《衛星導航定位工程》是2010年國防工業出版社出版的圖書，作者譚述森 。該書可供衛星導航系統工程設計與套用專業技術人員、高等院校相關專業師生參考。
基本介紹
內容簡介,作者簡介,目錄,
內容簡介
《衛星導航定位工程（第2版）》以衛星無線電測定和衛星無線電導航為基礎，以用戶需求和工程建設為指導進行編著。《衛星導航定位工程（第2版）》介紹了工作在衛星無線電測定原理下的衛星定位工程，包括基本原理、系統功能、技術指標、信號體制、頻率設計、定位衛星工程設計，以及中心控制系統工程設計和套用系統與用戶機設計等；介紹了工作在衛星無線電導航體制下的衛星導航業務；論述了衛星導航體制設計，包括設計原則、內容、服務方式、衛星軌道及星座選擇、信號頻率與調製編碼、時間標準與計時方式、星曆表達方式等。另外，《衛星導航定位工程（第2版）》介紹了衛星導航用戶機工程設計及國外衛星導航套用實例，為解決實際套用中的抗干擾和工程套用問題提供思路。
衛星無線電導航走過了從低軌道衛星到中軌道衛星，從都卜勒導航體制到偽距導航體制，從單一系統、單一體制向多系統、多體制兼容集成的發展歷程。繼GPs、GLONASS之後，中國北斗導航系統、歐盟Galile0系統相繼誕生。衛星導航系統已成為國家信息基礎設施建設的重要組成部分。
作者簡介
譚述森，重慶開縣人，高級工程師。1965年7月畢業於成都電訊工程學院雷達專業，主要從事衛星導航系統研究及套用。1978年獲全國科學大會獎，1991年、2001年、2003年獲軍隊科技進步一等獎，1992年獲國家科技進步二等獎，2004年獲國家科技進步一等獎，2006年獲軍隊專業技術重大貢獻獎；發表學術論文20餘篇，出版《地球同步衛星無線電測定系統》和《衛星導航套用系統現狀與發展》等專著。
目錄
第1章 概述……1
1.1 歷史資料……1
1.2 GPS 進展和未來計畫……4
1.3 GLONASS 進展和未來計畫……6
1.4 中國衛星導航系統進展和未來……9
1.5 伽利略衛星導航系統……11
第2章 衛星定位工程概念與套用前景……12
2.1 衛星定位業務……12
2.2 業務類型與頻率分配……13
2.3 系統干擾分析及對策……15
2.3.1 L 頻段干擾分析……15
2.3.2 S 頻段干擾分析……16
2.4 衛星定位工程的業務最佳化……16
2.4.1 RDSS 與MSS 集成……17
2.4.2 RDSS 與廣域增強系統(WAAS)集成……17
2.4.3 RDSS 與中繼衛星系統(TDRSS)集成……17
2.5 RDSS 套用……18
2.5.1 航空套用……18
2.5.2 航天套用……19
2.5.3 航海套用……20
2.5.4 陸上交通套用……20
2.5.5 危險困難場地監控……20
第3章 衛星定位基本原理……21
3.1 定位理論……21
3.2 影響定位精度的主要因素……25
3.3 MCC 時延測量精度……25
3.4 空間傳播時延誤差……26
3.5 幾何圖形與定位精度[3] ……27
3.6 用戶高程與定位精度……28
第4章 衛星定位系統工程設計……31
4.1 系統組成……31
4.2 系統功能設計……32
4.2.1 出站功能設計……32
4.2.2 入站功能設計……33
4.2.3 系統處理能力……34
4.3 系統技術指標設計……34
4.3.1 系統覆蓋區域……34
4.3.2 系統容量設計……35
4.3.3 系統定位精度設計……37
4.4 系統信號體制設計[1] ……38
4.4.1 出站信號設計……38
4.4.2 入站信號設計……39
4.5 系統頻率設計……40
4.5.1 轉發器頻率穩定性對系統性能的影響……40
4.5.2 星地校頻方案……41
4.6 定位衛星工程設計……42
4.7 測量控制中心MCC 工程設計……44
4.7.1 MCC 出站鏈路設計……44
4.7.2 MCC 入站鏈路設計……44
4.7.3 衛星軌道確定和預報……45
4.7.4 雙星廣域差分處理……46
4.7.5 MCC 業務處理……48
4.8 RDSS 套用系統設計……49
