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第1章　概述1

1.1 引言1

1.2　GPS的发展史1

1.3　GPS接收机基本原理2

1.4　内容的组织方法2

1.5　软件方式3

1.6　软件方式潜在的优势3

1.7　本书的结构4

参考文献4

第2章　GPS的基本概念6

2.1 引言6

2.2　GPS的性能要求6

2.3　GPS的基本概念6

2.4　确定用户位置的基本方程8

2.5　伪距测量9

2.6　根据伪距求用户位置9

2.7　多于4颗卫星的位置计算方法11

2.8　球坐标系中的用户位置12

2.9　地球几何学13

2.10　椭圆中的基本关系14

2.11　高度的计算15

2.12　大地纬度的计算16

2.13　地球表面任一点的计算18

2.14　卫星选择19

2.15　误差放大因子20

2.16　小结21

参考文献22

附录A　程序124

第3章　卫星星座26

3.1 引言26

3.2　GPS系统的控制区段26

3.3　卫星星座27

3.4　来自不同卫星的最大功率电平差值28

3.5　恒星日28

3.6　多普勒频移29

3.7　多普勒频率的平均变化速率32

3.8　多普勒频率的最大变化速率33

3.9　用户加速度产生的多普勒频率的变化速率34

3.10　开普勒定律34

3.11　开普勒方程式35

3.12　真近点角和平近点角37

3.13　用户位置处的信号强度39

3.14　小结41

参考文献41

第4章　地心地固坐标系43

4.1 引言43

4.2　方向余弦矩阵43

4.3　卫星轨道参照系向赤道参照系的转换45

4.4　春分47

4.5　地球的自转48

4.6　从轨道参照系到地心地固参照系之间的全部变换49

4.7　摄动51

4.8　发射时刻GPS系统时间的修正52

4.9　卫星位置计算53

4.10　卫星坐标调整54

4.11　星历数据55

4.12　小结56

参考文献56

第5章　GPS C/A码信号结构58

5.1 引言58

5.2　传输频率58

5.3　码分多址（CDMA）信号60

5.4　P码60

5.5　C/A码及数据格式61

5.6　C/A码的产生63

5.7　C/A码的相关性66

5.8　导航数据位68

5.9　遥测（TLM）字和交接字（HOW）68

5.10　GPS时间和卫星Z计数69

5.11　奇偶校验算法70

5.12　子帧1的导航数据74

5.13　子帧2和子帧3的导航数据75

5.14　子帧4和子帧5的导航数据——辅助数据77

5.15　电离层模型81

5.16　对流层的模型83

5.17　选择可用性（SA）及典型的定位误差83

5.18　小结84

参考文献84

附录A　程序186

第6章　接收机硬件设计88

6.1 引言88

6.2　天线88

6.3　放大倍数研究91

6.4　由频率划分的两种数字化方案91

6.5　天线前端92

6.6　依据C/A码码元速率选择采样频率93

6.7　实数数据的采样频率和频带折叠94

6.8　实数数据采集的下变频射频前端95

6.9　实数数据采集时的直接数字化97

6.10　同相（I）和正交（Q）下变频98

6.11　将两个或更多的输入波段折叠到基带中100

6.12　量化电平101

6.13　希尔伯特变换102

6.14　复数数据到实数数据的变换104

6.15　采样频率精度的影响105

6.16　小结105

参考文献106

第7章　GPS C/A码信号的捕获108

7.1 引言108

7.2　捕获方法108

7.3　捕获所用的最大数据长度109

7.4　捕获中的频率步进110

7.5　C/A码的相乘和快速傅里叶变换（FFT）110

7.6　时域相关112

7.7　循环卷积和循环相关113

7.8　采用循环相关的捕获115

7.9　改进的循环相关捕获法116

7.10　时延相乘法117

7.11　非相干积分119

7.12　长数据记录的相干处理120

7.13　精细频率估计的基本概念121

7.14　精细频率测量中的分辨模糊121

7.15　一个捕获例子124

