BF:GPS原理與接收機設計 謝鋼 電子工業齣版社 9787121305399 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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謝鋼 著

圖書標籤:

• GPS
• 北鬥
• 衛星導航
• GNSS
• 信號處理
• 接收機設計
• 謝鋼
• 電子工業齣版社
• 通信
• 定位

店鋪： 華裕京通圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121305399

商品編碼：29337395099

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-01-01

基本信息

書名:GPS原理與接收機設計

定價：79.00元

售價：63.2元

作者:謝鋼

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2017-01-01

ISBN：9787121305399

字數：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

編輯推薦

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內容提要

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本書係統、透徹地闡述瞭GPS及其接收機設計的各項相關內容，包括GPS信號結構、時空坐標係、測量值、定位原理、卡爾曼濾波、接收機的射頻前端、信號捕獲和信號跟蹤。此外，本書還介紹瞭差分精密定位、GPS與慣性導航的組閤和地圖匹配三方麵GPS應用技術，並對多路徑、電磁乾擾、互相關乾擾、高靈敏度GPS、輔助GPS等關鍵課題做瞭論述。本書理論分析清晰，實用性強，並且內容力求反映近些年來齣現的GPS*技術和成果。

目錄

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作者介紹

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謝鋼 清華大學電工程係學士，波士頓大學電子與計算機工程碩士，斯坦福大學電氣工程博士。摩托羅拉等多傢高科技公司高級工程師，主要從事GPS接收機的研究與開發工作。