4.8.1 單址型用戶機……49
4.8.2 多址型用戶機……49
第5章 RDSS 系統完好性及安全性……50
5.1 完好性監測可行性……50
5.2 完好性監測與報告流程……51
5.2.1 完好性系統基本組成……51
5.2.2 定位精度完好性……51
5.2.3 定時完好性……51
5.3 RDSS 系統安全性……52
5.3.1 傳輸鏈路的信息安全性……52
5.3.2 傳輸鏈路的系統安全性……52
第6章 衛星定位用戶抗干擾與低暴露技術……53
6.1 自適應空域濾波的原理……53
6.2 自適應濾波的基本算法……54
6.3 自適應調零天線工程設計……57
6.4 低暴露發射陣列天線設計……57
第7章 衛星導航概念與定位測速原理……59
7.1 衛星導航概念……59
7.2 衛星導航原理……63
7.2.1 導航任務的解決方法……63
7.2.2 偽距的概念與定義……64
7.2.3 導航定位方程[3] ……65
7.3 幾何精度因子……67
7.4 衛星導航測速原理[3] ……69
7.5 定位測速精度……71
7.5.1 全球系統的定位精度……71
7.5.2 全球+區域增強系統定位精度……71
7.5.3 全球+區域+本地增強定位精度……72
7.6 距離差分與徑向速度差分……72
7.7 組合方法……73
7.8 載波相位差分法……73
第8章 衛星導航系統性能需求與總體設計……75
8.1 RNSS 的必備性能……75
8.1.1 RNSS 增值性能……80
8.1.2 RNSS 高維性能……80
8.2 總體設計的任務與流程……81
8.3 工程設計的任務與流程……83
第9章 衛星導航體制設計……85
9.1 體制設計原則及設計內容……85
9.1.1 設計原則……86
9.1.2 設計內容……87
9.2 服務方式及內容……87
9.3 衛星軌道及星座選擇……89
9.3.1 軌道高度……89
9.3.2 星下點軌跡及其對測控方案的影響……90
9.3.3 軌道平面及星座衛星數量……91
9.3.4 衛星軌道種類的選擇……96
9.4 信號頻率與調製編碼方式……97
9.4.1 導航信號頻率選擇原則……97
9.4.2 國際電信聯盟推薦的導航頻率……97
9.4.3 信號頻率及頻寬選擇……100
9.4.4 衛星多址識別與測距碼設計……101
9.4.5 導航信號調製方式……108
9.4.6 導航電文有選擇的糾錯編碼……113
9.4.7 北斗操作者對衛星導航頻率兼容的主張及北斗信號結構……115
9.5 衛星導航的時間標準與計時方式……116
9.5.1 衛星導航時間系統……117
9.5.2 世界時UT ……117
9.5.3 協調世界時……117
9.5.4 儒略周期……118
9.5.5 衛星導航時(SATNAVT)的計時方法……118
9.6 導航衛星運動軌跡與星曆表達方式[13] ……120
第10章 衛星導航運行控制系統設計……127
10.1 衛星導航運行控制系統的任務與組成……127
10.2 衛星時間同步與定時……128
10.2.1 星地時間同步方法……128
10.2.2 站間時間同步方法……131
10.2.3 用戶定時服務……132
10.2.4 衛星鐘差預報模型……132
10.3 導航信號空間傳播時延校正……133
10.4 精密定軌與軌道修正……138
10.5 完好性監測與預報……140
10.5.1 星地雙向偽距時間同步分離衛星完好性……141
10.5.2 DLL 相關監測衛星載荷完好性……141
10.6 運行控制系統集成……143
10.6.1 RNSS 與RDSS 相結合實現導航通信與識別三大功能集成……143
10.6.2 多系統信息融合與國外系統的集成……145
10.7 多系統聯合廣域增強系統的運行與控制……145
10.7.1 系統組成……145
10.7.2 系統工作原理……146
10.7.3 GEOs 衛星校正參數及完好性廣播電文……148
10.7.4 衛星完好性監測……149
10.7.5 監測站組成……150
