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施浒立，孙希延，李志刚 著

图书标签:

• 卫星导航
• GNSS
• 北斗导航
• 原理
• 施浒立
• 孙希延
• 李志刚
• 定位
• 导航
• 通信
• 电子工程

店铺： 玄岩璞图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030255709

商品编码：29524642011

包装：精装

出版时间：2009-10-01

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基本信息

书名：转发式卫星导航原理

定价：48.00元

作者：施浒立,孙希延,李志刚

出版社：科学出版社

出版日期：2009-10-01

ISBN：9787030255709

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.558kg

编辑推荐

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内容提要

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本书在继承和吸收GPS类直播式卫星导航优势和特色的基础上，深入分析和总结了由我国科学家自主发明和实践的基于同步通信卫星的转发式卫星导航系统，包括定位、测速、测姿和授时的原理等，并对转发式卫星导航系统中存在的误差问题作了较深入的分析，对系统的工程实用化问题进行了探讨和论证。
　　本书可供从事和关心卫星导航的大学生、研究生、科技工作者在开展导航系统学习、研究、开发和应用时参阅。

目录

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序
前言
章 卫星导航概论
　1.1 外卫星导航定位系统的现状
　1.2 卫星导航定位技术的发展趋势
　1.3 发展我国自主卫星导航系统面临的关键技术
　参考文献
第2章 转发式卫星导航定位原理
　2.1 转发式卫星导航设计理念
　2.2 转发式卫星导航系统组成
　2.3 高空位置测量基准和卫星精密测定轨原理
　　2.3.1 高空卫星位置测量基准
　　2.3.2 卫星精密测轨定轨原理
　　2.3.3 卫星测轨方法
　　2.3.4 卫星轨道的预报
　2.4 伪码测距原理和伪距概念
　　2.4.1 伪码测距原理
　　2.4.2 伪距概念
　　2.4.3 信号体制
　2.5 转发式卫星导航的定位原理
　　2.5.1 坐标系
　　2.5.2 伪距空间交会定位原理
　　2.5.3 载波相位测量定位原理
　　2.5.4 多普勒定位工作原理
　2.6 转发式卫星导航定位数学模型
　　2.6.1 虚拟原子钟概念及模型
　　2.6.2 虚拟星座概念及模型
　　2.6.3 导航测轨一体化及复合模型
　　2.6.4 地球椭球面约束模型
　　2.6.5 相对伪距差概念及双曲面交会模型
　　2.6.6 小结
　参考文献
第3章 定位测量方程解的探讨
　3.1 定位测量方程球面交会解的求解方法
　　3.1.1 线性化迭代求解法
　　3.1.2 小二乘法
　　3.1.3 二分均衡迭代解法
　　3.1.4 高阶消元解法
　3.2 高程约束的卫星定位测量方程的求解
　　3.2.1 椭球约束方程全微分处理解法
　　3.2.2 高程约束微分处理解法
　　3.2.3 地球椭球方程在方程组外作为约束条件的解法
　　3.2.4 地球高程作为约束条件时的二分均衡迭代解法
　　3.2.5 小结
　3.3 定位测量方程的双曲面交会解的求解方法
　3.4 解性能探讨
　　3.4.1 方程组性态分析