文摘

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序言

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《全球定位係統：從原理到實踐》 一、 核心概念與係統構成 全球定位係統（Global Positioning System，簡稱GPS）自誕生以來，便深刻地改變瞭我們的齣行、測繪、通信乃至日常生活。本書將帶您全麵深入地理解GPS的科學原理，並探討其核心組成部分與運作機製。 GPS係統由三大組成部分構成：空間段（衛星星座）、地麵控製段和用戶段。空間段是GPS係統的基礎，由分布在不同軌道上的多顆GPS衛星組成，它們持續不斷地嚮地麵廣播導航信號。地麵控製段負責對衛星進行監測、跟蹤、控製和維護，確保衛星係統的穩定運行和信號的精確性。用戶段則是我們日常接觸到的GPS接收機，它接收來自衛星的信號，通過復雜的計算得齣用戶的位置、速度和時間信息。 本書將詳細剖析GPS衛星的軌道力學，包括其軌道高度、傾角、周期等關鍵參數，以及這些參數如何影響衛星的覆蓋範圍和定位精度。我們將深入講解原子鍾在GPS係統中的關鍵作用，這是保證導航信號精確性的基石。同時，還會介紹地麵控製段的五大地麵站（主控站、監測站、注入站、備用主控站）各自承擔的功能，以及它們之間如何協同工作，維持整個係統的最佳狀態。 二、 精準導航的基石：信號與測量 GPS定位的核心在於精確測量信號傳播的時間，並結閤信號傳播的速度來計算距離。本書將為您揭示GPS信號的奧秘，包括其頻率、編碼方式以及信息載荷。我們將詳細介紹L1、L2、L5等不同頻點的信號，以及它們各自的特點和應用。 信號編碼與調製： 瞭解僞隨機噪聲（PRN）碼的原理，以及它如何幫助接收機區分不同的衛星信號，並進行精確的時間同步。我們將深入分析C/A碼和P碼的結構和作用。 導航電文： 剖析導航電文中包含的關鍵信息，包括星曆（衛星的精確軌道參數）、曆書（衛星軌道的大緻信息）、電離層延遲模型、GPS時間等。理解這些信息對於接收機進行精確的定位至關重要。 測量原理： 核心的測量量是僞距（Pseudorange），它是接收機記錄的信號發射時刻與接收時刻之間的時間差乘以光速得到的距離。本書將詳細解釋為什麼僞距被稱為“僞”距，它包含瞭哪些誤差項（如衛星鍾差、接收機鍾差、大氣延遲、多徑效應等），以及如何通過組閤測量來消除或減弱這些誤差。 三維定位： 深入講解如何利用至少四顆衛星的僞距測量來解算用戶的三維坐標（經度、緯度、高度）以及接收機鍾差。我們將通過數學模型，清晰地展示最小二乘法等解算算法的推導過程。 三、 挑戰與精度提升：誤差分析與修正 GPS係統雖然強大，但在實際應用中會受到各種誤差源的影響，從而影響定位的精度。本書將對這些誤差進行深入的分析，並介紹常用的誤差修正方法。 衛星鍾差： 盡管衛星上搭載瞭高精度的原子鍾，但仍然存在微小的鍾差，這會導緻定位誤差。我們將介紹如何利用導航電文中的信息來修正衛星鍾差。 大氣延遲： 信號在穿過電離層和對流層時會發生延遲，這是GPS定位中最主要的誤差源之一。本書將詳細介紹電離層和對流層延遲的特性，並探討基於模型的修正方法，例如國際參考電離層模型（IRI）和標準大氣模型。 接收機鍾差： 接收機內部的石英鍾不如衛星上的原子鍾精確，其鍾差也是定位誤差的重要來源。我們將解釋為什麼需要至少四顆衛星纔能同時解算位置和接收機鍾差。 多徑效應： 衛星信號在傳播過程中可能被地麵物體反射，導緻接收機接收到的是反射信號，從而産生測量誤差。我們將分析多徑效應的成因，並介紹一些抑製多徑效應的技術。 軌道誤差： 衛星星曆雖然精確，但仍存在一定的軌道誤差，影響定位結果。地麵控製段通過持續的監測和注入，不斷修正星曆參數。 相對論效應： 愛因斯坦的相對論對GPS係統的精度也有顯著影響。本書將簡要介紹狹義相對論和廣義相對論對衛星鍾錶的影響，以及如何在係統中進行補償。 四、 突破邊界：差分GPS與多星座融閤 為瞭進一步提升GPS的定位精度，並剋服其固有的局限性，差分GPS（DGPS）技術應運而生。同時，隨著其他GNSS（全球導航衛星係統）的崛起，多星座融閤也成為提升導航性能的重要方嚮。 差分GPS（DGPS）： 介紹DGPS的基本原理，包括基準站的設置、差分改正數的生成以及用戶端的應用。我們將重點闡述實時動態差分GPS（RTK）的工作原理，分析其如何通過基綫嚮量和相位測量來達到厘米級甚至毫米級的定位精度，並探討RTK在測量、工程、自動駕駛等領域的廣泛應用。 組閤導航： 討論將GPS與其他導航係統（如慣性導航係統INS、視覺導航VSLAM）進行融閤的優勢，以及如何通過卡爾曼濾波等算法實現多源信息的融閤，提高導航的魯棒性和連續性，尤其是在GPS信號受阻或丟失的情況下。 多星座GNSS： 介紹其他主要的GNSS係統，如俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo、中國的北鬥衛星導航係統（BDS）。分析這些係統的特點、星座構成以及信號結構。深入探討多星座接收機的工作原理，以及多星座融閤對提高定位精度、可用性和可靠性的好處，例如在復雜城市峽榖環境或遮擋區域，能夠獲得更多的衛星可見性。 增強係統： 介紹差分GPS（DGPS）以及廣域差分GPS（WADGPS）等差分改正服務，例如SBAS（衛星基增強係統）和GBAS（地麵基增強係統）。解釋它們如何通過地麵或衛星廣播的差分信息來提高GPS的定位精度和完好性。 五、 硬件與軟件：GPS接收機的設計與實現 深入理解GPS的原理和誤差後，本書將聚焦於GPS接收機的設計與實現。我們將從硬件選型到軟件開發，全麵解析一個功能完善的GPS接收機是如何構建的。 接收機硬件架構： 介紹GPS接收機的基本組成模塊，包括天綫、射頻前端、基帶處理器、主控單元（CPU）、存儲器、電源管理等。 天綫設計： 探討GPS天綫的設計要求，包括頻段、增益、方嚮性、阻抗匹配以及抗乾擾能力，並介紹常見的GPS天綫類型，如貼片天綫、陶瓷天綫等。 射頻前端： 詳細分析射頻前端的功能，包括低噪聲放大器（LNA）、混頻器、濾波器等，以及它們如何處理微弱的衛星信號，並將其轉換為可處理的基帶信號。 基帶信號處理： 這是GPS接收機最核心的部分。我們將深入講解碼捕獲（Acquisition）和碼跟蹤（Tracking）的過程，這是接收機定位的基礎。還會介紹載波跟蹤、導航電文解碼等關鍵環節。 接收機軟件設計： 討論接收機軟件的主要功能模塊，包括信號處理算法、定位解算算法、導航電文解析、用戶接口管理、數據存儲與輸齣等。 開發平颱與工具： 介紹用於GPS接收機開發常用的嵌入式係統、開發工具鏈以及仿真測試平颱。 功耗優化與小型化： 探討如何設計低功耗、小型化的GPS接收機，以滿足移動設備和便攜式應用的需求。 六、 應用領域與未來展望 GPS技術已經滲透到國民經濟和日常生活的方方麵麵，其應用範圍還在不斷拓展。本書將列舉並分析GPS在各個領域的重要應用。 交通運輸： 車輛導航、航空管製、船舶定位、鐵路調度。 測繪與地理信息： 精密測量、地圖繪製、地理信息係統（GIS）數據采集。 軍事領域： 精確製導武器、戰場態勢感知、導航定位。 科學研究： 地震監測、地殼形變測量、大氣科學研究、空間科學。 消費電子： 智能手機導航、可穿戴設備、無人機。 時間同步： 金融交易、通信網絡、電力係統的時間基準。 最後，本書將對GPS技術的發展趨勢進行展望，包括高精度定位技術（如PPP-RTK）、低功耗GNSS技術、與人工智能的融閤、以及在新興領域的應用潛力。我們將探討未來GNSS係統可能麵臨的挑戰與機遇，以及如何通過技術創新不斷提升導航定位服務的水平。 通過對《全球定位係統：從原理到實踐》的深入學習，讀者將能夠全麵掌握GPS係統的理論基礎，理解其核心技術，並具備分析和解決實際應用問題的能力，為進一步的研發和創新奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構組織方式，簡直是教科書級彆的典範。章節之間的邏輯遞進關係處理得非常巧妙，從宏觀的係統概覽，逐步深入到每一個關鍵模塊，比如捕獲、跟蹤、僞距測量，最後落腳到定位解算。這種由淺入深的編排，讓讀者在知識體係的構建上不會感到混亂或跳躍。我發現，即使是初次接觸GPS的門外漢，隻要願意投入精力，也能沿著作者鋪設的路徑，逐步建立起一個完整的知識框架。更值得稱贊的是，作者在每一個關鍵環節都設置瞭“設計挑戰”或“案例分析”，這不僅檢驗瞭讀者的理解程度，同時也起到瞭鞏固知識點的作用。這種教學設計上的匠心，是許多技術書籍所欠缺的，它使得閱讀過程充滿瞭互動性和挑戰性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版真是讓人眼前一亮，尤其是那些復雜的算法推導部分，作者似乎花瞭很多心思去優化閱讀體驗。我記得有一章講到卡爾曼濾波在GPS中的應用，圖示非常清晰，即便是初次接觸這類理論的讀者，也能通過圖文並茂的方式快速建立起感性認識。更難得的是，書中對於一些關鍵參數的選取和實際操作中的注意事項也給齣瞭詳盡的說明，這對於我們這些希望將理論付諸實踐的工程師來說，無疑是極大的幫助。不像市麵上很多理論書籍，光有公式堆砌，這本書在理論深度和工程實用性之間找到瞭一個非常微妙且成功的平衡點。翻閱起來，總能感覺到作者不僅是學術上的專傢，更是有著豐富實踐經驗的“老兵”，很多“坑”都提前幫我們填平瞭。閱讀過程中，我時不時會停下來，對照著自己正在進行的項目去思考書中的方法如何落地，這種啓發性是其他很多教材無法比擬的。

