全球導航衛星係統及其應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉基餘 著

圖書標籤:

• 全球導航衛星係統
• GNSS
• 衛星導航
• 定位技術
• 應用
• 北鬥
• GPS
• GLONASS
• Galileo
• Beidou
• 導航

齣版社： 測繪齣版社

ISBN：9787503035906

版次：1

商品編碼：11790671

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2015-02-01

用紙：膠版紙

頁數：440

內容簡介

　　本書共有5章：第1章GNSS全球導航衛星係統的現況與發展，主要論述瞭（；-PS、GLONASS、北鬥、Galileo、WAAS、EGNOS、QZSS、IRNSS、DORIS、PRARE的現況與發展；第2章導航衛星及其特性，簡要地論述瞭導航衛星的正常軌道和攝動軌道，較詳細地論述瞭當代GNSS衛星工作星座，以及GNSS導航電文及其更新方法；第3章GNSS導航信號，對GNSS信號共用載波頻率、所用僞隨機噪聲碼特性、GNSS衛星所用的測距碼多樣性等分彆予以瞭較深入的論述；第4章GNSS信號接收機，針對其應用廣泛的特點，較深入地解讀瞭接收機接收、跟蹤、變換和測量GNSS信號的主要部件及其發展；第5章GNSS開創平民百姓齣行的便捷之途，主要論述僞距和載波相位測量定位、定時、測速的工作原理，衛星導航定位主要誤差，以及中等動態的載波相位測量定位的工程實用案例。

目錄

第1章 GNSS全球導航衛星係統的現況與發展
1.1 第一代全球導航衛星係統的貢獻與不足
1.2 GPS衛星全球定位係統及其新貢獻
1.3 GLONASS全球導航衛星係統及其得失點
1.4 北鬥衛星導航係統及其特性
1.5 Galileo全球導航衛星係統及其創新點
1.6 GPS引領區域衛星導航係統建設熱

第2章 導航衛星及其特性
2.1 導航衛星的正常軌道及其描述
2.2 導航衛星的攝動軌道及其描述
2.3 GPS衛星工作星座
2.4 衛星導航電文是GNSS的導航靈魂
2.5 GPS衛星的導航電文
2.6 衛星導航電文的地麵控製更新
2.7 衛星導航電文的在軌自主更新
2.8 衛星導航電文的編碼糾錯法

第3章 GNSS導航信號
3.1 BOC調製打通共用載頻的坦途
3.2 僞噪聲碼承載衛星導航電文的潛行器
3.3 測距碼是衛星導航的頂梁柱
3.4 GLONASS信號及其導航電文
3.5 北鬥導航信號及其導航電文
3.6 衛星激光測距用於GNSS星曆精化的現況與發展

第4章 GNSS信號接收機
4.1 GNSS信號接收機的基本結構
4.2 微帶天綫
4.3 GPS信號接收機的工作原理
4.4 GPS觀測量及其測量
4.5 GNSS信號接收機的優異點
4.6 GPS信號接收機的新近發展及其啓迪
4.7 GNSS信號接收機的軟件化
4.8 GNSS信號接收機的基本性能檢驗

第5章 GNSS開創平民百姓齣行的便捷之途
5.1 GNSS僞距單點定位
5.2 GNSS僞距差分定位
5.3 GPS僞距用於載體速度測量
5.4 GPS僞距測量在定時中的應用
5.5 GNSS載波相位測量
5.6 GNSS載波相位測量的單點定位問題
5.7 GNSS載波相位測量的DGNSS模型
5.8 GNSS動態載波相位測量的工程實施
5.9 GNSS大地坐標係的現況與應用問題
5.10 GNSS衛星導航定位的精度、誤差與偏差
5.11 GNSS衛星導航定位的主要誤差
5.12 GPS現代化及其影響
參考文獻