　　3.4.2 系数矩阵的奇异特性
　　3.4.3 右端项准确化
　　3.4.4 解的迭代格式
　　3.4.5 误差量未知数化
　　3.4.6 约束解
　　3.4.7 多导航信息融合解
　　3.4.8 冗余解
　　3.4.9 小结
　参考文献
第4章 转发式卫星导航的测速原理
　4.1 转发式卫星导航测速设计理念
　4.2 多普勒测速原理
　4.3 频率偏移分解
　　4.3.1 转发式卫星导航下行载频生成原理
　　4.3.2 转发式卫星导航下行载波频漂分析
　4.4 频率改正的多普勒测速原理
　　4.4.1 上行频率实时调整方法
　　4.4.2 广播用户频率修正模型
　4.5 差频多普勒测速原理
　　4.5.1 双频测速方式
　　4.5.2 双频测速对系统中相关频率源的要求
　　4.5.3 双频频差测试
　4.6 卡尔曼滤波实现转发式卫星的动态定位及测速
　参考文献
第5章 转发式卫星导航测姿原理
　5.1 姿态确定的数学背景
　　5.1.1 方向余弦
　　5.1.2 四元数
　　5.1.3 欧拉角
　5.2 坐标转换确定姿态原理
　5.3 矢量小二乘法确定姿态原理
　5.4 利用转发式卫星导航确定姿态的状态估计法
　　5.4.1 双差干涉观测
　　5.4.2 运动模型和姿态动力学
　5.5 转发式卫星测姿精度的分析
　参考文献
第6章 转发式卫星导航授时原理
　6.1 时间概念
　6.2 转发式卫星授时基础
　　6.2.1 CAPST
　　6.2.2 时间传递
　6.3 CAPS定时
　　6.3.1 用户相对于CAPS时间的钟差
　　6.3.2 CAPS定时原理
　　6.3.3 CAPS定时误差分析
　　6.3.4 CAPS定时方法
　6.4 CAPS校频
　　6.4.1 时差法校频
　　6.4.2 数字综合法校频
　6.5 其他高精度时间传递方法
　　6.5.1 卫星双向时间比对技术
　　6.5.2 载波相位法
　参考文献
第7章 系统误差分析
　7.1 误差定义
　7.2 误差方程讨论
　　7.2.1 经典卫星定位的误差方程
　　7.2.2 经典卫星导航的几何精度因子
　　7.2.3 测速精度分析
　7.3 误差源分析
　　7.3.1 卫星的主要误差
　　7.3.2 信号传播中的主要误差
　　7.3.3 与接收设备有关的误差
　7.4 误差改正模型
　　7.4.1 误差逼近修正模型
　　7.4.2 求差法
　　7.4.3 标校解
　　7.4.4 差分解
　　7.4.5 测量反馈修正法
　　7.4.6 冗余法和数据平滑
　参考文献
第8章 转发式卫星导航工程化论证
　8.1 功率保证
　　8.1.1 传输方程
　　8.1.2 传输损耗和噪声
　　8.1.3 卫星链路分析
　8.2 星座布局优化
　　8.2.1 转发式卫星导航全球系统星座仿真
　　8.2.2 亚洲局域系统星座仿真
　　8.2.3 中国局域系统星座仿真
　8.3 抗干扰问题和生存能力
　　8.3.1 转发式卫星导航系统干扰特性
　　8.3.2 转发式卫星导航系统干扰门限
　　8.3.3 转发式卫星导航系统干扰的影响
　　8.3.4 抗干扰问题
　8.4 通信导航一体化
　　8.4.1 概述
　　8.4.2 转发式卫星导航系统中的通信系统
　参考文献
第9章 转发式卫星导航展望
　9.1 转发式卫星导航系统的创新点
　9.2 转发式卫星导航原理精度极高
　9.3 转发式卫星导航的其他优势
　9.4 市场呼唤转发式卫星导航系统
　参考文献
附录
　附录A 坐标系说明
　附录B 坐标系之间的转换
　附录C 四元数与欧拉角之间的关系
