新一代衛星導航係統信號設計原理與實現技術 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

編輯推薦

本書是少有的涉及新一代GNSS信號設計理論與應用的學術論著，內容可以填補目前該領域的空缺；其作者參與瞭北鬥係統建設和信號設計，在衛星導航信號設計方麵有多年工作經驗，對衛星導航信號設計有很深入的理解。

內容簡介

本書是國際上一本比較深入係統地論述新一代衛星導航係統信號設計理論與技術的學術專著，全麵闡述瞭衛星導航係統信號設計中的基本概念、基礎理論以及各項關鍵技術，並從導航信號的基本要素齣發，把信號設計的傳統技術與新發展的先進技術納入到一個通用框架下作為一個有機的整體進行討論，給讀者呈現一個完整係統的信號設計脈絡。全書共分8章，內容包括衛星導航係統及其信號的發展背景、衛星導航信號的基本結構、擴頻調製的特性、擴頻調製的實現方式、性能分析方法、恒包絡復用的基本理論及實現技術等。本書充分反映瞭近年來國內外學術界和工業界在衛星導航信號設計領域的新思想和新技術，同時也融入瞭作者在信號設計方麵的研究成果。

作者簡介

姚錚：清華大學電子工程係副教授，博士生導師，Springer GPS Solutions期刊編委，ION GNSS SDR Metadata Standard Working Group成員，自2005年至今，一直從事衛星導航及相關領域的教學、科研工作，研究工作得到瞭國傢重大專項、863計劃、國傢自然科學基金、國傢重大科學儀器專項、國傢科技支撐計劃、教育部博士點基金等資助。主要研究方嚮包括導航信號設計與處理、GNSS軟件接收機、地麵無綫定位技術等。作為發明人擁有多項國際發明專利，作為作者在IEEE TWC、TAES、TVT等雜誌上發錶多篇SCI檢索論文，曾榮獲國傢軍隊科技進步二等奬、美國導航學會(ION)學生論文優勝奬、中國衛星導航學術年會(CSNC)2010和2013年度青年優秀論文一等奬、2013年度年會優秀論文奬、清華大學優秀博士論文奬、清華大學優秀博士畢業生等榮譽。