評分☆☆☆☆☆

我對比瞭手頭幾本經典的GNSS教材，不得不說，這本書在“接收機設計”這一塊的側重點非常獨特且實用。它不僅僅關注標準定位算法，還花瞭不少篇幅討論瞭硬件接口、固件實現的可行性以及嵌入式係統中的實時性挑戰。這種從理論到實踐的無縫銜接，極大地提升瞭這本書的價值。我記得有一節專門講瞭如何選擇閤適的ADC和DAC，並分析瞭它們對最終定位精度的影響，這種工程視角的切入點非常接地氣。對於那些正在設計或調試 L1/L2 頻段接收機的團隊來說，這本書提供的參考和建議具有很強的指導意義，它避免瞭我們在實際項目中走不必要的彎路。如果說其他書教你“是什麼”，這本書則清晰地告訴你“怎麼做”，這是兩者之間最本質的區彆。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論深度確實非同一般，它沒有停留在對GPS基本原理的簡單介紹上，而是深入到瞭底層信號處理和係統架構設計的核心環節。特彆是關於多徑效應抑製和抗乾擾技術那幾章，闡述得極為透徹。作者似乎對噪聲模型和信號模型有著獨到的見解，很多細節的數學推導步驟嚴謹而流暢，讀起來酣暢淋灕。我尤其欣賞作者在引入新概念時，總能先給齣其物理意義，再進行數學抽象，避免瞭純粹的數學語言帶來的閱讀障礙。這使得即便是相對高階的數字信號處理內容，也能被清晰地理解。可以說，這本書不僅僅是本“工具書”，更像是一本啓發思維的“武功秘籍”，它引導你不僅僅要“會用”，更要“理解為什麼這麼用”，對於希望在定位技術領域深耕的讀者來說，是不可多得的寶藏。

評分☆☆☆☆☆

從一個長期關注無綫通信和導航領域的人士角度來看，這本書對於新興技術趨勢的把握非常到位，絕非一本過時的舊作。書中對下一代導航係統（如多星座融閤、抗欺騙和新型信號體製）的討論，雖然篇幅不長，但見解獨到且富有前瞻性。它沒有拘泥於現有的單一係統，而是將GPS置於一個更廣闊的未來導航生態係統中去審視。這種高屋建瓴的視角，對於我們這些需要保持技術敏感度和前瞻性布局的研發人員來說，提供瞭寶貴的思路。閱讀完後，我感覺自己的知識圖譜得到瞭更新和拓展，對於未來技術路綫的選擇也有瞭更清晰的判斷依據。它不僅解決瞭“現在”的問題，更指引瞭“未來”的方嚮，這一點尤其令人印象深刻。