輔助GPS原理與應(yīng)用

前言

　　本書最初為那些參與研究、試驗(yàn)、設(shè)計(jì)或應(yīng)用GPS/GNSS的全球衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)專業(yè)人士準(zhǔn)備的，同時(shí)大部分內(nèi)容也適合于非專業(yè)的讀者。為了達(dá)到這兩個(gè)目的，本書在每章之初都會(huì)對(duì)該章內(nèi)容進(jìn)行概述。非專業(yè)的讀者和那些想要快速理解全書內(nèi)容的讀者可以先閱讀第1章的全部?jī)?nèi)容，然后是2.1節(jié)和3.1節(jié)等。這大約50頁左右的內(nèi)容就像一個(gè)嵌入的學(xué)習(xí)指導(dǎo)?！　?duì)于GPS技術(shù)的專業(yè)人士，本書就是一本完整的輔助GPS設(shè)計(jì)指導(dǎo)：它是為那些熟悉基礎(chǔ)的GPS工程師和科學(xué)家設(shè)計(jì)的。　　筆者在最初的GPS系統(tǒng)運(yùn)行前，就參與了GPS接收機(jī)的開發(fā)工作。在過去十年中，筆者參與的A GPS接收機(jī)設(shè)計(jì)方案與裝置已經(jīng)安裝在了世界范圍內(nèi)的數(shù)以千萬的個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備和移動(dòng)電話中。因此，本書介紹了商用A GPS的實(shí)際設(shè)計(jì)思想。著重講解了工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際工作。因此，讀者可能會(huì)注意到，有些問題與大多數(shù)GPS教材中描述的常規(guī)處理方法不同，尤其是在高靈敏度的信號(hào)處理領(lǐng)域。這主要是對(duì)實(shí)際工作的一種反映，同時(shí)還表達(dá)了另一層意思，即對(duì)早期工作中已經(jīng)覆蓋或者涉及的某些主題，提供一種可選擇的研究方法。因此，如果發(fā)現(xiàn)某些論述不是所習(xí)慣的，希望這是由于新的方法所造成的?！　”M管本書的目的是提供實(shí)用技術(shù)，但我們不回避必要的理論細(xì)節(jié)。第4章和第5章講解導(dǎo)航時(shí)，詳細(xì)講解了線性代數(shù)；第6章（高靈敏度）提到了很多數(shù)字信號(hào)處理中的統(tǒng)計(jì)分析知識(shí)。為了使文章更容易理解，我們提供了MATLAB的工作實(shí)例（包括可以閱讀、復(fù)制并運(yùn)行的MATLAB腳本）來說明某些概念或復(fù)制的結(jié)果?！　”緯谝婚T在2001年3月第一次授課的室內(nèi)GPS（或高靈敏度的A GPS）方面的課程。第6章講解了高靈敏度接收器設(shè)計(jì)，幾乎與本書的其他部分無關(guān)。本書的其余部分涉及了A GPS的其他方面，其中包括輔助數(shù)據(jù)的生成與分析；GPS導(dǎo)航的數(shù)學(xué)知識(shí)，特別是粗時(shí)間導(dǎo)航；長(zhǎng)期軌道；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；政府的規(guī)定和未來的輔助全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。　　作為實(shí)際解決方法的一部分重點(diǎn)，本書包括一個(gè)附錄，以介紹輔助全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)師和研究人員日常工作中經(jīng)常用到的轉(zhuǎn)換因子和拇指規(guī)則表。這些表包括對(duì)每個(gè)議題的分析和有關(guān)章節(jié)的交叉引用。筆者每天都在案頭參考這些表，希望讀者同樣能得到幫助。　　筆者感謝讀者指出錯(cuò)誤并且提出改進(jìn)建議。

內(nèi)容概要

　　本書依托于作者在導(dǎo)航定位領(lǐng)域幾十年的研究與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，深入淺出地講解了輔助定位技術(shù)與GPS接收機(jī)設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，并對(duì)未來A?GNSS技術(shù)的發(fā)展方向做出了前瞻。全書在回顧標(biāo)準(zhǔn)GPS技術(shù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，具體分析了GPS系統(tǒng)引入輔助技術(shù)的原因，而后結(jié)合理論和仿真案例對(duì)無精確定時(shí)條件下的A?GPS技術(shù)輔助定位原理進(jìn)行了詳細(xì)論述，并討論了A?GPS技術(shù)輔助信息的特殊形式、在不同模塊中的工作原理及A?GPS的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和政府規(guī)范。另外，本書也對(duì)高靈敏度GPS接收機(jī)的整體設(shè)計(jì)理念給出了詳細(xì)的指導(dǎo)。