目錄

目 錄
第1章 緒論 1
1．1 本章引言 2
1．2 衛星導航係統的發展與現狀 4
1．2．1 GNSS的前身 4
1．2．2 GPS及其現代化 6
1．2．3 GLONASS及其現代化 7
1．2．4 Galileo係統 8
1．2．5 北鬥衛星導航係統 9
1．3 導航信號的重要性 11
1．4 衛星導航信號體製的發展 12
1．4．1 GPS信號體製的發展 12
1．4．2 Galileo係統信號體製的發展 13
1．4．3 北鬥係統信號體製的發展 14
參考文獻 16
第2章 衛星導航信號的結構 21
2．1 本章引言 22
2．2 衛星導航的基本原理 22
2．2．1 通過測距信號確定位置 22
2．2．2 位置估計的綫性化方法 25
2．2．3 用戶位置的精度 25
2．2．4 僞距的測量 26
2．3 衛星導航信號的關鍵要素 27
2．4 載波頻率的選擇 27
2．5 信號的發射功率 32
2．6 信號的極化方式 35
2．7 信號的多址接入 37
2．8 信號的擴頻調製 38
2．9 擴頻序列與二次編碼 41
2．9．1 擴頻序列的偶相關與奇相關 41
2．9．2 擴頻序列的構造 43
2．9．3 擴頻調製對碼相關性的影響 46
2．9．4 二次編碼 48
2．10 導頻信道與數據信道 49
2．10．1 導頻信道的作用 49
2．10．2 數據信道與導頻信道的功率分配 52
2．11 多路復用 53
2．12 電文結構與信道編碼 54
2．12．1 電文結構 54
2．12．2 信道編碼 55
參考文獻 57
第3章 直接序列擴頻的基本性質 61
3．1 本章引言 62
3．2 擴頻調製信號模型 63
3．3 擴頻調製信號的時域特性 65
3．3．1 信號相似性的度量方式 65
3．3．2 互相關函數與自相關函數 66
3．3．3 周期信號的相關函數 66
3．3．4 擴頻信號的互相關函數 67
3．3．5 階狀碼調製信號的互相關函數 69
3．4 擴頻調製信號的頻域特性 74
3．4．1 功率譜密度 74
3．4．2 無電文調製的擴頻信號功率譜 74
3．4．3 帶電文調製的擴頻信號功率譜 77
3．4．4 非周期擴頻信號的功率譜 77
3．4．5 階狀碼調製信號的功率譜 78
3．4．6 互功率譜密度 79
3．4．7 功率譜密度的歸一化 79
參考文獻 80
第4章 衛星導航中的擴頻調製技術 81
4．1 本章引言 82
4．2 BPSK-R調製 84
4．3 BOC調製 87
4．3．1 BOC調製的定義 87
4．3．2 BOC信號的功率譜密度 89
4．3．3 BOC 信號的自相關函數 91
4．3．4 正弦與餘弦相位BOC調製在特性上的差彆 93
4．4 BCS調製 97
4．5 CBCS 調製 99
4．5．1 CBCS信號的定義 99
4．5．2 CBCS信號的自相關函數 101
4．5．3 CBCS信號的功率譜密度 102
4．5．4 CBCS信號的互相關偏差 104
4．6 TMBCS與QMBCS調製 107
4．7 MBOC調製 107
4．7．1 TMBOC調製 109
4．7．2 CBOC調製 110
4．7．3 QMBOC調製 112
4．8 分裂譜信號的處理模糊度 114
4．8．1 問題描述 114
4．8．2 串行捕獲策略下的誤捕概率 115
4．8．3 並行捕獲策略下的誤捕概率 117
4．8．4 消除模糊度的方式 120
4．9 其他的擴頻調製方式 123
4．9．1 AltBOC 調製 123
4．9．2 MSK調製 126
4．9．3 GMSK調製 130
4．9．4 SRRC 擴頻波形 130
4．9．5 PSWF擴頻波形 132
4．9．6 帶寬受限擴頻調製技術小結 133
參考文獻 133
第5章 導航信號擴頻調製的性能分析 139
5．1 本章引言 140
5．2 接收信號的基帶等效錶達 142
5．2．1 擴頻信號的復包絡錶示 142
5．2．2 信號與噪聲加乾擾的功率譜 143
5．3 擴頻碼跟蹤誤差的下界 144
5．3．1 碼跟蹤誤差的Cramér-Rao下界 144
5．3．2 高斯白噪聲環境下的CRLB 145
5．4 衛星導航接收機的信號處理模型 147
5．4．1 預檢測積分 147
5．4．2 捕獲 148
5．4．3 碼跟蹤 149
5．4．4 載波跟蹤 150
5．5 熱噪聲與乾擾下的測距性能 151
5．5．1 問題模型 152
5．5．2 鑒相器輸齣的統計特性 153
5．5．3 非相乾處理下的跟蹤誤差 154
5．6 捕獲、載波跟蹤和數據解調的性能 158
5．7 抗多徑性能 161
5．8 頻譜兼容性 164
5．8．1 頻譜分離係數 164
5．8．2 碼跟蹤頻譜靈敏度係數 166
5．8．3 等效載噪比 168
參考文獻 170
第6章 擴頻信號恒包絡復用的基本理論 173
6．1 本章引言 174
6．2 高功率放大器 175
6．3 恒包絡復用的基本概念 175
6．3．1 恒包絡信號 175
6．3．2 恒包絡復用 176
6．4 相位映射錶 180
6．5 恒包絡復用的設計方程 181
6．6 恒包絡復用的效率 184
6．7 恒包絡復用信號的錶示形式 184
6．7．1 恒包絡閤成信號的基信號 184
6．7．2 恒包絡復用的相位綫性組閤形式 186
6．7．3 恒包絡復用的交調構造形式 187
6．7．4 不同錶示形式之間的聯係 188
6．8 恒包絡復用信號的功率譜密度 188
6．9 恒包絡復用的實現方法 189
6．9．1 基於相位映射錶的生成方法 189
6．9．2 基於相位閤成的生成方法 190
6．9．3 基於交調構造法的生成方法 191
參考文獻 192

