软件接收机原理及多径误差研究

第一章绪论1

1.1卫星导航系统的发展1

1.1.1GPS的发展1

1.1.2其他卫星导航系统的发展3

1.2软件接收机5

1.3多径干扰7

参考文献7

第二章GPS中的时间系统和坐标系统9

2.1时间系统9

2.1.1UTC时间9

2.1.2GPS时间10

2.2坐标系统11

2.2.1地理术语11

2.2.2天球坐标系和地球坐标系13

2.2.3卫星轨道坐标系14

2.2.4ECI坐标系15

2.2.5ECEF坐标系16

2.2.6WGS-84坐标系21

2.2.7站心坐标系23

参考文献26

第三章GPS定位原理27

3.1用户位置解算的基本方程27

3.2卫星位置的确定28

3.2.1摄动29

3.2.2发射时刻GPS系统时间的修正29

3.2.3卫星在ECEF坐标系中的位置30

3.3伪距测量32

3.4求解用户位置33

参考文献35

第四章GPS信号和导航电文36

4.1GPS信号36

4.1.1载波36

4.1.2伪码37

4.1.3数据码41

4.2导航电文42

4.2.1导航电文格式42

4.2.2遥测字和交接字43

4.2.3子帧匹配和奇偶校验44

4.2.4子帧1的导航数据47

4.2.5子帧2的导航数据49

4.2.6子帧3的导航数据50

4.2.7子帧4和子帧5的导航数据50

4.3伪距的获取51

参考文献55

第五章射频前端56

5.1天线与前端56

5.1.1天线57

5.1.2前端57

5.2相关知识58

5.2.1卫星信号的接收功率58

5.2.2前端的功率放大倍数60

5.2.3采样频率与理论中频61

5.2.4中频信号与基带信号62

5.2.5射频载噪比与基带信噪比62

5.3A/DC量化电平和采样频率的选择64

5.3.1A/DC量化电平64

5.3.2采样频率的选择64

参考文献65

第六章信号的捕获与跟踪66

6.1信号捕获和跟踪的基本概念66

6.2信号捕获68

6.2.1基于滑动相关的捕获算法69

6.2.2基于FFT的捕获算法70

6.3信号跟踪74

6.3.1锁相环75

6.3.2数字延迟锁定环77

6.3.3数字载波跟踪环84

6.3.4伪码跟踪环和载波跟踪环的组合91

6.4将跟踪结果转换为导航数据93

参考文献93

第七章接收机定位中的误差源95

7.1卫星星历误差96

7.2卫星钟误差97

7.3相对论效应98

7.4电离层延迟99

7.5对流层延迟101

7.6多路径误差103

7.7接收机噪声104

参考文献104

第八章多径误差抑制问题105

8.1引言105

8.2多径误差研究现状106

8.2.1伪码多径误差107

8.2.2载波多径误差109

8.3多径误差消除技术研究现状110

8.3.1基于前端技术的多径误差消除110

8.3.2基于相关器和鉴相器的多径误差消除111

8.3.3基于数据处理的多径误差消除113

参考文献117

第九章多径误差建模124

9.1信号模型124

9.2系统描述127

9.3信号跟踪结构128

9.3.1信号跟踪的通用结构128

9.3.2传统的信号跟踪结构129

9.3.3基于鉴相器的抗多径信号跟踪结构131

9.3.4基于数据处理的抗多径信号跟踪结构132

9.4相干和非相干型DLL的误差建模与分析133

9.4.1问题描述133

9.4.2三种DLL的多径误差模型134

9.4.3基于DLL多径误差显式模型的载波多径误差模型140

9.4.4多径误差模型验证142

9.4.5多径误差分析144

9.5基于鉴相器的DLL多径误差建模152

9.5.1问题描述152

9.5.2误差建模155

9.5.3模型验证161

9.5.4多径误差理论分析161

9.5.5仿真验证与分析162

参考文献166

第十章基于数据处理的多径

误差消除算法169

10.1高斯噪声下的多径误差消除算法170

10.1.1问题描述170

10.1.2基于Kalman滤波和TK/LS的多径误差消除算法171

10.1.3性能比较176

10.2非高斯噪声下的多径误差消除算法183

10.2.1问题描述183

10.2.2切片高斯混合滤波184

10.2.3扩展切片高斯混合滤波186

10.2.4扩展切片高斯混合滤波的实现191

10.2.5多径误差消除193

参考文献198"

本书语言浅显易懂，实用性强，力求反映软件接收机和多径误差消除的新技术和新成果。本书适合初学者自学，亦可供研究生和专业技术人员参考。

1956年，Prcie和Green提出了具有抗多径衰落的RAEK 接收机概念：1937年，Forney提出的基于已知信道特性的最大似然序列检测器(MLSD)，这是一种最优的单用户接收机。美国QUALCOMM公司在80 年代坚持研究DS-CDMA技术，1989年，QUALCOMM公司进行了首次CDMA实验。验证了DS扩频信号波形非常适合多径信道的传输，以及RAKE接收机、功率控制和软切换等CDMA的关键技术 。在 1996年推动了窄带CDMA IS-95商用运行，让RAKE接收机产业化，同时也推动了RAKE接收技术的长足发展。

面对未来的发展，RAKE接收机将同三项关键革新技术相结合：智能天线技术、多用户检测、MIMO系统。目前研究的热点包括：RAKE接收机如何降低复杂度；多用户检测的最优算法；MIMO系统与OFDM的结合等。