作者簡(jiǎn)介

于南非的威特沃特斯蘭德大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，在英國的劍橋大學(xué)獲得了電子工程專業(yè)的博士學(xué)位。GNSS的粗時(shí)段導(dǎo)航和A—GPS擴(kuò)展星歷的創(chuàng)始人，美國A-GPS的鼻祖。Frankv&gDiggelen博士曾在Navsys，Ashtech，Magellan和Global
Locate等公司從事導(dǎo)航領(lǐng)域的研究工作，主要涉及GPs，GLONASS及LA—G-PS等方面的研究。目前是GPS
System的技術(shù)顧問和Bnoadcom公司首席導(dǎo)航官。同時(shí)也在NavtechGPS的技術(shù)顧問委女會(huì)任職。

書籍目錄

第1章 緒論
1.1 A·GPS概述
1.2 本書內(nèi)容結(jié)構(gòu)
1.3 民用衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)
1.4 理論與實(shí)踐方法
1.5 術(shù)語：輔助全球定位系統(tǒng)（A·GPS），輔助全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（A-GNSS）
1.6 本書讀者定位
1.7 本書的新內(nèi)容
參考文獻(xiàn)
第2章 標(biāo)準(zhǔn)GPS回顧
2.1 概述：GPS是如何設(shè)計(jì)的
2.2 GPS信號(hào)功率
2.3 衛(wèi)星軌道
2.4 衛(wèi)星時(shí)鐘
2.5 星歷
2.6 GPS信號(hào)
2.7 GPS接收機(jī)的基本功能
參考文獻(xiàn)
第3章 輔助， A·GPS中的“A”
3.1 捕獲和輔助概述
3.2 頻率/碼延遲搜索空間
3.3 標(biāo)準(zhǔn)GPS系統(tǒng)的頻率/碼延遲搜索
3.4 跟蹤、重新捕獲和輔助
3.5 移動(dòng)臺(tái)輔助和基于移動(dòng)臺(tái)的GPS
3.6 A·GPS頻率輔助
3.7 A·GPS碼延遲的時(shí)間輔助
3.8 典型的輔助方案， 輔助冷啟動(dòng)
參考文獻(xiàn)
第4章 粗時(shí)段導(dǎo)航——瞬時(shí)GPS
4.1 概述
4.2 導(dǎo)航， 代數(shù)描述
4.3 粗時(shí)導(dǎo)航方程
4.4 毫秒整周期和常見的偏差
4.5 更多導(dǎo)航細(xì)節(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章 粗時(shí)間精度衰減因子
5.1 概述：水平精度衰減因子、精確度、3GPP標(biāo)準(zhǔn)
5.2 額外狀態(tài)定理
5.3 粗時(shí)間HDOP例子
參考文獻(xiàn)
第6章 高靈敏度：室內(nèi)GPS
6.1 概述
6.2 標(biāo)準(zhǔn)GPS接收機(jī)架構(gòu)
6.3 前端分析
6.4 相關(guān)和相干累積
6.5 高靈敏度接收機(jī)結(jié)構(gòu)
6.6 更長(zhǎng)的相干累積時(shí)間
6.7 I、Q平方和非相干累積
6.8 高靈敏度信噪比工作表
6.9 其他影響靈敏度的因素
6.10高靈敏度小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章 輔助數(shù)據(jù)的生成
7.1 概述
7.2 參考站
7.3 全球性參考站網(wǎng)絡(luò)
7.4 輔助數(shù)據(jù)中的初始位置
7.5 手持終端生成的端到端輔助數(shù)據(jù)
參考文獻(xiàn)
第8章 擴(kuò)展星歷和長(zhǎng)期軌道
8.1 概述：沒有輔助時(shí)的輔助
8.2 擴(kuò)展星歷的產(chǎn)生
8.3 運(yùn)用擴(kuò)展星歷代替完整A·GPS的增強(qiáng)自主系統(tǒng)
8.4 完好性監(jiān)測(cè)——處理軌道和時(shí)鐘變化
參考文獻(xiàn)
第9章 工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)和政府規(guī)定
9.1 概述
9.2 3GPP定位標(biāo)準(zhǔn)
9.3 3GPP2
9.4 OMA·SUPL