第7章 擴頻信號恒包絡復用的構造方法 195
7．1 本章引言 196
7．2 QPSK復用 197
7．3 時分復用 199
7．4 POCET技術 202
7．5 正交乘積副載波調製 203
7．5．1 三路信號的 QPSM 復用 204
7．5．2 任意信號數量的情況 205
7．5．3 QPSM復用應用於CBCS信號 206
7．6 基於多數錶決邏輯的復用 207
7．6．1 多數錶決邏輯 207
7．6．2 等權值MV復用 208
7．6．3 利用時分復用實現非等權值MV 210
7．6．4 交錯MV復用的相位映射錶 212
7．7 雙頻聯閤恒包絡復用 216
7．7．1 利用復副載波實現邊帶調製 216
7．7．2 基於方波復副載波的DCEM 217
7．8 ACE-BOC調製/復用技術 217
7．8．1 ACE-BOC信號的直接形式 218
7．8．2 相位鏇轉形式 220
7．8．3 典型功率配比下的 ACE-BOC 信號 222
7．9 恒包絡復用技術的級聯 225
7．9．1 InterVote 225
7．9．2 PocetVote 226
7．9．3 TD-AltBOC 226
7．10 恒包絡復用實現技術小結 227
參考文獻 228
第8章 結束語 231
8．1 衛星導航信號的性能評估 232
8．2 衛星導航信號可能的發展趨勢 234
縮略語 239

前言/序言

總　　序

“北鬥係統與應用齣版工程”叢書，能作為國傢齣版工程推進，是件很好的事情，我錶示熱烈的祝賀，欣然作序予以鼓勵支持。北鬥係統不僅是項充滿活力的新興技術，而且是國傢重要的時空信息基礎設施，同時由於它與其他技術和産業的多重關聯性和融閤性，故成為現代智能信息産業群體的重大技術支持係統和具有巨大帶動力的時代産業發展引擎，與國傢安全、國民經濟和社會民生密切相關，與兩個“中國夢”密切相關，能夠服務全中國和全世界。北鬥係統的建設和運營，給國傢和社會的興邦強國、行業和企業的建功立業、團隊和個人的著書立說與創新創業創造精神的大發揮、大發展，提供瞭百年難遇的良好機會。“北鬥係統與應用齣版工程”叢書，也承載著同樣的使命，它所包括的內容包括係統、技術和應用三個方麵，這種選擇非常符閤實際需要，很全麵，且顧及瞭眼前和長遠，而且應用方麵所占的分量相當大。我建議在應用的服務領域要多下點功夫，這是北鬥係統和時空信息服務體係的關鍵。在當今的條件下，推進這個齣版工程，具有明顯的現實意義和長遠價值。為此，我在這裏要強調三點：一是一定要把國內外GNSS領域的成功經驗和教訓，進行係統總結，作為良好的參考；二是應該將我們在係統建設中的實踐，上升為理論與模式，進一步推進我們的工作與事業；三是在上麵兩點的基礎上，我們要有所前進，有所創造，在理論、實踐、産業和體係化發展推進上有所突破，逐步走嚮世界的前列，真正把這一齣版工程，做成北鬥係統偉大工程的一個不可分割的組成部分，反過來對於係統工程發揮指導促進作用，發揮其GNSS裏程碑效應和效能。

2015年12月

序

全球導航衛星係統是一種重大的空間信息基礎設施，主要包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的Galileo和我國的北鬥衛星導航係統（BDS），可以為全球用戶提供高性能的定位、導航與授時服務，在軍事、經濟、社會和科研領域都有十分廣泛的應用，甚至在很大的程度上改變瞭人類的鬥爭、生産和生活方式，並在全球範圍內形成瞭一個高新技術産業，成為新的國民經濟增長點。我國高度重視衛星導航係統的建設和應用，2000年建成瞭北鬥試驗係統，使我國成為繼美國和俄羅斯後第三個擁有衛星導航係統的國傢。2012年建成的北鬥區域係統是一個富有中國特色的衛星導航係統，除瞭具有基本的定位、導航與授時功能外，還可以提供短報文服務，自建成以來一直連續穩定運行，性能穩中有升，應用推廣和産業化取得重要突破，正在國傢安全和經濟社會中發揮著重要作用。根據“三步走”的發展戰略，目前我國正在積極推進北鬥全球係統的建設，將在2020年完成組網並形成全球服務能力，建成國際一流的全球衛星導航係統。

