GPS原理与接收机设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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谢钢 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121305399

商品编码：29533692040

包装：平装-胶订

出版时间：2017-01-01

基本信息

书名：GPS原理与接收机设计

定价：79.00元

作者：谢钢

出版社：电子工业出版社

出版日期：2017-01-01

ISBN：9787121305399

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书系统、透彻地阐述了GPS及其接收机设计的各项相关内容，包括GPS信号结构、时空坐标系、测量值、定位原理、卡尔曼滤波、接收机的射频前端、信号捕获和信号跟踪。此外，本书还介绍了差分精密定位、GPS与惯性导航的组合和地图匹配三方面GPS应用技术，并对多路径、电磁干扰、互相关干扰、高灵敏度GPS、辅助GPS等关键课题做了论述。本书理论分析清晰，实用性强，并且内容力求反映近些年来出现的GPS*技术和成果。

目录

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作者介绍

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谢钢 清华大学电工程系学士，波士顿大学电子与计算机工程硕士，斯坦福大学电气工程博士。摩托罗拉等多家高科技公司高级工程师，主要从事GPS接收机的研究与开发工作。

文摘

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序言

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《星辰轨迹：探索导航的边界》 序言 自古以来，人类便仰望星空，试图理解宇宙的奥秘，更渴望借星辰之力指引方向。从古代航海家依靠星象辨别方位，到近代地图测绘的精密发展，导航的艺术与科学始终伴随着人类文明的进步。而今，我们正站在一个前所未有的技术浪潮之巅，一种颠覆性的导航方式，以其无处不在的精度和便捷性，深刻地改变着我们的生活、工作乃至思考模式。它便是以空间定位系统为核心的现代导航技术。 《星辰轨迹：探索导航的边界》一书，正是以此为主题，深入剖析现代导航技术的核心原理，追溯其发展历程，展望其未来可能。我们并非将目光局限于某一特定技术的细节，而是试图构建一个更为宏观的视野，去理解支撑这一切的物理学基础、数学模型以及工程实现。本书将带领读者穿越时空的限制，从宏观的宇宙运行规律，到微观的信号传播机制，层层剥离，揭示导航的精髓。 第一章：宇宙的舞步——引力、轨道与时间 我们的故事，要从宇宙最宏伟的乐章——引力说起。万有引力定律，牛顿简洁而深刻的阐述，揭示了天体运动的根本原因。本书将深入探讨引力如何塑造行星的运行轨迹，为何这些轨迹如此稳定而可预测。我们将审视开普勒三大定律，理解椭圆轨道、面积速度恒定以及周期平方与半长轴立方之间的精确关系。这些看似纯粹的宇宙规律，实则是所有空间定位系统的基石。 然而，精确的定位，不仅需要对空间位置的理解，更需要对时间精确的衡量。爱因斯坦的相对论，更是将时间和空间紧密联系在一起，并揭示了引力场对时间流逝的影响。我们将探讨狭义相对论中的时间膨胀效应，以及广义相对论中的引力时间膨胀。这些效应，在日常生活中或许微不足道，但对于要求极高精度的现代导航系统而言，却是不可忽视的关键因素。理解这些宇宙尺度的物理学原理，是掌握现代导航技术的第一步，它帮助我们认识到，我们所依赖的导航信号，穿越的不仅是空间，更是被引力扭曲的时间维度。 第二章：信号的低语——电磁波的传播与解析 现代导航系统的另一位主角，是无处不在的电磁波。从无线电波到微波，它们承载着关于我们位置和速度的信息，以光速穿越大气层，抵达地球表面的接收设备。本书将详细阐述电磁波的产生、传播特性以及它们在真空和介质中的行为。我们将讨论电磁波的频率、波长、振幅和相位等基本概念，以及这些特性如何被用来编码和传输导航信息。 信号的解析，是解开导航之谜的关键。我们将深入研究信号的调制与解调技术，理解信息是如何被“隐藏”在载波信号中，又如何被接收端“提取”出来。信号在传播过程中，会受到各种干扰，如大气延迟、多径效应、噪声等。本书将剖析这些误差的来源，并介绍一些基础的信号处理技术，用以减弱这些干扰的影响，提高信号的质量和可靠性。我们还将触及信号的时域和频域分析方法，理解如何从复杂的信号中提取出有用的信息。 第三章：几何的魔术——空间关系的数学表达 导航的本质，是对我们自身在三维空间中位置的确定。这离不开精妙的几何学和代数学。本书将深入探讨三维空间坐标系及其变换。我们将从最基本的笛卡尔坐标系开始，逐步引入大地坐标系、地理坐标系等，理解它们之间的转换关系。对于导航而言，理解球面几何尤为重要，因为我们所处的地球是一个近似的球体。