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引言1

第一篇 卫星无线电导航系统的构成及基本原理7

第1章 卫星无线电导航系统组成7

1.1 基本构成7

1.2 航天器子系统8

1.3 运控子系统9

1.4 用户导航设备9

1.5 中轨卫星无线电导航系统的星历信息组成特点10

1.6 不同用户对卫星无线电导航系统的需要10

参考文献15

第2章 时间坐标16

2.1 天体坐标和时间测量单位17

2.2 原子时和时间单位18

2.3 通用时间坐标和卫星无线电导航系统使用的时间坐标18

2.4 卫星无线电导航系统中的局部时间坐标20

2.5 基准振荡器中频率和时间的稳定性21

2.6 卫星无线电导航系统中的时间坐标同步24

参考文献26

第3章 导航卫星的轨道运动27

3.1 卫星无线电导航系统中所使用的坐标系统27

3.2 惯性坐标系内导航卫星非摄动轨道运动方程32

3.3 卫星轨道的经典根数33

3.4 非摄动轨道卫星的运动35

3.5 使用轨道根数情况下卫星在惯性坐标系中的非摄动运动方程36

3.6 导航卫星摄动运动的基本特征39

3.7 地心运动坐标系中的摄动运动近似方程41

3.8 导航卫星的可见区域和时间42

参考文献45

第4章 导航任务的解算方法46

4.1 基本内容46

4.2 测距方法47

4.3 伪距测量方法48

4.4 差分—测距和差分—伪距测量方法51

4.5 径向—速度（多普勒）方法51

4.6 伪径向—速度（伪多普勒）方法53

4.7 差分—径向—速度方法54

4.8 组合方法54

4.9 通过卫星无线电导航系统确定方位55

参考文献56

第5章 卫星无线电导航系统中的无线电信号和导航通信57

5.1 卫星无线电导航系统中对无线电信号的要求57

5.2 无线电信号的数学基础58

5.3 卫星无线电导航系统的移相键控信号60

5.3.1 二进制移相键控信号的基本性质61

5.3.2 M序列的基本特性64

5.3.3 Gold序列67

5.3.4 Casami序列68

5.4 副载波上的调制相移键控信号69

5.5 不同调制下的信号时延估计精度比较71

5.6 卫星无线电导航系统中的导航通信75

5.6.1 基本内容75

5.6.2 导航信息的抗干扰编码76

5.7 通过导航通信调制无线电信号79

5.7.1 相对相移键控79

5.7.2 无线电信号的相移键控80

5.8 接收机中卫星无线电导航系统信号同步81

参考文献82

第6章 用户设备的信号处理和导航解算83

6.1 基本内容83

6.2 搜索信号延迟和多谱勒频率84

6.3 卫星导航设备中跟踪系统设计的基本原理96

6.3.1 BPSK导航接收机96

6.3.2 基于跟踪系统提取估计信息99

6.3.3 接收机中相干和非相干信号处理101

6.3.4 跟踪系统鉴别器合成101

6.3.5 解调导航电文111

6.3.6 平滑过滤器合成112

6.4 二次处理算法（导航算法）140

6.4.1 二次观测140

6.4.2 伪距二次平滑算法141

6.4.3 二次处理单步算法147

6.4.4 二次处理的过滤算法149

6.5 卫星无线电导航系统接收机中单步信号处理154

6.5.1 主要内容154

6.5.2 用于非相干工作模式的信号处理单步算法设计155

6.5.3 用于非相干工作模式的信号处理单步算法合成161

6.6 多路径效应条件下信号接收167

6.6.1 多路径效应基本特征167

6.6.2 多路径效应条件下的接收优化算法170

6.6.3 鉴别特征173

6.6.4 潜在的精确特征值175

6.6.5 处理非相干算法的特征值177

附录 鉴别器统计特征值178

附录6.1 相干接收机的相关器同相和正交部分的统计特征值179

附录6.2 非相干接收机的相关器同相和正交部分的统计特征值181

附录6.3 相位鉴别器统计特征值182

附录6.4 频率鉴别器统计特征值184

附录6.5 信号延迟鉴别器统计特征值192

参考文献197

第7章 卫星无线电导航系统中确定导航时间的误差源和精度199

7.1 确定伪距误差的组成199

7.2 确定伪速误差的组成200

7.3 传播介质影响信号参数202

7.3.1 信号传播的群速度和相速度202

7.3.2 介质折射系数204

7.3.3 电离层影响信号滞后205

7.3.4 对流层影响信号滞后206

7.4 相对论和万有引力效应的影响207

7.5 信号多路径效应传播的影响210

7.6 导航接收机引入的误差211

7.7 确定伪距和伪速的降低误差方法214

7.8 确定伪距和伪速的误差源217

7.9 解算导航任务产生的误差218

7.9.1 星座保障的误差218

7.9.2 卫星无线电导航系统中的几何因素219

参考文献222

第8章 用户设备的干扰稳定性223

8.1 基本定义和方法223

8.2 导航接收机干扰稳定性评估方法224

8.2.1 干扰影响相关器的评估方法224