衛星導航信號是衛星導航係統的一個重要組成部分，不但是聯係衛星導航係統空間段、控製段和用戶段三大組成部分的核心紐帶，而且是衛星導航係統嚮用戶播發測距信息的唯一載體，對於衛星導航係統整體性能的形成、性能的發揮，乃至應用推廣和産業發展都具有十分重要的影響，因此，在衛星導航係統中具有獨特的地位和作用，很大程度上已經成為衛星導航係統的重要標誌。國際上幾個衛星導航大國的主管部門、工業界和學術界都十分重視衛星導航信號的設計，特彆是GPS現代化計劃的實施和Galileo的建設，對衛星導航信號的理論和技術發展起到瞭極大的推動作用，在近20年來取得重要突破，形成瞭以頻譜分離、導頻與數據正交為主要特徵的新一代信號體製，代錶瞭衛星導航信號體製的發展方嚮，並已在GPS和Galileo中得到應用。這些成果不但使衛星導航信號的設計逐步擺脫瞭長期以來對雷達信號和通信信號的模仿，走上瞭獨立發展的道路，形成瞭自己的特色，更為重要的是，新型信號體製直接提升瞭新一代衛星導航係統的性能，確保瞭衛星導航産業的可持續發展，也已經成為衛星導航係統更新換代的主要標誌。

毫無疑問，衛星導航信號體製的理論和技術創新不但對我國建設獨立建設、自主運行的北鬥衛星導航係統的意義重大，而且對我國衛星導航的應用和産業的發展以及國際閤作與交流影響深遠，將與星間鏈路、星載原子鍾等主要核心技術共同支撐北鬥全球係統躋身世界一流行列。為瞭徹底改變我國長期以來在衛星信號的理論和技術研究基礎比較薄弱、在係統建設中信號體製的設計主要藉鑒國外技術的被動局麵，近年來我國在北鬥全球係統建設中非常重視衛星導航信號設計工作，在中國衛星導航係統重大專項關鍵技術攻關中設立瞭信號設計專題，從多層次、多方麵部署瞭一批信號設計及相關課題，組織瞭國內多個優勢科研團隊開展信號設計的理論研究和關鍵技術攻關，還在曆屆中國衛星導航學術年會設立瞭專門的分會開展學術交流，大大促進瞭我國衛星導航信號理論和技術的發展。經過多年的努力，我國在衛星導航信號設計方麵取得瞭重要進展，一批自主創新的學術成果、技術成果已經在國內外學術界和工業界産生瞭重要影響，部分成果已經在北鬥全球係統試驗衛星工程中得到應用。可以相信，具有自主知識産權、代錶我國信號設計技術水平的新型衛星導航信號體製將作為北鬥全球係統的標誌和名片，以優異的性能服務於全人類，嚮全世界展示我國衛星導航技術創新和係統建設的最新成就。

本書作者來自清華大學衛星導航科研團隊，在衛星導航技術方麵有十多年的研究經曆，近年來參與瞭北鬥衛星導航係統重大專項關鍵技術攻關的信號設計及相關課題，在信號設計方麵取得瞭有影響的成果，受到瞭國內外專傢和學者的關注。他們通過對大量文獻資料的係統梳理和深入挖掘，厘清瞭幾十年來衛星導航信號的演化脈絡，逐步形成瞭統一的衛星導航信號理論和技術框架，並對衛星導航信號的發展趨勢作瞭有益的探討探索，在此基礎上結閤自己的研究成果和心得體會總結提煉成本書，把國內外衛星導航信號設計方麵的最新成果呈現給廣大讀者。相信本書的齣版，將會對我國衛星導航技術的發展、北鬥衛星導航係統的建設和應用起到一定的促進作用。

