卫星导航定位原理 杨元喜,郭海荣,何海波 等 著 专业科技 文轩网

章.............................................................................................................................. 概论... 1 1.1 卫星导航定位技术概述... 1 1.2 美国GPS系统... 2 1.3 俄罗斯GLONASS系统... 4 1.4 欧洲Galileo系统... 5 1.5 中国北斗卫星导航系统... 6 1.5.1 北斗卫星导航验证系统...6 1.5.2 北斗区域卫星导航系统... 7 1.5.3 北斗全球卫星导航系统... 8 1.5.4 北斗卫星导航系统的贡献... 9 1.6 其他卫星导航系统概述... 10 1.6.1 日本准天顶卫星系统（QZSS，Quasi-Zenith Satellite System）... 10 1.6.2 印度区域卫星导航系统（IRNSS，Indian Regional Navigation Satellite System）... 10 1.7 参考文献... 10 第2章 卫星导航定位的时空基准...13 2.1 导航定位常用坐标系统及其转换... 13 2.1.1 常用坐标系统... 13 2.1.2 坐标系之间的转换... 13 2.2 GNSS定位相应的地球坐标系... 14 2.2.1 GPS坐标系... 15 2.2.2 GLONASS坐标系... 16 2.2.3 北斗坐标系... 17 2.2.4 Galileo坐标系... 18 2.3 导航定位常用时间系统及其转换... 19 2.3.1 世界时系统... 19 2.3.2 原子时... 20 2.3.3 协调世界时... 20 2.4GNSS定位相应的时间基准... 20 2.4.1 GPS时间系统... 20 2.4.2 GLONASS时间系统... 21 2.4.3 北斗时间系统... 21 2.4.4 Galileo时间系统... 21 2.4.5 各GNSS系统时间关系... 21 2.5 卫星导航系统的兼容与互操作性... 22 2.5.1 载波频率互操作... 23 2.5.2 系统时间互操作... 23 2.5.3 坐标系统互操作... 24 2.6 参考文献（按顺序排列）... 24 第3章 GNSS信号体制及其性能分析...26 3.1 GNSS频率... 26 3.1.1 GNSS频率划分... 26 3.1.2 GNSS系统频率资源面临的诸多挑战... 27 3.1.3 GNSS系统间的国际协调... 27 3.2 GNSS信号结构... 28 3.2.1 GPS信号结构... 28 3.2.2 GLONASS信号结构... 30 3.2.3 Galileo信号结构... 30 3.2.4 北斗信号结构... 30 3.2.5 QZSS信号结构... 31 3.2.6 IRNSS信号结构... 31 3.3 GNSS导航电文...33 3.3.1 导航电文... 33 3.3.2 现代化导航电文的发展趋势... 34 3.4 北斗全球系统开放信号设计... 37 3.4.1 信号设计需求与约束... 37 3.4.2 信号频段选择... 38 3.4.3 B1频段信号设计... 39 3.4.4 B2频段信号设计... 39 3.4.5 B3频段信号设计... 40 3.5 北斗全球开放信号性能分析... 41 3.5.1 导航信号性能评估方法... 41 3.5.2 B1频点信号性能分析... 43 3.5.3 B2频点信号性能分析...45 73.78. 46 3.5.4 B3频点信号性能分析... 46 3.5.5 小结... 48 3.6 参考文献（按顺序排列）... 49 第4章 GNSS异构星座自适应卫星轨道确定... 51 4.1 二体问题... 51 4.2 GNSS异构星座轨道摄动... 52 4.2.1 摄动力及其量级... 52 4.2.2 非球形引力摄动... 53 4.2.3 潮汐摄动... 54 4.2.4 N体摄动... 56 4.2.5 相对论效应摄动... 56 4.2.6 太阳光压摄动... 56 4.2.7地球反照辐射压摄动... 57 4.3 GNSS卫星星历... 58 4.3.1 广播星历的表达... 58 4.3.2 广播星历用户算法... 59 4.3.3 精密星历... 66 4.4 GNSS异构星座轨道测定原理... 67 4.4.1 卫星运动方程... 67 4.4.2 观测方程... 67 4.4.3 估计方法... 68 4.4.4 MEO星座轨道测定... 69 4.4.5 北斗异构星座轨道测定... 69 4.5 自适应定轨理论... 69 4.5.1 约化动力定轨理论... 70 4.5.2自适应定轨理论... 71 4.5.3 Sage滤波与自适应因子相结合的自适应定轨方法... 72 4.5.4 自适应定轨与约化动力定轨的比较... 74 4.6 参考文献... 75 第5章 具先验信息的星间、星地联合定轨及自主运行... 76 5.1 几种导航卫星星间测量体制... 76 5.1.1 UHF星间测量... 76 5.1.2 S波段星间测量... 76 5.1.3 Ka星间测量... 77 5.1.4 激光星间测量... 77 5.2 星间测距数据预处理技术... 77 5.2.1 星间测量偏差修正...77 5.2.2 星间测距数据归化... 79 5.3 星间星地联合定轨... 81 5.3.1 组合定轨国内外发展现状... 82 5.3.2 组合定轨观测方程... 82 5.3.3 动力学组合定轨线性化方程... 83 5.3.4 参数解算方法... 84 5.4 自主导航技术... 85 5.4.1 自主运行概念... 85 5.4.2 自主定轨数据处理... 86 5.4.3 自主时间同步处理... 89 5.4.4 自主空间基准维持... 90 5.5 基于星间链路的自主运行基本原理... 935.5.1 自主运行概念... 