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导论1

第1章 卫星导航快速入门3

1.1 测量信号传输时间的原理3

1.1.1 卫星导航的基本原理4

1.1.2 信号行程时间6

1.1.3 测定位置6

1.1.4 时间误差的影响和修正7

第2章 坐标系9

2.1 引言9

2.2 地球体9

2.3 椭球与基准面10

2.3.1 椭球10

2.3.2 制定本地参考椭球与基准面11

2.3.2.1 本地参考椭球11

2.3.2.2 基准面、地图参考系11

2.3.3 国家参考系11

2.3.4 国际参考椭球WGS-8412

2.3.5 从本地参考系变换至世界参考椭球13

2.3.5.1 大地基准面13

2.3.5.2 基准面转换14

2.3.6 转换坐标系14

2.3.6.1 将笛卡儿坐标转换为椭球坐标14

2.3.6.2 将椭球坐标转换为笛卡儿坐标15

2.4 平面地区坐标、投影15

2.4.1 高斯-克吕格投影（横切墨卡托投影）15

2.4.2 UTM投影16

2.4.3 瑞士投影系（正形双重投影）18

2.4.4 全球范围的坐标转换18

2.4.4.1 示例：将WGS-84坐标转换为CH-1903坐标19

2.5 栅格地图地理对位19

2.5.1 引言19

2.5.2 变换基础20

2.5.3 确定变换坐标20

2.5.4 确定变换参数a,b,c,d,e,f21

2.5.5 示例（将栅格地图变换为WGS-84）22

第3章 卫星技术基础25

3.1 开普勒定律25

3.1.1 开普勒第一定律25

3.1.2 开普勒第二定律26

3.1.3 开普勒第三定律26

3.2 卫星轨道27

3.3 轨道高度28

3.4 无线电频率29

3.5 时间系统30

3.5.1 国际原子时（TAI）30

3.5.2 协调世界时（UTC）31

3.5.3 GPS时31

3.5.4 卫星时31

3.5.5 地方时31

第4章 GNSS技术：GPS示例33

4.1 引言33

4.2 全系统描述34

4.3 空间部分34

4.3.1 卫星的分布和运动34

4.3.2 GPS卫星36

4.3.2.1 卫星结构36

4.3.2.2 通信链路预算分析37

4.3.2.3 卫星信号37

4.3.3 生成卫星信号39

4.3.3.1 简化框图39

4.3.3.2 详细框图40

4.4 控制部分41

4.4.1 失效可能性与人为信号失真（SA）41

4.5 用户部分43

4.6 GPS导航电文45

4.6.1 引言45

4.6.2 导航电文的结构46

4.6.3 子帧包含的信息47

4.6.4 遥测字（TLM）与转换字（HOW）47

4.6.5 25页的细分47

4.6.6 星历与年历数据比较48

4.7 GPS现代化48

4.7.1 新调制方法，BOC和MBOC48

4.7.1.1 BPSK（1）—调制48

4.7.1.2 BOC—调制简介49

4.7.1.3 MBOC周制（多路BOC,MBOC(6,1,1/11)）51

4.7.2 GPS现代化52

第5章 GLONASS、GALILEO和北斗系统54

5.1 引言54

5.2 GLONASS：俄罗斯系统54

5.2.1 GLONASS的建成56

5.3 GALILEO58

5.3.1 概述58

5.3.2 计划中的GALILEO服务60

5.3.2.1 开放服务，OS60

5.3.2.2 商业服务，CS60

5.3.2.3 人身安全服务，SoL60

5.3.2.4 公共管制服务，PRS60

5.3.2.5 搜索和救援，SAR61

5.3.3 精度62

5.3.4 GALILEO技术62

5.3.4.1 信号频率64

5.3.4.2 时间计划65

5.3.5 GNSS最重要的三个特性67

5.4 中国的北斗1代和北斗2代系统68

5.4.1 目前的系统：北斗1代68

5.4.2 未来的系统：北斗2代68

第6章 计算位置70

6.1 引言70

6.2 计算位置70

6.2.1 测量信号行程时间的原理（伪距估算）70

6.2.2 方程的线性化72

6.2.3 解方程73

6.2.4 小结74

6.3 确定行程时间的具体方法75

6.3.1 时间系统75

6.3.2 确定行程时间的具体方法75

6.3.2.1 第1步：通过相关性确定信号到达时间75

6.3.2.2 第2步：对数据和／或导航电文进行重构77

6.3.2.3 第3步：确定发送时间77

6.3.3 确定行程时间误差78

6.3.4 影响行程时间的其他因素78

6.4 误差分析与精度因子79

6.4.1 引言79

6.4.2 卫星几何形态对精度的影响，DOP值80