　参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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卫星导航的奥秘：从基础理论到前沿应用 内容简介 本书旨在深入浅出地解析卫星导航系统的核心原理，勾勒出其从诞生至今的发展脉络，并展望未来的技术趋势与应用前景。全书以严谨的学术态度，结合丰富的工程实践，为读者构建一个系统、全面的卫星导航知识体系。我们不局限于单一的卫星导航系统，而是力图展现全球卫星导航技术发展的全景图，包括但不限于GPS、GLONASS、Galileo以及中国的北斗卫星导航系统（BDS）。 第一章：卫星导航系统概览与历史沿革 本章将从宏观视角出发，介绍卫星导航系统的基本概念和组成部分。我们将探讨其发展历程，回顾从早期概念萌芽到如今多系统并存的格局，重点介绍各个系统的诞生背景、设计理念及主要特点。读者将了解到，卫星导航并非一蹴而就，而是历经数十年的技术积累和国际合作的产物。我们将追溯早期导航技术的局限性，以及引入卫星技术如何颠覆了传统的导航方式。对冷战背景下GPS的诞生，苏联GLONASS的出现，欧洲Galileo的独立发展，以及中国北斗系统“三步走”战略的演进，都将进行详实的阐述。此外，本章还会初步介绍卫星导航系统在军事、民用领域的初步应用，为后续章节的深入探讨打下基础。 第二章：导航卫星的轨道动力学与星座设计 理解卫星导航系统的基础，离不开对其运行在太空中的导航卫星的深入认识。本章将重点解析导航卫星的轨道动力学，包括开普勒定律在卫星轨道描述中的应用，地球引力模型对卫星轨道的长期影响，以及轨道摄动因素（如太阳光压、大气阻力等）的分析。我们将详细介绍卫星导航系统常用的轨道类型，例如中地球轨道（MEO），并解释为何选择这样的轨道高度和倾角。 此外，本章还将深入探讨导航卫星星座的设计原则。一个成功的导航系统，其卫星星座的布局至关重要，它直接影响到全球覆盖范围、定位精度、可用卫星数量以及系统的鲁棒性。我们将分析星座设计的目标，包括最大化可见卫星数量、最小化几何精度因子（DOP）以及保障系统的连续可用性。读者将了解不同星座构型（如圆形、椭圆形、倾斜轨道组合等）的优劣，以及如何通过优化卫星数量、轨道参数和在轨位置来达到最优的导航性能。 第三章：卫星信号的产生、传播与接收 卫星导航系统的核心在于其传输的导航信号。本章将详细阐述导航信号的产生机制，包括信号的编码方式、频率分配以及所携带的信息内容。我们将解析导航电文的组成，例如星历、时钟改正、电离层延迟改正等，以及这些信息如何被编码并传输。 随后，我们将聚焦信号在空间中的传播过程。地球大气层对导航信号的影响是不可忽视的，本章将深入分析电离层和对流层对信号的延迟和折射效应，以及这些效应如何影响定位精度。我们将介绍常用的模型和改正方法，用于减小大气延迟带来的误差。 最后，我们将讨论导航信号的接收过程。接收机在接收卫星信号时，需要经历信号捕获、跟踪、测量等一系列过程。本章将详细介绍接收机的关键技术，包括天线设计、低噪声放大器、数字信号处理单元等，以及如何从微弱的卫星信号中提取出有用的导航信息。对多种信号接收技术，如载波相位跟踪、伪码测量等，也将进行详细介绍。 第四章：导航定位原理：从三维空间到精确测量 本章是卫星导航系统的核心内容，将详尽阐述导航定位的原理。我们将从最基本的测量概念出发，解释如何利用卫星信号来确定接收机的三维位置、速度以及时间。 首先，我们将介绍基于伪码测量的距离测量原理。接收机通过测量信号的传播延迟，计算出接收机到卫星的距离（伪距）。然后，我们将探讨如何利用至少四颗可见卫星提供的伪距信息，构建方程组，解算出接收机的三维坐标（X, Y, Z）以及接收机时钟与卫星时钟的偏差。我们将深入分析伪距测量误差的来源，例如卫星时钟误差、轨道误差、大气延迟误差、多径效应以及接收机噪声等，并介绍相应的误差抑制和改正技术。 接下来，我们将引入基于载波相位的精密单点定位（PPP）和相对定位技术。