10.7.6 主控站聯合廣域差分軟體功能……151
第11章 導航衛星和導航載荷……155
11.1 衛星和導航載荷歷史……155
11.2 導航衛星平台……161
11.3 導航載荷要求……162
11.4 GPS 衛星導航載荷[13]……163
11.4.1 原子頻標……163
11.4.2 星上處理……164
11.4.3 頻段系統……164
11.4.4 橫向鏈路……165
11.4.5 自主導航……165
11.5 GLONASS 導航衛星及導航載荷……168
11.5.1 GLONASS 導航衛星功能……168
11.5.2 衛星組成……169
11.6 伽利略導航衛星及導航載荷可選方案[15] ……171
11.6.1 衛星定義……173
11.6.2 MEO 衛星配置……173
11.6.3 MEO 衛星導航有效載荷……176
11.6.4 GEO 衛星及導航載荷……177
11.7 北斗衛星導航載荷……177
11.8 導航載荷比較與發展方向……177
第12章 衛星導航用戶機……179
12.1 用戶與衛星間相對運動特性……179
12.2 偽距測量及誤差分析……185
12.2.1 偽距誤差類型及特性……186
12.2.2 動態應力誤差……186
12.2.3 偽距隨機誤差……187
12.2.4 偽距平滑技術……189
12.3 定位與濾波處理……189
12.3.1 α / β 跟蹤器[12] ……189
12.3.2 卡爾曼濾波器[12] ……193
第13章 導航用戶機套用實例……200
13.1 航天用戶機的捕獲與跟蹤……200
13.1.1 碼跟蹤極限……200
13.1.2 載波跟蹤極限……201
13.1.3 僅有碼捕獲跟蹤模式……201
13.1.4 捕獲處理理論……203
13.1.5 僅有碼的捕獲模型……205
13.1.6 僅有碼的軌道自主導航……206
13.1.7 DIOGENE 精密GPS 導航儀……207
13.1.8 TOPSTAR 3000 接收機……208
13.2 用戶機的慣導速度輔助技術[25] ……208
13.2.1 DLL 傳遞函式……209
13.2.2 等效噪聲頻寬……210
13.2.3 跟蹤環性能分析……212
13.2.4 過渡回響時間……212
13.3 用戶機時域濾波器抗干擾技術[23] ……214
13.3.1 干擾對衛星導航完好性的威脅……214
13.3.2 解除用戶機威脅的方案綜述……214
13.3.3 利用時間濾波器抗干擾的實用考慮……216
13.3.4 Mayflower AICs介紹……217
13.4 用戶機調零天線抗干擾技術[24] ……220
13.4.1 基於算法的最佳權和梯度……220
13.4.2 導航接收機自適應相位圓陣列……221
13.5 衛星導航兼容接收機[1] ……225
13.5.1 多系統兼容的可行性……225
13.5.2 兼容機工作模式及性能設計……231
13.5.3 兼容機的基本組成及工作原理……232
13.6 衛星導航多模用戶機……237
13.6.1 多模用戶機的基本組成與工作模式……237
13.6.2 基本工作原理……239
13.7 衛星導航與慣性導航組合系統……240
13.7.1 非耦合方式……241
13.7.2 松耦合方式……242
13.7.3 緊耦合方式……242
13.7.4 組合算法……242
13.8 接收機自主完好性……245
13.8.1 RAIM 概念……245
13.8.2 CAT -Ⅰ完好性計算基本依據……246
13.9 衛星導航在戰術飛彈防禦系統攔截飛彈上的套用……247
13.9.1 任務概述……247
13.9.2 GAINS 概況……247
13.9.3 導航和雷達對準處理……249
13.9.4 性能評估處理……250
13.9.5 GAINS 實驗室及野外測試及結論……254
13.10 衛星導航在飛彈投放與制導上的套用……254
13.10.1 性能概述……254
13.10.2 GPS/ GYRO/ DOP 制導及導航和控制系統……255
