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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、BDS信号的捕获与跟踪、GPS系统和其他卫星导航系统等。

目 录

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 3

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 7

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

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 23

2.1.3 地球自转角速度和线速度 24

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 26

2.2 坐标系统 27

2.2.1 天球坐标系 28

2.2.2 地球坐标系 32

2.2.3 国家大地坐标系统 37

2.2.4 北斗坐标系统 40

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 41

2.3.3 原子时系统 42

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 49

3.3.1 卫星的无摄运动和受摄运动 49

3.3.2 二体问题概述 51

3.3.3 真近点角fs的计算 59

3.4 卫星的位置和速度计算 61

3.4.1 卫星位置的计算 61

3.4.2 卫星运行速度的计算 62

3.5 北斗卫星星历 64

3.5.1 北斗卫星的广播星历 65

3.5.2 由广播星历计算BDS卫星坐标 66

3.5.3 BDS卫星的精密星历 68

第4章 北斗导航卫星信号 70

4.1 北斗卫星的测距码 70

4.1.1 随机码与伪随机码 70

4.1.2 BDS测距码 72

4.2 载波信号 73

4.2.1 信号结构 73

4.2.2 信号特性 74

4.3 导航电文 75

4.3.1 D1导航电文 75

4.3.2 D2导航电文 77

4.3.3 导航电文数据码纠错编码 78

4.3.4 D1导航电文的内容 79

4.3.5 D2导航电文的内容 81

4.4 卫星的信号强度与覆盖 83

4.4.1 北斗卫星的信号强度 83

4.4.2 BDS卫星对地面的覆盖 84

第5章 北斗系统定位原理 87

5.1 基本概念 87

5.1.1 静态定位和动态定位 88

5.1.2 定位和相对定位 88

5.1.3 差分定位 89

5.2 伪距法测量 90

5.2.1 伪距的概念 90

5.2.2 伪距测量 90

5.3 伪距观测方程及定位计算 92

5.3.1 伪距观测方程的建立 92

5.3.2 定位计算 92

5.4 载波相位观测方程 96

5.4.1 载波相位测量原理 97

5.4.2 载波相位观测方程 98

5.4.3 载波相位观测的主要问题 98

5.5 观测卫星的精度 99

5.5.1 北斗系统测量误差 99

5.5.2 精度因子 101

5.5.3 卫星的几何分布 103

5.6 BDS相对定位 103

5.6.1 静态相对定位 104

5.6.2 动态相对定位 106

5.7 差分BDS 106

5.7.1 差分BDS的原理 107

5.7.2 差分BDS的分类 107

5.7.3 位置差分 108

5.7.4 伪距差分 108

5.7.5 载波相位差分 109

第6章 北斗卫星导航接收机 111

6.1 卫星导航接收机的组成与功能 111

6.2 北斗接收机的分类 113

6.2.1 按接收机的工作原理分类 113

6.2.2 按服务模式分类 113

6.2.3 按接收机的用途分类 114

6.2.4 按接收机的载波频率分类 114

6.2.5 按接收机的通道数分类 115

6.3 北斗接收机的主要技术指标 115

6.4 北斗接收机天线 116

6.4.1 微带天线的特点 117

6.4.2 微带天线的基本结构 118

6.4.3 微带天线的圆极化 119

6.5 北斗接收机的前端 120

6.5.1 BDS接收机射频前端系统结构 120

6.5.2 信噪比 124

6.5.3 信噪系数 125

6.6 BDS接收机的信号解调 126

6.6.1 模拟正交解调 126

6.6.2 数字正交解调 127

6.7 BDS接收机设计规范 130

6.7.1 导航型终端 130

6.7.2 测量型终端 131

6.7.3 定时型终端 132

6.7.4 位置报告/短报文型终端 134

第7章 BDS信号的捕获与跟踪 137

7.1 BDS软件接收机 137

7.2 BDS信号的捕获 139

7.2.1 BDS信号捕获原理 139

7.2.2 捕获关键参数分析 141

7.3 捕获方法 144

7.3.1 串行搜索捕获算法 144

7.3.2 FFT频域捕获算法 145

7.3.3 基于循环相关的快速捕获算法 147

7.3.4 捕获算法性能对比 149

7.4 BDS信号的跟踪 150

7.5 载波跟踪环 155

7.6 码跟踪环 157

7.7 GPS接收机中的跟踪环 160

第8章 GPS系统和其他卫星导航系统 163

8.1 GPS系统 163

8.1.1 GPS的组成 163

8.1.2 GPS的信号 164

8.1.3 GPS导航电文 166

8.1.4 GPS卫星信号的调制 168

8.1.5 GPS的时间和坐标系统 169

8.1.6 GPS的定位精度 169

8.1.7 广域差分增强系统 170

8.2 GLONASS系统 170

8.2.1 GLONASS系统的组成 170

8.2.2 GLONASS的信号 171

8.2.3 GLONASS的导航电文 171

8.2.4 GLONASS的时间和坐标系统 172

8.2.5 GLONASS的标准精度 172

8.2.6 GLONASS的应用范围 173

8.3 Galileo系统 173

8.3.1 Galileo系统的组成 173

8.3.2 Galileo系统的信号 174

8.3.3 Galileo系统的服务 175

范录宏，博士，电子科技大学信息与通信工程学院副教授，硕士生导师，IEEE会员，中国电子学会会员。长期从事卫星导航与定位、雷达成像等方面的研究工作，曾主持和参与了多项和省部级科研项目，获得国家发明专利5项，在国内外学术刊物和会议上发表学术论文十多篇。讲授研究生课程“卫星导航原理与应用”和本科生课程“导航与定位技术”多年。 皮亦鸣，博士，电子科技大学信息与通信工程学院教授，博士生导师，IEEE高级会员，中国电子学会高级会员，中国信号处理学会理事，四川省电子学会理事，《信号处理》和《全球定位系统》学报编委委员。2005年入选*新世纪优秀人才计划，2010年入选四川省学术和技术带头人。长期从事卫星导航与定位、雷达信号处理等方面的研究工作。曾主持多项863高技术项目、国家自然科学基金项目和预研项目，获国家科学发明二等奖1项，部级科技进步一等奖3项。在国内外学术刊物和会议上发表学术论文100余篇，其中SCI和EI收录80篇，出版专著3部。 李晋，博士，电子科技大学信息与通信工程学院副教授，硕士生导师，IEEE会员，中国电子学会会员。长期从事卫星导航与定位技术、雷达信号处理、太赫兹雷达技术等方面的研究工作，曾主持和参与了多项863高技术项目、国家自然科学基金项目和预研项目，在国内外学术刊物和会议上发表学术论文二十余篇，其中，SCI和EI收录十余篇，获得国家发明专利授权10项。

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书籍介绍

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、BDS信号的捕获与跟踪、GPS系统和其他卫星导航系统等。