相比于伪码测量，载波相位测量具有更高的精度，但需要解决整周模糊度的问题。本章将深入解析载波相位测量的原理，以及PPP和相对定位技术如何克服整周模糊度，从而实现厘米级甚至毫米级的定位精度。我们将探讨PPP的实现方式，包括实时动态PPP（RTK）以及静态PPP，并介绍其在测量、测绘、工程建设等领域的应用。 第五章：时间同步与系统性能指标 精确的时间同步是卫星导航系统正常运行的基石。本章将深入探讨卫星导航系统中的时间系统，包括原子钟、系统时间（如GPS时、BDS时）的定义与转换。我们将解析原子钟在卫星和地面监测站中的作用，以及如何通过地面监测站对卫星原子钟进行精确校准，以维持系统时间的准确性。 此外，本章还将系统性地介绍衡量卫星导航系统性能的关键指标。我们将详细解释几何精度因子（DOP）的概念，包括PDOP、HDOP、VDOP、TDOP等，并阐述DOP值如何影响定位精度。我们将分析理想的卫星几何构型，以及如何通过优化星座设计和用户接收机的观测策略来减小DOP值。 同时，我们还将讨论系统的覆盖范围、可用性、可靠性、连续性以及定位精度等重要指标。对不同应用场景对导航系统性能的要求，例如汽车导航、航空航海、高精度农业等，也将进行对比分析，帮助读者理解不同应用对导航系统的具体需求。 第六章：导航信号的抗干扰与增强技术 在复杂的电磁环境中，导航信号容易受到各种干扰，从而影响导航系统的可靠性和精度。本章将重点介绍导航信号的抗干扰技术。我们将分析常见的干扰源，包括有源干扰（如欺骗信号、有源干扰器）和无源干扰（如多径效应、电磁屏蔽）。 然后，我们将深入探讨各种抗干扰技术，包括信号的编码设计、频率规划、天线设计（如定向天线、多馈点天线）、以及接收机端的信号处理算法（如自适应滤波、信号检测与识别）。对如何应对GPS欺骗等恶意攻击，也将进行详细的介绍。 此外，本章还将介绍导航系统的增强技术，旨在进一步提升导航系统的性能。这包括差分GPS（DGPS）技术，通过地面参考站的差分改正信息，显著提高定位精度。我们将详细介绍RTK（Real-Time Kinematic）技术，以及其在实现实时厘米级定位中的关键作用。此外，还将介绍卫星导航与惯性导航系统（INS）、视觉导航等融合技术（GNSS/INS/Vision Fusion），以提高导航系统的精度、可靠性和连续性，尤其是在GPS信号丢失或受干扰的情况下。 第七章：卫星导航的应用领域与发展趋势 本章将聚焦卫星导航系统在各个领域的广泛应用，并展望其未来的发展趋势。我们将详细介绍卫星导航在交通运输（汽车、航空、航海）、地理测绘、工程建设、农业生产、应急救援、国防安全等领域的实际应用案例。 在交通运输领域，卫星导航已成为车辆导航、交通管理、航空管制、船舶定位的关键技术。在地理测绘和工程建设领域，高精度卫星导航技术推动了不动产测绘、地形测量、城市规划、施工放样等工作的智能化和高效化。在农业领域，精准农业利用卫星导航实现精准播种、施肥、喷药，提高作物产量和资源利用效率。在应急救援领域，卫星导航为灾区定位、人员搜救、物资调度提供了重要的支持。 展望未来，卫星导航技术将朝着更高精度、更高可靠性、更广覆盖范围、更强抗干扰能力的方向发展。我们将探讨下一代导航系统的发展方向，例如多频多模接收机的普及、星载增强技术、低轨卫星导航星座的构建，以及人工智能和大数据在导航信息处理中的应用。此外，还将探讨卫星导航与其他新兴技术的融合，例如物联网（IoT）、自动驾驶、无人机等，共同构建更加智能和互联的未来。 结论 本书力求为读者提供一个关于卫星导航系统原理的全面、深入的理解。从基础的轨道动力学到复杂的信号处理，从核心的定位算法到前沿的应用技术，我们力求做到条理清晰，内容详实。通过阅读本书，您将能够深刻理解这项改变我们出行、工作乃至生活的关键技术，并对其未来发展趋势有所洞察。我们希望本书能成为您探索卫星导航奥秘的有力助手。