13.10.3 協方差分析……256
13.10.4 結論……259
第14章 衛星導航用戶機模擬測試系統……260
14.1 測試系統基本輸入條件……260
14.1.1 星座……260
14.1.2 傳播時延……260
14.1.3 用戶動態性能……261
14.1.4 數字模擬量……261
14.1.5 信號模擬量……261
14.2 偽距測試基本方案……261
14.3 用戶機測試基本方案……262
14.3.1 用戶機測試的基本任務……262
14.3.2 用戶機模擬測試基本方案……262
14.3.3 仿真關鍵技術……263
14.4 用戶機模擬測試評價系統……265
14.4.1 仿真系統數據輸出……265
14.4.2 被測用戶機輸出數據……265
14.4.3 誤差計算方法……266
參考文獻……267
1.1 歷史資料……1
1.2 GPS 進展和未來計畫……4
1.3 GLONASS 進展和未來計畫……6
1.4 中國衛星導航系統進展和未來……9
1.5 伽利略衛星導航系統……11
第2章 衛星定位工程概念與套用前景……12
2.1 衛星定位業務……12
2.2 業務類型與頻率分配……13
2.3 系統干擾分析及對策……15
2.3.1 L 頻段干擾分析……15
2.3.2 S 頻段干擾分析……16
2.4 衛星定位工程的業務最佳化……16
2.4.1 RDSS 與MSS 集成……17
2.4.2 RDSS 與廣域增強系統(WAAS)集成……17
2.4.3 RDSS 與中繼衛星系統(TDRSS)集成……17
2.5 RDSS 套用……18
2.5.1 航空套用……18
2.5.2 航天套用……19
2.5.3 航海套用……20
2.5.4 陸上交通套用……20
2.5.5 危險困難場地監控……20
第3章 衛星定位基本原理……21
3.1 定位理論……21
3.2 影響定位精度的主要因素……25
3.3 MCC 時延測量精度……25
3.4 空間傳播時延誤差……26
3.5 幾何圖形與定位精度[3] ……27
3.6 用戶高程與定位精度……28
第4章 衛星定位系統工程設計……31
4.1 系統組成……31
4.2 系統功能設計……32
4.2.1 出站功能設計……32
4.2.2 入站功能設計……33
4.2.3 系統處理能力……34
4.3 系統技術指標設計……34
4.3.1 系統覆蓋區域……34
4.3.2 系統容量設計……35
4.3.3 系統定位精度設計……37
4.4 系統信號體制設計[1] ……38
4.4.1 出站信號設計……38
4.4.2 入站信號設計……39
4.5 系統頻率設計……40
4.5.1 轉發器頻率穩定性對系統性能的影響……40
4.5.2 星地校頻方案……41
4.6 定位衛星工程設計……42
4.7 測量控制中心MCC 工程設計……44
4.7.1 MCC 出站鏈路設計……44
4.7.2 MCC 入站鏈路設計……44
4.7.3 衛星軌道確定和預報……45
4.7.4 雙星廣域差分處理……46
4.7.5 MCC 業務處理……48
4.8 RDSS 套用系統設計……49
4.8.1 單址型用戶機……49
4.8.2 多址型用戶機……49
第5章 RDSS 系統完好性及安全性……50
5.1 完好性監測可行性……50
5.2 完好性監測與報告流程……51
5.2.1 完好性系統基本組成……51
5.2.2 定位精度完好性……51
5.2.3 定時完好性……51
5.3 RDSS 系統安全性……52
5.3.1 傳輸鏈路的信息安全性……52
5.3.2 傳輸鏈路的系統安全性……52
第6章 衛星定位用戶抗干擾與低暴露技術……53
6.1 自適應空域濾波的原理……53
6.2 自適應濾波的基本算法……54
6.3 自適應調零天線工程設計……57
6.4 低暴露發射陣列天線設計……57
第7章 衛星導航概念與定位測速原理……59
7.1 衛星導航概念……59
7.2 衛星導航原理……63
7.2.1 導航任務的解決方法……63
