基礎的GPS工程師和科學家設計的。
筆者在最初的GPS系統運行前,就參與了GPS接收機的開發工作。在過去十年中,筆者參與的A GPS接收機設計方案與裝置已經安裝在了世界范圍內的數以千萬的個人導航設備和移動電話中。因此,本書介紹了商用A GPS的實際設計思想。著重講解了工業生產中的實際工作。因此,讀者可能會注意到,有些問題與大多數GPS教材中描述的常規處理方法不同,尤其是在高靈敏度的信號處理領域。這主要是對實際工作的一種反映,同時還表達了另一層意思,即對早期工作中已經覆蓋或者涉及的某些主題,提供一種可選擇的研究方法。因此,如果發現某些論述不是所習慣的,希望這是由于新的方法所造成的。
盡管本書的目的是提供實用技術,但我們不回避必要的理論細節。第4章和第5章講解導航時,詳細講解了線性代數;第6章(高靈敏度)提到了很多數字信號處理中的統計分析知識。為了使文章更容易理解,我們提供了MATLAB的工作實例(包括可以閱讀、復制并運行的MATLAB腳本)來說明某些概念或復制的結果。
本書基于一門在2001年3月第一次授課的室內GPS(或高靈敏度的A GPS)方面的課程。第6章講解了高靈敏度接收器設計,幾乎與本書的其他部分無關。本書的其余部分涉及了A GPS的其他方面,其中包括輔助數據的生成與分析;GPS導航的數學知識,特別是粗時間導航;長期軌道;行業標準;政府的規定和未來的輔助全球導航衛星系統。
作為實際解決方法的一部分重點,本書包括一個附錄,以介紹輔助全球導航衛星系統設計師和研究人員日常工作中經常用到的轉換因子和拇指規則表。這些表包括對每個議題的分析和有關章節的交叉引用。筆者每天都在案頭參考這些表,希望讀者同樣能得到幫助。
筆者感謝讀者指出錯誤并且提出改進建議。
第1章 緒論
1.1 A GPS概述
1.2 本書內容結構
1.3 民用衛星導航信號
1.4 理論與實踐方法
1.5 術語:輔助全球定位系統(A GPS),輔助全球導航衛星系統(A-GNSS)
1.6 本書讀者定位
1.7 本書的新內容
參考文獻
第2章 標準GPS回顧
2.1 概述:GPS是如何設計的
2.2 GPS信號功率
2.3 衛星軌道
2.4 衛星時鐘
2.5 星歷
2.6 GPS信號
2.7 GPS接收機的基本功能
參考文獻
第3章 輔助, A GPS中的“A”
3.1 捕獲和輔助概述
3.2 頻率/碼延遲搜索空間
3.3 標準GPS系統的頻率/碼延遲搜索
3.4 跟蹤、重新捕獲和輔助
3.5 移動臺輔助和基于移動臺的GPS
3.6 A GPS頻率輔助
3.7 A GPS碼延遲的時間輔助
3.8 典型的輔助方案, 輔助冷啟動
參考文獻
第4章 粗時段導航——瞬時GPS
4.1 概述
4.2 導航, 代數描述
4.3 粗時導航方程
4.4 毫秒整周期和常見的偏差
4.5 更多導航細節
參考文獻
第5章 粗時間精度衰減因子
5.1 概述:水平精度衰減因子、精確度、3GPP標準
5.2 額外狀態定理
5.3 粗時間HDOP例子
參考文獻
第6章 高靈敏度:室內GPS
6.1 概述
6.2 標準GPS接收機架構
6.3 前端分析
6.4 相關和相干累積
6.5 高靈敏度接收機結構
6.6 更長的相干累積時間
6.7 I、Q平方和非相干累積
6.8 高靈敏度信噪比工作表
6.9 其他影響靈敏度的因素
6.10高靈敏度小結
參考文獻
第7章 輔助數據的生成
7.1 概述
7.2 參考站
7.3 全球性參考站網絡
7.4 輔助數據中的初始位置
7.5 手持終端生成的端到端輔助數據
參考文獻
第8章 擴展星歷和長期軌道
8.1 概述:沒有輔助時的輔助
8.2 擴展星歷的產生
8.3 運用擴展星歷代替完整A GPS的增強自主系統
8.4 完好性監測——處理軌道和時鐘變化
參考文獻
第9章 工業化標準和政府規定
9.1 概述
9.2 3GPP定位標準
9.3 3GPP2
9.4 OMA SUPL
9.5 A GPS手持終端的最低運行性能要求
9.6 測量單元和定位單元
9.7 政府授權
參考文獻
第10章 A GNSS的前景
10.1 概述
10.2 原始GPS中的意外收獲與智能化設計
10.3 未來A GNSS系統的TTFF、靈敏度和精度
參考文獻
附錄A 導航方程的推導
附錄B HDOP與多狀態定理的替代證明
附錄C 分貝、萊斯分布和瑞利分布
附錄D 星歷
附錄E 轉換因子、經驗法和常數
術語、定義和常用符號