7.16　小结128

参考文献128

附录A　程序1129

第8章　GPS信号跟踪134

8.1 引言134

8.2　基本锁相环134

8.3　一阶锁相环136

8.4　二阶锁相环137

8.5　连续系统到离散系统的转换138

8.6　载波和码跟踪139

8.7　利用锁相环跟踪GPS信号141

8.8　同步信号块调整法（BASS）中的载频更新142

8.9　核函数中的不连续性143

8.10　C/A码起始位置的测量精度146

8.11　通过理想相关输出得到的精细时间分辨率147

8.12　通过曲线拟合得到的精细时间分辨率149

8.13　BASS跟踪程序的输出151

8.14　RF和C/A码的复合152

8.15　长数据的跟踪和第一次相位跳变153

8.16　小结153

参考文献153

附录A　公式1155

第9章　GPS软件接收机156

9.1 引言156

9.2　从跟踪结果得到的数据156

9.3　将跟踪输出转换为导航数据159

9.4　子帧匹配和奇偶校验160

9.5　从子帧1获得星历数据161

9.6　从子帧2获得星历数据162

9.7　从子帧3获得星历数据162

9.8　星历数据的典型值163

9.9　求伪距164

9.10　经传输时间修正后的发射时刻的GPS系统时（tc）170

9.11　卫星位置的计算170

9.12　笛卡儿坐标系中用户位置的计算172

9.13　卫星坐标系的调整173

9.14　将用户位置转换到地球坐标系173

9.15　从捕获到跟踪程序的转换174

9.16　小结176

附录A　程序1177

附录B　程序2179

附录C　程序3180

附录D　程序4181

附录E　程序5182

附录F　程序6184

附录G　程序7187

第10章　弱信号的捕获192

10.1　引言192

10.2　信噪比（S/N）193

10.3　接收机灵敏度的限值193

10.4　检测概率和虚警率196

10.5　相干积分增益197

10.6　非相干积分198

10.7　非相干积分损耗与增益198

10.8　弱信号的捕获研究201

10.9　输出采样频率202

10.10　周期信号的相干积分202

10.11　频率分量间损耗的恢复204

10.12　非相干积分中的时间频率调整209

10.13　高斯噪声的门限确定211

10.14　仿真信号的检测概率216

10.15　实际数据的门限确定218

10.16　精确频率计算222

10.17　第一个导航相位跳变的确定224

参考文献227

第11章　弱信号的跟踪229

11.1　引言229

11.2　本地C/A码的再生频率229

11.3　载波频率测量要求230

11.4　对1ms数据的处理和输入数据选择231

11.5　C/A码的产生232

11.6　本地码的产生以及与1ms输入信号的相互关系235

11.7　获得导航数据并寻找载波频率236

11.8　信噪比（S/N）的计算238

11.9　伪距测量的基本思想239

11.10　超前和延迟峰相关输出（yes和yls）的求和240

11.11　跟踪中的实际时移242

11.12　每秒重新产生C/A码的跟踪程序［3］244

11.13　在非整数采样频率下信号的跟踪246

11.14　初始C/A码点与1ms选取数据相匹配的情况249

11.15　弱信号跟踪的实验结果250

参考文献252

附录A　程序1254

附录B　程序2255

第12章　GPS接收机相关的一些内容258

12.1　引言258

12.2　由历书数据获取的信息258

12.3 已知精确载频信息情况下的捕获261

12.4　采用分割法的循环相关262

12.5　通过广域增强系统（WAAS）信号对采样频率进行修正267

12.6　强信号和弱信号的情况273

12.7　GPS信号仿真277

12.8　ADC前端滤波器带宽对捕获的影响278

12.9　存在干扰时所需ADC的位数280

12.10　软件接收机的实时操作283

12.11　无源高度计283

12.12　卫星位置和历书数据中的多普勒频率287

12.13　利用蜂窝电话进行紧急事件的地理定位290

参考文献291