輔助GPS原理與應用

前言

　　本書最初為那些參與研究、試驗、設計或應用GPS/GNSS的全球衛(wèi)星導航技術專業(yè)人士準備的，同時大部分內(nèi)容也適合于非專業(yè)的讀者。為了達到這兩個目的，本書在每章之初都會對該章內(nèi)容進行概述。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章的全部內(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)容就像一個嵌入的學習指導?！　τ贕PS技術的專業(yè)人士，本書就是一本完整的輔助GPS設計指導：它是為那些熟悉基礎的GPS工程師和科學家設計的?！　」P者在最初的GPS系統(tǒng)運行前，就參與了GPS接收機的開發(fā)工作。在過去十年中，筆者參與的A GPS接收機設計方案與裝置已經(jīng)安裝在了世界范圍內(nèi)的數(shù)以千萬的個人導航設備和移動電話中。因此，本書介紹了商用A GPS的實際設計思想。著重講解了工業(yè)生產(chǎn)中的實際工作。因此，讀者可能會注意到，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處理領域。這主要是對實際工作的一種反映，同時還表達了另一層意思，即對早期工作中已經(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用技術，但我們不回避必要的理論細節(jié)。第4章和第5章講解導航時，詳細講解了線性代數(shù)；第6章（高靈敏度）提到了很多數(shù)字信號處理中的統(tǒng)計分析知識。為了使文章更容易理解，我們提供了MATLAB的工作實例（包括可以閱讀、復制并運行的MATLAB腳本）來說明某些概念或復制的結果?！　”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計，幾乎與本書的其他部分無關。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導航的數(shù)學知識，特別是粗時間導航；長期軌道；行業(yè)標準；政府的規(guī)定和未來的輔助全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)?！　∽鳛閷嶋H解決方法的一部分重點，本書包括一個附錄，以介紹輔助全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)設計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。這些表包括對每個議題的分析和有關章節(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誤并且提出改進建議。

內(nèi)容概要

　　本書依托于作者在導航定位領域幾十年的研究與工程實踐經(jīng)驗，深入淺出地講解了輔助定位技術與GPS接收機設計方面的內(nèi)容，并對未來A?GNSS技術的發(fā)展方向做出了前瞻。全書在回顧標準GPS技術結構的基礎上，具體分析了GPS系統(tǒng)引入輔助技術的原因，而后結合理論和仿真案例對無精確定時條件下的A?GPS技術輔助定位原理進行了詳細論述，并討論了A?GPS技術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)標準和政府規(guī)范。另外，本書也對高靈敏度GPS接收機的整體設計理念給出了詳細的指導。

作者簡介

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

書籍目錄

第1章 緒論
1.1 A·GPS概述
1.2 本書內(nèi)容結構
1.3 民用衛(wèi)星導航信號
1.4 理論與實踐方法
1.5 術語：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
第2章 標準GPS回顧
2.1 概述：GPS是如何設計的
2.2 GPS信號功率
2.3 衛(wèi)星軌道
2.4 衛(wèi)星時鐘
2.5 星歷
2.6 GPS信號
2.7 GPS接收機的基本功能
參考文獻
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 標準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 移動臺輔助和基于移動臺的GPS
3.6 A·GPS頻率輔助
3.7 A·GPS碼延遲的時間輔助
3.8 典型的輔助方案， 輔助冷啟動
參考文獻
第4章 粗時段導航——瞬時GPS
4.1 概述
4.2 導航， 代數(shù)描述
4.3 粗時導航方程
4.4 毫秒整周期和常見的偏差
4.5 更多導航細節(jié)
參考文獻
第5章 粗時間精度衰減因子
5.1 概述：水平精度衰減因子、精確度、3GPP標準
5.2 額外狀態(tài)定理
5.3 粗時間HDOP例子
參考文獻
第6章 高靈敏度：室內(nèi)GPS
6.1 概述
6.2 標準GPS接收機架構
6.3 前端分析
6.4 相關和相干累積
6.5 高靈敏度接收機結構
6.6 更長的相干累積時間
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
參考文獻
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
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
第8章 擴展星歷和長期軌道
8.1 概述：沒有輔助時的輔助
8.2 擴展星歷的產(chǎn)生
8.3 運用擴展星歷代替完整A·GPS的增強自主系統(tǒng)
8.4 完好性監(jiān)測——處理軌道和時鐘變化
參考文獻
第9章 工業(yè)化標準和政府規(guī)定
9.1 概述
9.2 3GPP定位標準
9.3 3GPP2
9.4 OMA·SUPL
9.5 A·GPS手持終端的最低運行性能要求
9.6 測量單元和定位單元
9.7 政府授權
參考文獻
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計
10.3 未來A·GNSS系統(tǒng)的TTFF、靈敏度和精度
參考文獻
附錄A 導航方程的推導
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)驗法和常數(shù)
術語、定義和常用符號

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   我們將不考慮信號相位改變時相關運算輸出的累積（或者疊加）這種累積稱為相干累積，因為相位的相干性沒有改變。從前面的討論得知，累積長度增加得到的增益也會增加，但是實現(xiàn)損耗也會增加。由于信號和接收機間總會存在殘留頻率失配，相干累積的長度存在上限，當大于上限時，增益不再增加。這時為了使增益和靈敏度進一步增加，可以通過對相關輸出值取平方或取絕對值，來消除相位的正向或反向變化，然后對結果進行累積。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抑制，這部分損耗也需要考慮。 對前端的工作過程進行分析并且計入相干累積、實現(xiàn)損耗、平方損耗和非相干累積的影響后，可以得到接收機的處理增益模型。這可以幫助我們了解接收機的工作和各部分之間的相互關系。例如，增加相干累積會獲得一部分處理增益，但也會導致?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系后，可以將相干間隔設定為一特定值，使相干間隔和頻率失配之間的折中達到最優(yōu)。其他的相關參數(shù)間也存在同樣的情況，而高靈敏度接收機的設計就需要根據(jù)實際的場景來設定這些參數(shù)。 可以注意到，增加累積時間是提高靈敏度的關鍵因素。但是即使信號很微弱，接收機也需要在一段合理的時間內(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間的條件下，增加每個碼／頻率單元內(nèi)的累積時間。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、粗時間、冷啟動情況下A—GPS的搜索范圍比孤立GPS接收機的搜索范圍小14倍）。如果A—GPS接收機的搜索范圍縮小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。為了進一步增加靈敏度，需要在不增加首次定位時間的情況下進行更長時間的累積，這就需要具有大量并行相關器的新型高靈敏度接收機。

編輯推薦

　　《國防電子信息技術叢書：輔助GPS原理與應用》講解細致、內(nèi)容豐富，具有重要的工程實踐參考價值，適合作為導航定位技術相關專業(yè)的本科生和研究生的參考書籍，也可供相關領域的工程技術人員參考學習。

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