93 5.5.2 自主运行实现方式... 94 5.6 星间测距的数学模型... 97 5.7 基于星间测距的自主定轨算法... 98 5.7.1 直接滤波算法... 99 5.7.2 扩展滤波算法... 100 第6章 GNSS观测量及误差源... 1 6.1 原始观测方程... 1 6.2 差分观测方程... 1 6.3 多频载波组合观测值... 2 6.3.1 三频组合观测量的定义... 2 6.3.2 组合观测量特性分析... 3 6.3.3 常用实系数组合观测量...4 GPS. 5 GPS. 7 6.4 误差源及其处理策略... 7 6.4.1 卫星轨道误差... 7 6.4.2 卫星钟误差... 8 6.4.3 卫星硬件延迟偏差... 9 G01. 9 G27. 9 1.883. 9 (ns) 9 (ns) 9 -1.674. 9 1.684. 9 2.286. 9 G27. 9 -3.413. 10 6.4.4 卫星天线相位中心偏差... 10 6.4.5 相对论效应... 10 6.4.6 对流层延迟... 11 6.4.7 电离层延迟误差... 12 6.4.8相位绕转效应... 13 6.4.9 接收机天线相位中心偏差... 14 6.4.10 潮汐改正... 14 6.4.11 多路径效应和观测噪声... 15 6.5 参考文献... 15 第7章 GNSS伪距单点定位测速授时... 18 7.1 伪距单点定位... 18 7.1.1 伪距定位原理... 18 7.1.2 测速... 23 7.2 RAIM算法... 27 7.2.1 可用性检测... 28 7.2.2 故障检测... 28 7.2.3 故障识别... 29 7.3 自适应Kalman滤波导航算法...30 7.4 参考文献... 31 第8章 GNSS局域差分定位技术... 33 8.1 伪距差分基本原理... 33 8.1.1 概述... 33 8.1.2 伪距DGNSS原理... 34 8.2 GNSS信标差分系统... 35 8.2.1 系统简介... 35 8.2.2 系统组成... 36 8.2.3 完好性监测... 36 8.2.4 RBNDGNSS系统性能[5] 38 8.2.5 NDGPS未来发展[10] 38 8.3 GNSS地基增强（GBAS）... 39 8.3.1 航空应用对卫星导航性能需求...40 8.3.2 局域增强系统基本组成... 43 8.3.3 地面站完好性监测... 44 8.3.4 局部电离层异常监测... 46 8.3.5 差分增强信息格式... 48 8.3.6 用户终端数据处理... 50 8.3.7 多故障检测与排除算法... 53 8.4 GNSS多频RTK技术... 55 8.4.1 多频GNSS周跳实时探测与修复... 55 8.4.2 GNSS多频RTK模糊度解算... 61 8.5 网络RTK技术... 72 8.5.1 网络RTK系统组成... 72 8.5.2虚拟参考站（VRS）技术... 73 0.009. 75 0.099. 75 0.092. 75 0.458. 75 0.160. 75 8.5.3 区域改正数（FPK）技术... 78 8.5.4 MAC技术... 80 8.6 参考文献... 82 第9章 GNSS广域差分定位技术... 85 9.1 GPS广域差分增强技术... 85 9.1.1 GPS广域增强系统简介... 86 9.1.2 卫星轨道、钟差改正数生成算法... 86 9.1.3 电离层延迟改正数生成算法... 88 9.2 北斗广域增强技术...91 9.2.1 北斗等效钟差改正数生成算法... 91 9.2.2 北斗电离层格网算法... 92 9.2.3 北斗广域增强终端算法... 92 9.3 全球精密差分系统——GNSS精密单点定位... 95 9.3.1 精密单点定位算法... 95 9.3.2 基于基准站信息的实时动态精密单点定位（PPP-RTK）技术... 101 9.3.3 精密单点定位模糊度整数解算技术... 105 9.3.4 小结... 109 9.4 参考文献... 109 0章 GNSS伪卫星综合定位原理... 11210.1 引言... 112 10.2 伪卫星系统应用模式... 113 10.3 伪卫星信号设计... 113 10.3.1 远近效应问题... 113 10.3.2 信号结构设计... 114 10.4 伪卫星时间同步处理技术... 115 10.5 伪卫星平台定位方法... 116 10.6 Locata系统... 118 10.6.1 概述... 118 10.6.2 Locata系统自主定位和时间同步技术... 119 10.6.3 Locata系统性能... 120 10.7 参考文献... 1201章 GNSSINS自适应组合导航理论与技术... 123 11.1 惯性导航基本原理... 123 11.1.1 INS力学编排... 123 11.1.2 坐标系统... 125 11.1.3 INS误差方程... 127 11.2 惯性导航系统随机误差分析与建模... 128 11.2.1 随机误差类型... 129 11.2.2 一般陀螺的随机误差模型... 133 11.2.3 随机误差分析... 134 11.2.4 随机误差建模... 138 11.3 GNSSINS组合导航... 14311.3.1 松耦合组合导航... 143 11.3.2 紧耦合组合导航... 145 11.3.3 深耦合组合导航... 148 11.3.4 GNSSINS组合校正方式... 149 11.4 参考文献... 150 2章 北斗RDSS定位原理（郭海荣）... 150 12.1 RDSS定位原理... 150 12.1.1 定位理论... 151 12.1.2 影响定位精度的主要因素... 154 12.2 广义RDSS定位原理... 160 12.2.1 CRDSS概念... 160 12.2.2CRDSS定位报告原理... 161 12.2.3 CRDSS系统定位报告能力分析... 163 12.3 参考文献... 165