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目 录1

第一章概述1

§1.1地面无线电导航定位系统的局限性1

§1.2卫星定位的由来和发展2

§1.3 GPS发展概况3

第二章坐标变换和卫星位置计算5

§2.1地心直角坐标系和大地坐标系5

一、地心直角坐标系5

二、大地坐标系5

§2.2坐标变换6

一、地心直角坐标和大地坐标的变换6

二、不同坐标系的相互转换7

§2.3卫星运行规律及轨道参数10

一、卫星运行规律10

二、卫星运行的轨道参数11

三、卫星摄动轨道和摄动运行的轨道参数12

四、GPS卫星位置的计算13

§2.4导航卫星轨道参数的选择16

一、卫星离地面的高度16

二、卫星轨道形状18

三、卫星轨道倾角18

第三章GPS的组成19

§3.1 GPS卫星19

一、GPS卫星发射19

二、GPS卫星星座21

三、卫星的组成部分及其功能22

四、选择可用性及反电子欺骗技术23

§3.2地面支助系统24

一、主控站25

二、监测站25

§3.3 GPS用户设备26

三、地面控制站26

第四章GPS信号27

§4.1信号结构与时间基准27

一、信号结构27

二、时间基准27

§4.2导航电文28

一、导航电文格式28

二、导航电文内容29

§4.3伪随机码的产生和它的特性33

一、移位寄存器和模二相加器33

二、m序列的产生34

三、反馈逻辑函数多项式34

四、m序列的一些特性35

五、截短码与复合码36

一、C/A码38

§4.4 C/A码与P码38

二、P码39

§4.5伪码扩频和相关接收40

一、伪码扩频40

二、相关接收41

§4.6伪码和载波相位与跟踪42

一、伪码的搜索和捕获42

二、伪码的跟踪43

三、载频相位跟踪43

§4.7 GPS导航仪的原理框图45

一、天线部分45

二、高频电路45

三、码跟踪环和伪距测量电路46

四、载波锁相和数据解调46

五、微处理机47

§5.1伪距测量定位48

一、卫星无源测距定位48

第五章GPS定位、测速和授时原理48

二、伪距测量定位49

§5.2多普勒测量定位49

一、多普勒频移49

二、多普勒积分求距差50

三、多普勒定位原理50

§5.3载波相位测量定位51

一、载波相位测量原理51

二、载波相位测量方法52

§5.4干涉法定位53

§5.5测量型接收机的综合测量技术54

§5.6 GPS测速原理54

§5.7 GPS授时原理55

一、单站法时间传递55

二、共视法时间传递56

一、卫星误差57

第六章GPS精度57

§6.1 GPS伪距测量误差57

二、电波传播误差58

三、接收设备误差60

四、SA引入误差60

五、用户等效测距误差61

§6.2定位误差61

一、精度系数61

二、GPS位置和时间误差的计算63

§6.3 GPS速度测量误差64

§6.4 GPS时间传递误差65

§6.5 GPS设备使用引入误差66

一、不同坐标系引入误差66

二、天线高度设置引入误差66

第七章差分GPS67

一、减小星历误差68

§7.1差分GPS提高定位精度的依据68

二、卫星钟误差的消除69

三、减小电离层和对流层引入误差69

§7.2差分GPS原理69

一、位置差分GPS原理69

二、伪距差分GPS原理70

三、相位平滑伪距差分原理72

四、载波相位差分原理73

§7.3差分GPS的数据链77

一、电文格式和内容77

二、电文发送速率83

三、数据传输所用频段84

四、调制方式85

§7.4差分GPS无线电信标网87

一、海用差分GPS无线电信标的发展87

二、差分GPS信标的覆盖区87

三、差分GPS无线电信标网88

§7.5广域差分GPS89

一、工作原理89

二、电离层修正模型89

三、对流层修正模型90

四、卫星星历计算90

五、广域差分GPS的优缺点90

§7.6伪卫星技术及其应用91

第八章GPS用户接收机92

§8.1 GPS用户接收机的分类92

一、按用途分类92

二、按载体分类92

三、按性能分类92

四、按编码信息分类92

八、按工作模式分类93

七、按电子器件分类93

六、按接收机通道方式分类93

五、按接收机所处理信号分类93

§8.2 GPS用户接收机的组成94

一、天线单元94

二、接收单元94

三、计算和控制部分95

四、电源95

§8.3 GPS接收机的主要技术指标95

一、通道数与跟踪方式95

二、信号的载频和伪随机码95

三、接收机灵敏度96