8.2.2 相关器输出端计算干扰组成的方法226

8.3 通过使用不同型号的码分导航信号，分析系统内的干扰228

8.3.1 BPSK（n）调制信号系统内干扰分析229

8.3.2 通过BOC（m，n）调制使用信号，分析系统内的干扰232

8.3.3 通过计算干扰和导航频率信号的失调，分析系统内的干扰236

8.4 分析不同类型干扰对不同类型码分导航信号用户设备的影响240

8.5 搜索和截获信号制的干扰稳定性246

8.6 跟踪系统干扰稳定性渐近估计方法247

8.7 跟踪信号相位自主系统的干扰稳定性248

8.8 自主信号频率跟踪系统的干扰稳定性249

8.9 跟踪信号延迟系统的干扰稳定性251

8.10 考虑跟踪系统相互影响下的干扰稳定性251

8.10.1 非相干接收机干扰稳定性252

8.10.2 相干接收机干扰稳定性253

8.11 综合跟踪系统干扰稳定性254

参考文献255

第二篇 格洛纳斯卫星无线电导航系统259

第9章 格洛纳斯卫星无线电导航系统的基本内容259

9.1 结构和基本特征259

9.2 建设发展阶段261

9.3 格洛纳斯卫星无线电导航系统使用的坐标系统266

9.4 频率——时间保障（PNT）格洛纳斯系统的时间尺度268

参考文献269

第10章 地面段（运控子系统）270

10.1 运控子系统的用途和组成270

10.1.1 主要内容270

10.1.2 系统控制中心272

10.1.3 控制站272

10.1.4 量子—光学站（激光站）273

10.1.5 相位控制系统274

10.1.6 场控制设备274

10.2 星座保障275

10.2.1 格洛纳斯星历信息的特点276

10.2.2 典型控制操作276

10.2.3 确定卫星运动轨位的技术278

参考文献280

第11章 航天器子系统281

11.1 卫星的轨道特征281

11.2 格洛纳斯卫星无线电导航系统的无线电信号285

11.2.1 使用信号的类型285

11.2.2 播发的导航无线电信号特征值286

11.3 调制序列的特征289

11.4 格洛纳斯卫星无线电导航系统的导航通信292

11.4.1 主要内容292

11.4.2 格洛纳斯导航系统的星座295

11.4.3 格洛纳斯系统历书298

11.4.4 超帧种的储备等级301

11.4.5 导航数据真实性控制301

11.5 格洛纳斯卫星无线电导航系统的完好性监测302

11.6 格洛纳斯系统的导航卫星304

11.6.1 格洛纳斯导航卫星304

11.6.2 格洛纳斯-M导航卫星307

11.6.3 格洛纳斯-K导航卫星309

11.6.4 Etalon被动式卫星311

11.6.5 导航卫星建造特点312

11.6.6 导航卫星运行逻辑313

11.7 卫星的星载无线电设备315

11.7.1 导航无线电信号星载源315

11.7.2 天线—馈线系统320

11.7.3 星间星载测量设备320

11.7.4 星载同步装置328

11.7.5 星载控制设备329

11.7.6 定向和稳定系统，其他辅助系统330

11.7.7 卫星星载系统运行331

参考文献332

第12章 格洛纳斯卫星无线电导航系统的差分体制333

12.1 差分体制基本原理333

12.2 差分体制的数学模型336

12.3 差分校正的空间—时间特征339

12.4 星历保障误差的差分校正340

12.5 差分体制中确定伪距的误差源342

12.6 差分子系统的卫星无线电导航系统完好性监测343

12.7 差分子系统中信息传输的数据格式344

12.8 差分子系统建造示例349

12.8.1 海洋局部差分子系统349

12.8.2 具有前景的俄罗斯差分子系统355

12.8.3 广域差分子系统364

参考文献367

第13章 用户设备369

13.1 用户设备原理369

13.2 导航接收机天线370

13.3 无线电接收机372

13.4 模／数转换器373

13.5 基准振荡器和频率合成器374

13.6 多通道相关器375

13.7 信号处理算法377

13.7.1 捕获和检测算法377

13.7.2 信号相位跟踪的工作算法和流程385

13.7.3 信号延迟跟踪的工作算法和流程387

13.7.4 锁频环的工作算法和流程388

13.7.5 跟踪系统环路中的数字滤波器工作算法389

13.7.6 跟踪系统中基准信号振荡器的控制算法392

13.7.7 导航信息提取算法393

13.8 信息处理算法394

13.8.1 用户坐标和速度矢量评估394

13.8.2 基于非运算信息（天文年历）的导航卫星状态矢量计算395

13.8.3 基于运算信息的导航卫星状态矢量计算397

1 3.8.4 大地坐标系中地球用户坐标换算398

13.9 使用用户设备的信号处理和信息优化算法399

参考文献400

第三篇 卫星导航技术的发展方向403

第14章 格洛纳斯卫星导航系统的现代化403

14.1 格洛纳斯卫星导航系统的现代化403

14.2 格洛纳斯全球导航系统的信号407