我们将讨论大地测量学中的基本概念，如椭球模型、曲率半径等，以及它们在定位计算中的应用。 定位的核心，在于利用已知信息来推算未知信息。本书将重点介绍距离测量、角度测量等基本定位原理。我们将探讨如何通过测量接收器与多个已知点（例如导航卫星）之间的距离，来确定自身的位置。这涉及到复杂的数学模型，如非线性方程组的求解。我们将介绍一些常用的迭代算法，以及它们在定位计算中的应用。同时，我们也将讨论误差传播的原理，理解测量误差如何影响最终的位置解算。 第四章：系统的架构——现代导航平台的演进与融合 当物理学原理和数学模型准备就绪，便需要构建一个能够实际运行的导航系统。本书将追溯现代导航系统的发展脉络，从早期的无线电导航系统，如Loran-C，到如今主导地位的全球导航卫星系统（GNSS）。我们将深入理解GNSS的基本工作模式，例如，由多颗卫星组成的星座，它们如何在太空中协同工作，广播导航信号。 更重要的是，我们将探讨不同导航技术之间的融合。在实际应用中，单一的导航系统往往难以满足所有场景的需求。因此，各种导航技术的优势互补，已成为未来的发展趋势。本书将介绍惯性导航系统（INS）如何与GNSS结合，利用惯性传感器的快速响应能力，弥补GNSS信号丢失时的空缺。我们还将探讨视觉导航、激光雷达导航等新兴技术，以及它们在智能交通、机器人等领域的应用潜力。理解这些系统的架构和融合策略，有助于我们认识到，现代导航并非孤立的技术，而是多个先进技术领域协同合作的产物。 第五章：数据的脉搏——时间同步与误差修正 导航系统的精度，高度依赖于时间同步的精确性。卫星上的原子钟，地面控制站的精确时钟，以及接收器内部的晶体振荡器，它们之间必须保持极高的同步度。本书将详细阐述时间同步的原理及其重要性，并介绍一些基础的时间同步协议和技术。我们将探讨如何利用导航信号本身携带的时间信息，来实现接收器与卫星时钟的同步。 同时，误差是导航系统中不可避免的挑战。我们将系统地梳理各种误差的来源，包括但不限于：卫星轨道误差、卫星钟误差、电离层和对流层延迟误差、多径效应、接收机噪声等。对于每一种误差，我们都将进行深入的分析，并介绍相应的修正方法。例如，利用双频观测技术来消除电离层延迟，或者通过引入大气模型来修正对流层延迟。这些误差修正技术，是保证导航系统高精度和高可靠性的关键。 第六章：应用的星海——导航的足迹与无限可能 一旦我们掌握了导航的原理和技术，我们便能看到它在各个领域的广泛应用。本书将描绘导航技术如何渗透到我们生活的方方面面。在交通运输领域，从航空、航海到陆地交通，精准导航为安全、高效的出行提供了保障。在地理信息系统中，导航数据是构建数字地图、进行空间分析和资源管理的基础。 在科学研究领域，高精度的定位能力推动着地质勘探、环境监测、大地测量等学科的发展。在军事领域，导航技术更是至关重要的战略资源。此外，随着移动互联网和物联网的发展，个人导航、室内导航、高精度授时等应用场景层出不穷，展现出导航技术巨大的发展潜力。我们将探讨这些应用背后的技术需求，以及导航技术如何不断演进以满足这些需求。 第七章：未来的曙光——新一代导航技术与前瞻 技术的发展永无止境，导航领域同样如此。本书的最后一章，将目光投向未来。我们将探讨新一代导航系统的发展趋势，例如：更高精度的卫星导航系统（如北斗三号的增强功能），以及地面增强系统（SBAS、GBAS）的进一步发展。我们还将关注低功耗、低成本的导航芯片设计，以及它们在物联网设备中的普及。 此外，我们还将探讨一些前沿性的研究方向，如量子导航、视觉惯性里程计（VIO）的突破性进展，以及这些技术可能为我们带来的全新导航体验。本书将鼓励读者保持开放的思维，去理解导航技术不断突破边界的动力，并思考它在塑造未来社会中的作用。 结语 《星辰轨迹：探索导航的边界》旨在为您提供一个全面而深入的导航技术视野。我们相信，理解导航的原理，就是理解我们在宇宙中的位置，理解我们如何与世界互动。我们希望通过本书，点燃您对导航科学的好奇心，激发您对未来技术发展的思考，并最终帮助您更好地理解这个由信号、几何和时间构成的、不断拓展的导航边界。

评分☆☆☆☆☆

我一直对“时空”这个概念非常着迷，而GPS技术正是将我们对时间和空间的测量能力推向了一个全新的高度。当我翻开《GPS原理与接收机设计》这本书时，我期待的是那种能够让我眼前一亮的理论阐述，关于时间同步、相对论效应如何影响定位精度等高屋建瓴的思考。这本书确实没有让我失望。它用一种非常严谨但又易于理解的方式，阐述了GPS系统是如何通过极其精确的时间测量来实现精准定位的。书中对原子钟原理的介绍，以及时间尺度之间的转换，让我对“时间”这个概念有了新的认识，也明白了为什么GPS系统对时间同步有着如此极致的要求。而对于相对论效应的讨论，更是让我大开眼界，原来我们在日常生活中看似微不足道的相对论效应，在GPS这样的高精度应用中，竟然是必须考虑的关键因素。书中关于接收机设计中如何补偿这些效应的论述，虽然篇幅不多，但其核心思想的阐释，足以让人感受到理论与实践的深度融合。这本书不仅仅是关于GPS技术本身，它更是关于人类如何运用精密科学来感知和测量我们所处的宇宙，这种宏大的视角让我感到震撼。