7.2.2 偽距的概念與定義……64
7.2.3 導航定位方程[3] ……65
7.3 幾何精度因子……67
7.4 衛星導航測速原理[3] ……69
7.5 定位測速精度……71
7.5.1 全球系統的定位精度……71
7.5.2 全球+區域增強系統定位精度……71
7.5.3 全球+區域+本地增強定位精度……72
7.6 距離差分與徑向速度差分……72
7.7 組合方法……73
7.8 載波相位差分法……73
第8章 衛星導航系統性能需求與總體設計……75
8.1 RNSS 的必備性能……75
8.1.1 RNSS 增值性能……80
8.1.2 RNSS 高維性能……80
8.2 總體設計的任務與流程……81
8.3 工程設計的任務與流程……83
第9章 衛星導航體制設計……85
9.1 體制設計原則及設計內容……85
9.1.1 設計原則……86
9.1.2 設計內容……87
9.2 服務方式及內容……87
9.3 衛星軌道及星座選擇……89
9.3.1 軌道高度……89
9.3.2 星下點軌跡及其對測控方案的影響……90
9.3.3 軌道平面及星座衛星數量……91
9.3.4 衛星軌道種類的選擇……96
9.4 信號頻率與調製編碼方式……97
9.4.1 導航信號頻率選擇原則……97
9.4.2 國際電信聯盟推薦的導航頻率……97
9.4.3 信號頻率及頻寬選擇……100
9.4.4 衛星多址識別與測距碼設計……101
9.4.5 導航信號調製方式……108
9.4.6 導航電文有選擇的糾錯編碼……113
9.4.7 北斗操作者對衛星導航頻率兼容的主張及北斗信號結構……115
9.5 衛星導航的時間標準與計時方式……116
9.5.1 衛星導航時間系統……117
9.5.2 世界時UT ……117
9.5.3 協調世界時……117
9.5.4 儒略周期……118
9.5.5 衛星導航時(SATNAVT)的計時方法……118
9.6 導航衛星運動軌跡與星曆表達方式[13] ……120
第10章 衛星導航運行控制系統設計……127
10.1 衛星導航運行控制系統的任務與組成……127
10.2 衛星時間同步與定時……128
10.2.1 星地時間同步方法……128
10.2.2 站間時間同步方法……131
10.2.3 用戶定時服務……132
10.2.4 衛星鐘差預報模型……132
10.3 導航信號空間傳播時延校正……133
10.4 精密定軌與軌道修正……138
10.5 完好性監測與預報……140
10.5.1 星地雙向偽距時間同步分離衛星完好性……141
10.5.2 DLL 相關監測衛星載荷完好性……141
10.6 運行控制系統集成……143
10.6.1 RNSS 與RDSS 相結合實現導航通信與識別三大功能集成……143
10.6.2 多系統信息融合與國外系統的集成……145
10.7 多系統聯合廣域增強系統的運行與控制……145
10.7.1 系統組成……145
10.7.2 系統工作原理……146
10.7.3 GEOs 衛星校正參數及完好性廣播電文……148
10.7.4 衛星完好性監測……149
10.7.5 監測站組成……150
10.7.6 主控站聯合廣域差分軟體功能……151
第11章 導航衛星和導航載荷……155
11.1 衛星和導航載荷歷史……155
11.2 導航衛星平台……161
11.3 導航載荷要求……162
11.4 GPS 衛星導航載荷[13]……163
11.4.1 原子頻標……163
11.4.2 星上處理……164
11.4.3 頻段系統……164
11.4.4 橫向鏈路……165
11.4.5 自主導航……165
11.5 GLONASS 導航衛星及導航載荷……168
11.5.1 GLONASS 導航衛星功能……168
11.5.2 衛星組成……169
11.6 伽利略導航衛星及導航載荷可選方案[15] ……171
11.6.1 衛星定義……173
11.6.2 MEO 衛星配置……173
11.6.3 MEO 衛星導航有效載荷……176