14.2.1 格洛纳斯全球导航系统的导航信号发展方案407

14.2.2 码分信号的频率方案411

14.2.3 L30C导航信号412

14.2.4 BOC（6，4）调制的L10C导航信号412

14.3 卫星无线电导航系统的全球监测系统414

14.3.1 建立格洛纳斯／GPS扩展监测系统的必要性414

14.3.2 卫星无线电导航监测系统的基本任务414

14.3.3 卫星无线电导航系统完好性监测系统组成416

14.3.4 向用户提供访问监测系统结果419

14.3.5 从格洛纳斯-K导航卫星上转发完好性信息的通道特征419

14.3.6 监测系统可靠性420

第15章 基于相位测量确定信号传播时间424

15.1 卫星无线电导航接收机中测量的主要导航参数424

15.1.1 信号时间概念424

15.1.2 卫星无线电导航系统的相位和码测量模型430

15.1.3 卫星无线电导航系统中确定高精度信号传播时间的无线电导航参数观测模型431

15.1.4 卫星无线电导航系统中导航参数测量数学模型的精度检测方法433

15.2 二次处理中相位测量模糊度解算方法437

15.2.1 相位测量模糊度基本解算方法437

15.2.2 无穷举的模糊度解算方法439

15.3 基于载波相位测量获得信号传播时间的最优滤波方法应用442

15.3.1 增补变量方法442

15.3.2 单频相干无线电信号延迟估计443

15.3.3 双频相干无线电信号延迟估计444

15.3.4 带有观测周期函数的参数估计基本问题446

15.3.5 存在观测周期函数的滤波方法448

15.3.6 使用增补变量方法解算模糊度的改进滤波算法450

15.4 基于载波相位测量的信号传播时间的测定算法453

15.4.1 信号传播时间测量算法任务描述453

15.4.2 二次处理阶段，卫星无线电导航系统中使用相位测量，信号传播时间测量的算法合成基本方法453

15.4.3 实验研究结果454

参考文献464

第16章 通过卫星无线电导航系统信号测定方位角466

16.1 通过卫星无线电导航系统信号，估计目标方位角的优化算法466

16.2 确定方位角的潜在精度470

16.3 在卫星无线电导航系统中，在空间各点的双频相位差的优化滤波472

16.4 根据卫星无线电导航系统的信号，用于测定目标方位角装置的优化导航接收机482

参考文献487

第17章 卫星／惯性组合导航系统488

17.1 卫星／惯性组合导航系统的建造原理488

17.2 卫星无线电导航系统／惯性导航系统导航用户终端的组合算法合成495

17.2.1 综合改进方案495

17.2.2 卫星无线电导航系统／惯性导航系统导航用户终端组合紧耦合算法496

17.2.3 组合导航算法（松耦合算法）505

17.2.4 卫星无线电导航系统导航用户终端中的惯性导航系统修正算法合成（非耦合的算法）508

17.3 卫星／惯性组合导航系统的精度和抗干扰稳定性512

17.3.1 卫星／惯性组合导航系统的精度512

17.3.2 自动模式中卫星／惯性组合导航系统的精度515

17.3.3 卫星／惯性组合导航系统的抗干扰稳定性517

17.4 现代化卫星／惯性组合导航系统概述520

17.5 卫星／惯性组合导航系统中的测量同步525

附录 惯性导航基础526

附录17.1 捷联惯性导航系统算法526

附录17.2 捷联惯性导航系统误差模型529

附录17.3 四元数532

附录17.4 不同方位表述方式的数学关系535

参考文献536

第18章 用户设备的空时信号处理539

18.1 空间抑制干扰的原理539

18.2 空时处理的优化算法540

18.3 典型的天线干扰补偿器542

18.4 优化空间滤波器的结构546

18.5 信号的空间处理算法特征548

18.6 权系数的形成552

18.6.1 优化跟踪算法553

18.6.2 优化非跟踪算法555

18.6.3 分离空间和时间算子的算法555

18.6.4 调整特征556

18.7 干扰空间补偿中的技术突破556

18.8 用于卫星导航接收机的干扰补偿器实验验证558

18.8.1 干扰双通道补偿器的实验验证558

18.8.2 通过频率特征值检验的方法，抑制特征值提升的可行性的实验研究560

18.8.3 通过频率特征值检验的方法，抑制特征值提升的可行性分析562

18.8.4 用于卫星无线电导航系统接收机的数字干扰天线补偿器实验研究563

18.9 空间干扰抑制的知名设备569

参考文献571

第19章 窄带干扰的频率—时间阻隔573

19.1 频率—时间干扰方法的理论基础573

19.1.1 干扰参数优化评估方法573

19.1.2 改进型的横向滤波器方法575

19.1.3 基于离散傅里叶变换，频率区域的干扰阻隔方法576

19.1.4 干扰频率—时间补偿方法和设备的简明特征577

19.2 横向滤波器的合成和分析578

19.3 基于离散傅里叶变换的窄带干扰频域阻隔588

19.4 比较频率区域窄带干扰阻隔算法有效性和横向滤波器592

参考文献593