四、精度96

五、首次定位时间96

十一、体积和重量97

十、天线类型97

九、电源97

八、工作环境97

七、工作高度97

六、动态性能97

§8.4 GPS接收机的接口99

一、RS—232C接口标准99

二、标准输出格式99

§8.5 GPS接收机的安装100

一、天线安装100

二、接收机的安装102

§8.6 GPS接收机的操作使用102

一、设置参数102

二、接收机使用和维护应注意的问题104

第九章GPS在航海中的应用105

§9.1海上导航与定位105

一、现代航海对导航的要求105

四、测定流速流向106

二、高精度定位106

三、测定航速航向106

五、航路点的存储和到达航路点的导航107

六、编制和存储计划航线107

七、导航报警功能108

§9.2 GPS在航海中的综合利用108

一、为电子海图提供信息108

二、船位报告和船舶动态监视108

三、船舶交通管理109

四、与雷达配合使用109

五、浮标和锚位移位监测110

六、水下定位110

七、GPS与搜救信标组合110

§9.3 GPS测定其他船用导航设备的测量误差111

一、测定船用雷达的测距测向误差111

八、GPS与航海黑匣子和自动驾驶仪连接111

二、测定无线电测向仪的无线电自差112

三、测定罗经差113

四、测定罗兰C误差113

第十章GPS在航空和航天中的应用115

§10.1飞机航路导航和进场着陆115

一、飞机航路导航115

二、飞机进场和着陆115

三、直升飞机导航117

§10.2 GPS在空中交通管理中的应用118

§10.3 GPS测定地球卫星轨道119

一、集中式地面测控体系存在的问题119

二、基于GPS的分布式空间测控体系119

§10.4 GPS在航空摄影和航空物探中的应用121

一、航空摄影121

二、航空物探121

§10.5 GPS用于姿态测定122

§10.6 GPS与INS的组合应用123

第十一章GPS在车辆跟踪与导航中的应用124

§11.1概述124

一、GPS车辆跟踪与导航的发展124

二、关键的技术问题125

§11.2车辆跟踪与导航的通信问题126

一、车辆跟踪与导航的通信方式126

二、集群通信系统126

§11.3 GPS在车辆指挥监控和报警系统中的应用127

一、监控中心128

二、车载单元129

§11.4 GPS与其他系统兼容在车辆导航中的应用130

一、GPS与航位推算导航的组合130

二、GPS与Glonass的组合应用131

三、GPS与电子地图的组合应用132

§11.5 GPS在火车导航中的应用133

第十二章GPS在军事上的应用135

§12.1 GPS在战场上的应用135

一、空中轰炸135

二、战场侦察135

三、精密制导136

四、搜索救援136

五、地面作战136

六、布雷扫雷和回避雷区的航行136

§12.2 GPS在电子战争中的应用137

一、对威胁发射源的定位137

二、诱惑导弹脱靶137

§12.3 GPS在武器试验中的应用137

一、外弹道测量137

二、靶场武器装备试验137

§12.4 GPS在雷达超视距定位中的应用139

第十三章GPS在测地授时农业及其他领域中的应用140

§13.1 GPS在大地测量中的应用140

一、测定大地测控网点140

二、重大工程的测量140

三、在建立地理信息系统中的应用141

四、在水下地形测绘中的应用141

五、在研究地球动力学和地震预报中的应用142

§13.2 GPS在授时中的应用143

一、在科学研究方面的应用143

二、系统之间的时间同步144

三、系统内部的时间同步144

四、典型的GPS时间传递系统145

§13.3 GPS在农业上的应用145

一、海洋石油勘探146

§13.4 GPS在海洋石油资源开发中的应用146

三、根据土壤性质合理施肥146

二、引导农机具夜间作业146

一、减小飞机喷撒作业的重叠和遗漏146

二、钻探和平台定位147

§13.5 GPS在大气层研究中的应用148

一、监视电离层的变化148

二、GPS用于探空148

§13.6 GPS在旅游自然保护和森林防火中的应用148

一、在旅游方面的应用148

二、在自然保护区中的应用149

三、在森林防火中的应用149

§13.7 GPS在自然资源评估和地质勘探中的应用149

附录I 全球差分GPS无线电信标台分布情况150

附录Ⅱ 部分提供GPS产品的公司和代理商155

附录Ⅲ GPS／雷达超视距目标定位的计算模型158

参考文献160