內容簡介
本書講述了全球定位系統（GPS）的基本原理和概念，具體包括：GPS測量原理、GPS的結構和發展歷史；GPS偽距定位和載波相位定位的原理；GPS中使用的坐標系和時間系統；C/A碼的實現原理及載波調製過程；GPS信號捕獲和跟蹤原理及實現；攜帶型GPS系統的設計與實現及常用晶片資料等。此外，本書還講了利用Matlab仿真GPS中涉及到的各種算法和原理，並且給出了所有仿真源程式和仿真框圖。利用Matlab仿真，讀者可以更好地理解GPS中的關鍵技術，這是本書的特點。
本書可作為高等院校導航、通信、測量和測繪等專業的高年級學生或研究生的GPS課程教材，同時也可供相關專業師生及研究人員閱讀參考。
目錄
第1章 緒論 1
1.1 GPS的發展簡史及系統概述 1
1.2 GPS的服務與套用 4
1.2.1 精密定位服務 4
1.2.2 標準定位服務 5
1.3 Matlab的基本特性及基本語法 6
1.4 矩陣與Matlab 11
1.4.1 矩陣和向量 11
1.4.2 向量的創建 13
1.4.3 矩陣的創建 15
1.4.4 點運算 17
1.4.5 矩陣的數學運算 20
1.5 數據的輸入與輸出 23
1.5.1 字元串（文字）和注釋的輸出 23
1.5.2 用INPUT函式輸入數據 26
1.5.3 數據檔案的輸入和輸出 27
1.6 程式流程控制 28
1.6.1 程式流程控制概述 28
1.6.2 程式流程控制的實現 29
1.7 Matlab函式 35
1.7.1 Matlab函式概述 35
1.7.2 函式檔案 36
1.8 編程練習 39
第2章 GPS測量原理 42
2.1 利用到達時間測量值測距 42
2.1.1 二維位置確定 42
2.1.2 利用衛星測距信號確定位置的原理 45
2.2 參考坐標系 46
2.2.1 地心慣性（ECI）坐標系 46
2.2.2 地心地球固連（ECEF）坐標系 46
2.2.3 世界測地系（WGS-84） 46
2.3 利用偽隨機噪聲（PRN）碼確定位置 47
2.3.1 確定從衛星到用戶的距離 47
2.3.2 用戶位置的計算 50
2.4 GPS載波相位測量定位 53
2.4.1 GPS載波相位測量 53
2.4.2 GPS載波相位測量的單點定位問題 57
附錄A 用戶位置的求解仿真 60
第3章 GPS的坐標、時間系統和衛星的運動 66
3.1 天球坐標系和地球坐標系 66
3.1.1 天球概述 66
3.1.2 兩種天球坐標系及其轉換模型 68
3.1.3 極移與國際協定地極原點 71
3.1.4 兩種地球坐標系及其轉換模型 72
3.1.5 瞬時極(真)天球坐標繫到瞬時極(真)地球坐標系的轉換模型 74
3.1.6 WGS-84世界大地坐標系 75
3.2 GPS時間系統 76
3.2.1 世界時系統 77
3.2.2 原子時 78
3.2.3 力學時 79
3.2.4 協調世界時 79
3.2.5 GPS系統時 79
3.3 GPS衛星的運動 80
3.3.1 克卜勒定律 80
3.3.2 無攝衛星運動的軌道參數 82
3.3.3 真近地點角的概念及求解 83
3.3.4 衛星瞬時位置的求解 85
3.3.5 衛星無攝運動軌道方程的力學解釋及攝動的修正 86
附錄B GPS衛星的動態仿真 90
第4章 GPS衛星的導航定位信號 105
4.1 概述 105
4.2 GPS衛星的測距碼信號 107
4.2.1 碼的基本概念 107
4.2.2 偽隨機噪聲碼及其產生 108
4.2.3 GPS的測距碼信號 111
4.3 GPS衛星的導航電文 115
4.3.1 導航電文格式 115
4.3.2 導航電文的內容 116
4.4 Matlab仿真C/A碼的產生及調製 119
第5章 GPS衛星信號的捕獲 126
5.1 概述 126
5.2 GPS衛星信號的都卜勒效應 126
5.3 GPS衛星信號捕獲的考慮 128
5.3.1 捕獲時的最大電文長度 128
5.3.2 捕獲中的頻率步長 129
5.4 GPS衛星信號的捕獲方法 130
5.4.1 傳統捕獲方法 130
5.4.2 循環相關捕獲方法 133
5.4.3 延遲與累積捕獲方法 136
5.4.4 長記錄電文的相干處理 138
5.4.5 精頻估計的基本概念 139
5.4.6 消除精頻測量中的不確定性 139
5.5 Matlab與Simulink仿真簡介 142
5.5.1 仿真工具簡介 142
5.5.2 Simulink的使用 142
5.6 GPS衛星信號捕獲的例子 147
5.7 關於捕獲的一些子程式 150
5.7.1 隨機編碼過程仿真 150
5.7.2 獲取導航信息的仿真 153
5.7.3 模擬捕獲延遲的仿真 157
附錄C GPS捕獲仿真程式 160
第6章 GPS衛星信號的跟蹤 164
6.1 概述 164
6.2 鎖相環的基本理論 164
6.2.1 一階鎖相環 166
6.2.2 二階鎖相環 167
6.2.3 連續系統到離散系統的轉換 168
6.3 GPS信號跟蹤 169
6.3.1 載波和碼元跟蹤 169
6.3.2 利用鎖相環跟蹤GPS信號 170
6.3.3 BASS方法中的載波頻率更新 171
6.3.4 Kernel函式的不連續性 172
6.3.5 C/A碼起始點的精確性 175
6.4 跟蹤過程的高測時精度 176
6.4.1 通過理想相關輸出獲得高測時精度 176
6.4.2 通過曲線擬合獲得高測時精度 179
6.5 BASS跟蹤過程的輸出 180
6.6 RF與C/A碼的混合 181
附錄D 方程(6-26)的積分過程 181
第7章 GPS接收機及其電路 183
7.1 GPS接收機 183
7.1.1 GPS接收機的基本構成 183
7.1.2 GPS接收機的分類 185
7.1.3 數字GPS接收機 186
7.1.4 GPS接收機的選擇 187
7.2 基於RF8009的GPS接收機電路 187
7.2.1 RF8009簡介 187
7.2.2 RF8009的主要性能指標 187
7.2.3 RF8009模組封裝與引腳功能 189
7.2.4 RF8009的內部結構 190
7.2.5 RF8009電路套用 190
7.2.6 RF8009封裝尺寸 194
7.3 基於嵌入式系統的GPS套用設計 196
7.3.1 嵌入式系統比較 196
7.3.2 GPS套用開發的要求 197
參考文獻 199