2015年10月29日

前 言

近50年以來，導航定位技術無論在空間與時間的覆蓋性上還是在精度上，都取得瞭革命性的進步，特彆是以美國全球定位係統（GPS）和俄羅斯的全球導航係統（GLONASS）為代錶的全球導航衛星係統（GNSS）的齣現，導航定位技術已經在很大程度上改變瞭人類的生産和生活方式。但人們對導航定位性能的要求是永無止境的。隨著需求的不斷增長，半個世紀前設計建造的GPS在性能上的局限性已經變得越來越明顯。同時，物理、航天、通信以及衛星導航本身的理論研究和技術發展都有瞭長足的進步。新一代GNSS，如不斷演進的GPS、正在進行改造的GLONASS以及歐盟的Gailieo、我國的北鬥衛星導航係統（BDS），都在吸取數十年來經驗教訓的基礎上融入瞭新的技術，正在迅速發展之中。

信號設計是整個衛星導航係統建設的核心之一。衛星導航信號內在的性能極限決定瞭整個係統的先天性能。係統的空間段、地麵段都是圍繞著信號的發射、接收而不斷運行的。如果衛星發射的信號在設計上存在缺陷，即使係統其他環節的設計再完美，整個係統在定位、測速、授時精度等關鍵性能上仍然存在難以彌補的不足，應用與産業化也會受到嚴重製約。

隨著衛星導航應用領域的不斷擴展、服務需求的不斷細化，新一代GNSS廣播的導航信號數量顯著增多，對信號的性能要求也越來越高，一方麵使原本有限的衛星導航頻譜變得愈加擁擠，而信號性能的提升受製於帶寬的限製；另一方麵也使現有的恒包絡復用技術的功率效率降低，衛星載荷的復雜度提升。同時，信號接收復雜度的限製、係統之間互操作的要求以及後嚮兼容等需求，讓信號設計目標優化問題的約束條件變得越來越多。設計理論的欠缺、技術發展與未來需求相比的滯後，以及需求膨脹與資源匱乏之間的矛盾，使得新一代衛星導航係統的信號設計麵臨著一係列的挑戰。

近年來，針對衛星導航信號設計中麵臨的問題，學術界和工業界提齣瞭大量新穎的解決辦法。在擴頻調製方麵，以BOC和MBOC為代錶的譜分裂調製方式開始被應用到新一代導航信號中，在恒包絡復用方麵，也有許多先進的技術不斷湧現。此外，擴頻碼、信道結構、電文結構等方麵也齣現瞭新的成果。這些新技術的齣現給新一代衛星導航係統的設計者帶來瞭更大的擇優餘地，但同時也對信號設計者對技術的理解和需求的把握提齣瞭更高的要求。由於各係統建設所背負的曆史負擔不同，具體使命和應用需求也不盡相同，而且信號的各個要素的設計約束互相耦閤，將各種技術簡單拼湊或是對其他係統片麵模仿都無法設計齣整體性能優異的新型導航信號。信號設計者隻有深刻理解每一項技術的特點和適用條件，做到知其然更知其所以然，纔有可能麵對具體的需求和約束選擇最閤適的配置，最終設計齣綜閤性能優異的導航信號。此外，新一代係統的信號無論在結構上還是可能的處理方式上，都與傳統GPS存在很大的不同。對新一代GNSS信號性質的深入理解和係統性的把握，對接收機的開發者而言也是非常重要的。

本書作者有幸參與到我國北鬥衛星導航係統（全球係統）的建設中，在衛星導航信號設計方麵有多年的工作經驗。平時與國內外同行的交流，加深瞭我們對導航信號設計的認識。在自己的研究過程中，我們也取得瞭一些有特色的研究成果。為瞭讓我們已有的認識和知識能夠對新一代係統的建設和應用有所貢獻，我們有瞭將這個領域的最新研究與應用成果進行總結與整理，齣版一本中文著作的想法，希望能藉此與更多的同行進行更多的交流，共同完善下一代GNSS信號的設計以及接收處理技術開發的探索。

國內外衛星導航係統原理和應用的論著很多，也不乏精品，對衛星導航係統的工作原理、係統構成、接收機原理及應用的論述已非常詳盡。本書內容著重信號設計，將與上述著作構成有效的互補，使衛星導航係統相關的知識體係更加完整。本書以衛星播發 新一代衛星導航係統信號設計原理與實現技術 下載 mobi epub pdf txt 電子書 格式

專業的書有點貴

京東圖書值得信賴，這本書非常好，值得好好看看，非常不錯，好評！

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棒

不錯不錯，還要細細看

棒

主要在講信號方麵的知識。

書籍是人類進步的階梯，京東是人們的朋友！