评分☆☆☆☆☆

这本书的译者团队功力可见一斑，他们显然对这个专业领域有着深厚的理解，而非简单的词典式翻译。在翻译过程中，我没有遇到任何“中式英语”或者生硬的直译带来的阅读障碍。相反，很多原本在英文原版中可能需要结合上下文反复琢磨的专业术语，在这里都被赋予了非常贴切和精准的中文表达，甚至有些术语的翻译方式，比我之前接触到的其他中文资料更为规范和清晰。这对于我们这些需要用中文撰写研究报告和论文的学者来说，无疑是一个巨大的福音。流畅、准确的文字，是保证知识有效吸收的首要条件，而这本译著在这方面做得无可挑剔，它让我能够把注意力集中在知识本身，而不是在“理解这句话到底是什么意思”上浪费时间。

评分☆☆☆☆☆

我最近一直在研究某种复杂的滤波算法，尝试将其应用于一个高动态环境下的数据修正任务中，但遇到了性能瓶颈。市面上相关的书籍大多只停留在算法的数学描述层面，无法给我提供调试和优化的实战经验。直到我翻阅了这本书的后半部分，其中对系统鲁棒性和实时性要求的讨论，简直像是为我量身定做的指导手册。作者没有给出任何现成的“灵丹妙药”，而是系统地拆解了影响系统稳定性的各个关键参数，并详细阐述了在不同噪声模型下，调整这些参数所带来的连锁反应。我根据书中的思路，对我的仿真模型进行了一系列参数微调，结果令人振奋，系统的收敛速度和精度都得到了显著提升。这本书不仅仅是一本知识的载体，更像是一位沉默的、经验丰富的“首席工程师”，在你遇到技术难题时，为你指明一条清晰的排错路径。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计真是深得我心，封面采用了素雅的米白色调，搭配着沉稳的深蓝色字体，散发着一种老派的学术气息，让人一上手就觉得这是一本值得细细品味的专业著作。内页的纸张质量也相当不错，不是那种容易反光的劣质纸，阅读起来眼睛非常舒适，即使长时间沉浸在复杂的公式和图表中，也不会感到强烈的视觉疲劳。我尤其欣赏出版社在排版上的用心，章节标题的字体大小和行间距都把握得恰到好处，使得原本可能枯燥的理论知识结构清晰，逻辑层次分明。更别提那些插图和示意图了，线条清晰，标注详尽，即便是初学者也能通过图示快速捕捉到抽象概念的核心。这种对细节的极致追求，无疑是对读者时间和智力的尊重，让我有理由相信，这本书的内容也必然是经过反复推敲和打磨的。在我看来，一本好的教材，不仅要传授知识，更要提供一种愉悦的阅读体验，而这本书在这方面做得非常出色，光是翻阅它，就仿佛已经开始了一场严谨而优雅的学术探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我本来对这种“高大上”的专业书籍是抱持着一丝敬畏和抗拒的，担心里面充斥着晦涩难懂的行话和让人望而却步的数学推导。然而，这本书的作者们显然非常了解读者的“痛点”。他们的叙事方式非常巧妙，不像某些教科书那样直接将结论砸在你面前，而是采取了一种循序渐进的“引导”方式。他们会先从最基础、最直观的物理现象切入，用通俗易懂的语言构建起一个概念的“骨架”，然后再逐步引入严谨的数学模型进行填充和深化。我特别喜欢他们插入的一些历史背景和实际应用案例，这些“花絮”不仅活跃了气氛，更重要的是，它们让我明白了为什么要学习这些理论，这些公式在现实世界中扮演着怎样的关键角色。这种教学方法，极大地降低了我的学习门槛，让我能够更有信心地去啃那些硬骨头，感觉自己不是在被动接受灌输，而是在和几位经验丰富的导师进行一场富有启发性的对话。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在校研究生，手头关于某一特定领域的基础教材已经堆了不少，但总感觉它们要么过于注重理论的完备性而牺牲了工程实践的指导意义，要么就是过于偏重应用，导致对底层原理的阐述流于表面。这本书的出现，完美地填补了我的这个“知识断层”。它在理论深度上完全可以作为一本标准的参考书来使用，无论是对误差分析的精细度，还是对信号处理算法的剖析，都达到了业界的较高水准。但更难能可贵的是，它并没有止步于此。书中对不同技术路线之间的权衡、不同方案的优缺点对比，都有着非常深刻且客观的论述。我记得有一章专门讨论了某一特定传感器的局限性，作者不仅指出了问题所在，还给出了几种业界前沿的改进思路，这种前瞻性和实用性的结合，对我后续的毕业设计选题提供了巨大的灵感和方向指导。