11.6.4 GEO 衛星及導航載荷……177
11.7 北斗衛星導航載荷……177
11.8 導航載荷比較與發展方向……177
第12章 衛星導航用戶機……179
12.1 用戶與衛星間相對運動特性……179
12.2 偽距測量及誤差分析……185
12.2.1 偽距誤差類型及特性……186
12.2.2 動態應力誤差……186
12.2.3 偽距隨機誤差……187
12.2.4 偽距平滑技術……189
12.3 定位與濾波處理……189
12.3.1 α / β 跟蹤器[12] ……189
12.3.2 卡爾曼濾波器[12] ……193
第13章 導航用戶機套用實例……200
13.1 航天用戶機的捕獲與跟蹤……200
13.1.1 碼跟蹤極限……200
13.1.2 載波跟蹤極限……201
13.1.3 僅有碼捕獲跟蹤模式……201
13.1.4 捕獲處理理論……203
13.1.5 僅有碼的捕獲模型……205
13.1.6 僅有碼的軌道自主導航……206
13.1.7 DIOGENE 精密GPS 導航儀……207
13.1.8 TOPSTAR 3000 接收機……208
13.2 用戶機的慣導速度輔助技術[25] ……208
13.2.1 DLL 傳遞函式……209
13.2.2 等效噪聲頻寬……210
13.2.3 跟蹤環性能分析……212
13.2.4 過渡回響時間……212
13.3 用戶機時域濾波器抗干擾技術[23] ……214
13.3.1 干擾對衛星導航完好性的威脅……214
13.3.2 解除用戶機威脅的方案綜述……214
13.3.3 利用時間濾波器抗干擾的實用考慮……216
13.3.4 Mayflower AICs介紹……217
13.4 用戶機調零天線抗干擾技術[24] ……220
13.4.1 基於算法的最佳權和梯度……220
13.4.2 導航接收機自適應相位圓陣列……221
13.5 衛星導航兼容接收機[1] ……225
13.5.1 多系統兼容的可行性……225
13.5.2 兼容機工作模式及性能設計……231
13.5.3 兼容機的基本組成及工作原理……232
13.6 衛星導航多模用戶機……237
13.6.1 多模用戶機的基本組成與工作模式……237
13.6.2 基本工作原理……239
13.7 衛星導航與慣性導航組合系統……240
13.7.1 非耦合方式……241
13.7.2 松耦合方式……242
13.7.3 緊耦合方式……242
13.7.4 組合算法……242
13.8 接收機自主完好性……245
13.8.1 RAIM 概念……245
13.8.2 CAT -Ⅰ完好性計算基本依據……246
13.9 衛星導航在戰術飛彈防禦系統攔截飛彈上的套用……247
13.9.1 任務概述……247
13.9.2 GAINS 概況……247
13.9.3 導航和雷達對準處理……249
13.9.4 性能評估處理……250
13.9.5 GAINS 實驗室及野外測試及結論……254
13.10 衛星導航在飛彈投放與制導上的套用……254
13.10.1 性能概述……254
13.10.2 GPS/ GYRO/ DOP 制導及導航和控制系統……255
13.10.3 協方差分析……256
13.10.4 結論……259
第14章 衛星導航用戶機模擬測試系統……260
14.1 測試系統基本輸入條件……260
14.1.1 星座……260
14.1.2 傳播時延……260
14.1.3 用戶動態性能……261
14.1.4 數字模擬量……261
14.1.5 信號模擬量……261
14.2 偽距測試基本方案……261
14.3 用戶機測試基本方案……262
14.3.1 用戶機測試的基本任務……262
14.3.2 用戶機模擬測試基本方案……262
14.3.3 仿真關鍵技術……263
14.4 用戶機模擬測試評價系統……265
14.4.1 仿真系統數據輸出……265
14.4.2 被測用戶機輸出數據……265
14.4.3 誤差計算方法……266
參考文獻……267