9.5 A·GPS手持終端的最低運(yùn)行性能要求
9.6 測(cè)量單元和定位單元
9.7 政府授權(quán)
參考文獻(xiàn)
第10章 A·GNSS的前景
10.1 概述
10.2 原始GPS中的意外收獲與智能化設(shè)計(jì)
10.3 未來A·GNSS系統(tǒng)的TTFF、靈敏度和精度
參考文獻(xiàn)
附錄A 導(dǎo)航方程的推導(dǎo)
附錄B HDOP與多狀態(tài)定理的替代證明
附錄C 分貝、萊斯分布和瑞利分布
附錄D 星歷
附錄E 轉(zhuǎn)換因子、經(jīng)驗(yàn)法和常數(shù)
術(shù)語、定義和常用符號(hào)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   我們將不考慮信號(hào)相位改變時(shí)相關(guān)運(yùn)算輸出的累積（或者疊加）這種累積稱為相干累積，因?yàn)橄辔坏南喔尚詻]有改變。從前面的討論得知，累積長(zhǎng)度增加得到的增益也會(huì)增加，但是實(shí)現(xiàn)損耗也會(huì)增加。由于信號(hào)和接收機(jī)間總會(huì)存在殘留頻率失配，相干累積的長(zhǎng)度存在上限，當(dāng)大于上限時(shí)，增益不再增加。這時(shí)為了使增益和靈敏度進(jìn)一步增加，可以通過對(duì)相關(guān)輸出值取平方或取絕對(duì)值，來消除相位的正向或反向變化，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行累積。這種累積稱為非相干累積。平方的過程引起的損耗稱為平方損耗或者小信號(hào)抑制，這部分損耗也需要考慮。 對(duì)前端的工作過程進(jìn)行分析并且計(jì)入相干累積、實(shí)現(xiàn)損耗、平方損耗和非相干累積的影響后，可以得到接收機(jī)的處理增益模型。這可以幫助我們了解接收機(jī)的工作和各部分之間的相互關(guān)系。例如，增加相干累積會(huì)獲得一部分處理增益，但也會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗，尤其是頻率失配損耗的增大。理解了各部分的相互關(guān)系后，可以將相干間隔設(shè)定為一特定值，使相干間隔和頻率失配之間的折中達(dá)到最優(yōu)。其他的相關(guān)參數(shù)間也存在同樣的情況，而高靈敏度接收機(jī)的設(shè)計(jì)就需要根據(jù)實(shí)際的場(chǎng)景來設(shè)定這些參數(shù)。 可以注意到，增加累積時(shí)間是提高靈敏度的關(guān)鍵因素。但是即使信號(hào)很微弱，接收機(jī)也需要在一段合理的時(shí)間內(nèi)（如幾秒）取得定位。在第3章中，我們了解了如何減少碼／頻率搜索范圍，這就可以在不增加首次定位時(shí)間的條件下，增加每個(gè)碼／頻率單元內(nèi)的累積時(shí)間。通常情況下可以將搜索范圍縮小10倍（第3章中分析了一種有數(shù)據(jù)輔助的、粗時(shí)間、冷啟動(dòng)情況下A—GPS的搜索范圍比孤立GPS接收機(jī)的搜索范圍小14倍）。如果A—GPS接收機(jī)的搜索范圍縮小10倍，處理增益可增加約10 dB，這大體上就是A—GPS所能得到的靈敏度上的好處。為了進(jìn)一步增加靈敏度，需要在不增加首次定位時(shí)間的情況下進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的累積，這就需要具有大量并行相關(guān)器的新型高靈敏度接收機(jī)。

編輯推薦

　　《國防電子信息技術(shù)叢書：輔助GPS原理與應(yīng)用》講解細(xì)致、內(nèi)容豐富，具有重要的工程實(shí)踐參考價(jià)值，適合作為導(dǎo)航定位技術(shù)相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生的參考書籍，也可供相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考學(xué)習(xí)。

圖書封面

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無

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