评分☆☆☆☆☆

这本书，对于我这样一个对硬件工程有一定了解但对导航定位领域涉足不深的人来说，简直是意外的惊喜。我一直觉得GPS接收机是那种“黑箱”般的存在，知道它能工作，但具体怎么工作的，始终是个谜。而《GPS原理与接收机设计》这本书，就像一位耐心的老师，一步一步地揭示了这个“黑箱”的内部构造。作者在讲解原理部分，非常巧妙地融合了物理学和通信学的知识，让我看到了电磁波如何携带信息，以及这些信息如何在空间中传播并最终被接收。对于接收机硬件部分，书中并没有止步于对理论的阐述，而是深入到了实际设计中可能遇到的各种权衡和挑战。例如，在对天线选择的讨论中，作者详细分析了不同类型天线的增益、方向性以及对环境的敏感度，这让我意识到，看似简单的GPS天线背后，其实蕴含着丰富的工程智慧。同时，关于射频前端的设计，包括低噪声放大器、混频器等关键模块的选型和作用，也得到了清晰的说明，让我对信号的初步处理有了更深刻的认识。这本书的价值在于，它不仅教会了我“是什么”，更引导我思考“为什么”以及“如何做”，为我未来在相关领域的学习和实践奠定了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对通信系统有一定基础的工程师，我一直对GPS的信号体制很感兴趣，想知道它究竟是用了怎样一种巧妙的方式，在充满干扰的无线电环境中，实现如此可靠的定位。而《GPS原理与接收机设计》这本书，恰恰深入浅出地解答了我的疑问。书中对GPS信号的编码方式、扩频技术以及码型的选择进行了详细的讲解，让我理解了为什么GPS信号能够在如此低的信噪比下依然能够被识别和解调。尤其是关于伪码的生成和捕获过程的描述，虽然没有涉及复杂的数学推导，但其逻辑流程的梳理，让我清晰地看到了接收机是如何在茫茫信号海洋中“找到”并“锁定”目标卫星信号的。在接收机设计部分，作者对数字信号处理在GPS接收机中的应用进行了阐述，包括载波跟踪、伪码跟踪等关键环节，这让我明白了软件在现代GPS接收机中扮演着越来越重要的角色。这本书的价值在于，它将复杂的通信原理与实际的硬件设计紧密结合，为理解GPS系统的整体性能提供了重要的理论支撑，也让我对未来高性能GPS接收机的设计方向有了更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

读完这本《GPS原理与接收机设计》，我最大的感受是它如同一把精密的钥匙，打开了我对卫星导航世界的好奇心之门。我一直对GPS技术充满了兴趣，想象着头顶上那些默默工作的卫星，如何将信号传递到我们手中的小小设备，然后精准地告诉我们身在何处。这本书恰恰满足了我这种求知欲。它并没有深究那些复杂的数学模型和算法推导，而是从一个非常直观的角度，层层剥离GPS系统的运作机制。从最基础的卫星星座组成、轨道运行，到信号的发射与接收，再到定位信息的解算，作者用清晰的语言和丰富的图示，将一个庞大而精密的系统呈现在读者面前。尤其是关于信号的传播路径、多径效应的解释，让我对日常生活中遇到的定位偏差有了更深刻的理解。书中对于接收机硬件设计部分的介绍，虽然没有深入到电路图的每一个细节，但那种对关键组件功能、选择原则以及设计考量的讲解，让我能大致勾勒出一部GPS接收机是如何诞生的。它没有让我感到被专业术语淹没，反而在轻松的阅读中，逐步建立起对GPS系统全貌的认知。总的来说，这是一本非常适合初学者入门的书籍，它在保证知识准确性的前提下，极大地降低了阅读门槛，让我对GPS技术有了系统而扎实的初步认识，激起了我进一步深入学习的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

我对《GPS原理与接收机设计》这本书的评价，可以用“扎实”和“实用”两个词来概括。它不像某些书籍那样，将理论讲得天花乱坠，却脱离实际；也不像一些手册那样，只罗列参数和指标，却缺乏原理性的指导。这本书做到了两者的完美结合。在原理部分，作者并没有回避那些必要的理论知识，比如误差分析、导航电文的结构等，但他的讲解方式非常注重逻辑性和条理性，让读者能够循序渐进地理解。而在接收机设计部分，则充满了实际操作的指导意义。从早期的信号捕获到后期的位置解算，书中对每一个关键步骤的设计要点和可能遇到的问题都进行了细致的分析。例如，关于接收机灵敏度的讨论，作者不仅解释了灵敏度的重要性，还探讨了如何通过优化前端设计和数字信号处理算法来提高灵敏度。这种既有理论深度，又不失实践指导的书籍，对于希望将GPS技术应用于实际项目的人来说，无疑是宝贵的财富。它为我提供了一个清晰的设计框架和一套实用的工具箱，让我能够更有信心地去应对未来的挑战。