6.4.2.1 引言80

6.4.2.2 图解DOP值成因81

6.4.2.3 DOP值的实际含义82

6.4.2.4 总误差83

6.4.2.5 计算DOP值85

第7章 改进的GPS：DGPS、SBAS、A-GPS和HSGPS87

7.1 引言87

7.2 GPS误差源87

7.3 减小测量误差的可行性89

7.3.1 基于信号行程时间延迟测量的DGPS90

7.3.1.1 工作原理详细说明91

7.3.1.2 确定修正系数91

7.3.1.3 发送修正值92

7.3.1.4 对测量伪距的修正93

7.3.2 基于载波相位测量的DGPS93

7.3.3 DGPS后处理（信号行程时间和相位测量）94

7.3.4 发送修正数据94

7.3.5 根据播发范围对DGPS进行分类95

7.3.6 修正信号发送标准95

7.3.7 差分修正服务概览96

7.4 DGPS实时修正服务96

7.4.1 引言96

7.4.2 基于RTCM SC-104的地面服务97

7.4.3 基于RTCM SC-104的卫星服务97

7.5 广域DGPS（WADGPS）99

7.5.1 星基增强系统，SBAS（WAAS,EGNOS）99

7.5.1.1 引言99

7.5.1.2 最重要的SBAS功能99

7.5.2 现有系统和计划中的系统概览100

7.5.3 计划中的RNSS概览103

7.5.4 SBAS系统描述103

7.5.5 使用RTCM SC-104的卫星DGPS服务104

7.6 使用DGPS和SBAS可达到的精度105

7.7 辅助GPS（A-GPS,AGPS）105

7.7.1 引言105

7.7.2 A-GPS原理106

7.7.3 基准网络108

7.7.4 A-GPS网络109

7.7.5 采用在线辅助数据的A-GPS方式（实时A-GPS）109

7.7.6 采用离线辅助数据的A-GPS方式（预测轨道）110

7.7.7 架构111

7.7.8 控制平面架构111

7.7.9 用户平面架构112

7.7.10 架构优势112

7.7.11 OMA安全用户平面定位架构（OMA-SUPL）113

7.8 高灵敏度GPS（HSGPS）114

7.8.1 提高振荡器稳定性114

7.8.2 天线114

7.8.3 噪声系数因素114

7.8.4 相关器和相关时间115

7.9 GNSS转发器或转发天线116

7.10 室内用伪卫星116

第8章 数据格式与硬件接口117

8.1 引言117

8.2 数据接口117

8.2.1 NMEA-0183数据接口117

8.2.1.1 NMEA协议结构118

8.2.1.2 GGA数据集120

8.2.1.3 GLL数据集121

8.2.1.4 GSA数据集122

8.2.1.5 GSV数据集123

8.2.1.6 RMC数据集124

8.2.1.7 VTG数据集125

8.2.1.8 ZDA数据集126

8.2.1.9 计算校验和126

8.2.2 从NMEA转换为KML128

8.2.2.1 Google Earth和KML简介128

8.2.2.2 将NMEA转换为KML的方法128

8.2.3 DGPS修正数据（RTCM SC-104）131

8.2.3.1 RTCM电文头（2.3版）132

8.2.3.2 RTCM电文类型1（2.3版）133

8.2.3.3 RTCM电文类型2～9（2.3版）134

8.2.4 私有数据接口136

8.2.4.1 示例：用于u-blox GNSS接收机的UBX协议136

8.3 硬件接口138

8.3.1 天线138

8.3.2 供电139

8.3.3 时间脉冲：1PPS与时间系统139

8.3.4 将TTL电平转换为RS-232140

8.3.4.1 串行通信基础140

8.3.4.2 确定电平及其逻辑分配140

8.3.4.3 将TTL电平转换为RS-232141

第9章 GNSS接收机143

9.1 GNSS手持接收机基础143

9.2 GNSS接收机模块144

9.2.1 GNSS模块基本设计144

第10章 GNSS应用146

10.1 引言146

10.2 各种应用介绍146

10.2.1 基于位置的服务（LBS）147

10.2.2 商业和工业应用147

10.2.3 通信技术149

10.2.4 农业和林业149

10.2.5 科学与研究150

10.2.6 旅游和运动151

10.2.7 军事151

10.2.8 时间测定151

附录153

A 互联网上的资源153

A.1 概要报告和链接153

A.2 差分GPS153

A.3 GPS机构154

A.4 GNSS新闻组和GNSS技术刊物154

B 资料来源155

C 版本历史156