精彩書摘

　　《全球導航衛星係統及其應用》：
　　衛星多普勒導航係統（TRANSIT和CICADA），是用戶隻需接收衛星信號而實現導航定位的一種“被動式”導航係統，它開創瞭被動式無綫電導航的新時代。在做衛星多普勒導航定位測量時，衛星導航電文實時地告訴用戶衛星的精確在軌點位（動態已知點），開創瞭衛星在軌位置參與導航解算的技術新途徑。地球錶麵任何一個點位上的用戶，隻要在其視界“見到”瞭子午衛星，都可以進行衛星多普勒導航定位測量，開創瞭全球性無綫電導航的新紀元。上述“被動式”、“全球性”和“動態已知點”的科學創立，為後續全球導航衛星係統的建立奠定瞭堅實的科技基礎，提供瞭成功的實踐範例，這就是衛星多普勒導航係統所創立的曆史功勛。
　　子午衛星和CICADA衛星導航係統，雖將導航和定位技術推嚮瞭一個新的發展時代，但它們仍然存在著一些明顯的不足。對於一個衛星導航係統而言，它用下述四項技術指標衡量其性能優劣：
　　衛星導航係統四項技術指標
　　可用性（availability）：用戶使用該係統做導航定位的正常運行時間；
　　精度（accuracy）：該係統用於測得的運動載體在航位置與其真實位置的差異性；
　　完好性（integrity）：該係統不能用於導航定位的告警能力；
　　連續性（continuity）：該係統在一個導航周期內齣現間斷導航的概率。
　　依上述指標衡量，子午衛星和CICADA衛星導航係統主要具有下列不足：
　　（1）衛星少，不能實行連續導航定位。子午衛星導航係統一般采用6顆工作衛星，並且都通過地球的南北極而運行，以緻地麵上任一點位所見到的子午衛星通過間隔時間較長，而且隨著緯度的不同而變更。例如，按5顆子午衛星估算，在低緯度地區，每天共通過15次左右（僅對仰角在15°以上而言）；而在高緯度地區，每天共有30次左右的衛星通過。兩次子午衛星通過的間隔時間為0.8～1.6 h。對於同一顆子午衛星，每天通過次數最多為13次，間隔時間便更長一些。由於采用多普勒定位原理，一颱衛星多普勒接收機一般需要觀測15次閤格的衛星通過，纔能達到10 m的單點定位精度。當各個測站觀測瞭公共的17次閤格的衛星通過，聯測定位的精度纔能達到0.5 m。子午衛星導航係統不僅因精度較低而限製瞭它的應用領域，而且因間隔時間和觀測時間都較長，而不能為用戶提供實時定位和導航服務。
　　……

前言/序言

《宇宙之眼：星辰指引的古今漫遊》 一、 緣起：人類對“彼岸”的永恒渴求 自古以來，浩瀚的星空便以其神秘莫測的魅力，牽引著人類好奇的目光。當夜幕降臨，繁星點點，它們不僅是詩人靈感的源泉，更是早期文明賴以生存和探索的天然羅盤。從仰望星空，辨認星座，到利用日月交替計算節令，人類對天體運行規律的探索，從未止息。這種對“彼岸”的渴求，不僅僅是對未知的好奇，更是源於生存的本能——尋找方嚮，理解世界，並最終超越局限。 在遠古時代，航海者依靠月亮的盈虧，北極星的恒定，以及太陽在天空中的軌跡，在茫茫大海上辨彆方嚮。商旅們穿越沙漠，則將星辰的變化作為指引前路的燈塔。這些原始的導航方式，雖然粗糙，卻凝聚瞭先民們無數個日夜的觀察與實踐，是人類智慧的閃光。然而，天氣變化、視野遮擋，以及長途跋涉帶來的疲憊，常常讓這些“星辰指引”的可靠性大打摺扣。人們渴望一種更加精準、穩定、不受外界乾擾的導航方式，能夠將“彼岸”的指引，清晰地呈現在眼前。 二、 夢想的種子：從天文測量到理論猜想 隨著科學的進步，人類對宇宙的認識逐漸深化。天文學傢們對星體運動的精確測量，為理解宇宙的尺度和規律奠定瞭基礎。三角測量法、視差法等精密測距技術的齣現，讓人類能夠測量遙遠天體的距離，進一步認識宇宙的浩瀚。然而，這些方法更多的是對宇宙的“遠眺”，而非“近觀”與“導航”。 與此同時，物理學的發展，尤其是萬有引力定律的提齣，揭示瞭天體運行的根本動力。牛頓之後，天體力學的發展愈發成熟，科學傢們能夠精確預測行星、衛星的軌道。這種對軌道力的理解，為後來的導航係統埋下瞭理論的伏筆。如果能夠精確計算齣衛星的軌道，並且能夠知道自身在地球上的位置，那麼，通過衛星傳遞的信號，或許就能實現前所未有的精準定位。 在20世紀，隨著原子鍾的問世，人類終於掌握瞭測量時間到納秒級彆的能力。時間的精確測量，對於導航至關重要。三角測量定位的基本原理是，通過測量到已知點的距離來確定自身位置。而如果能夠利用極高精度的時鍾，測量信號從已知點（如衛星）傳播到接收端的時間，再結閤信號的傳播速度（光速），就可以推算齣距離。多個距離的測量，就能實現對位置的精準鎖定。 三、 黎明前的曙光：早期導航技術的探索與實踐 在人們夢想著用科技實現全天候、高精度的導航之前，多種探索與實踐就已經悄然展開。 1. 無綫電導航的先驅： 20世紀初，無綫電技術的興起，為導航帶來瞭新的可能。利用地麵基站發射無綫電信號，通過接收信號的方嚮和強度來判斷位置，是早期無綫電導航的雛形。例如，LORAN（Long Range Navigation）係統，通過多個同步發射颱發射信號，接收機測量到達不同發射颱信號的時間差，從而確定位置。這種係統在二戰期間及之後得到瞭廣泛應用，尤其是在航空和航海領域，極大地提高瞭導航的精度和可靠性，但其覆蓋範圍和精度仍受限於地麵基站的部署和信號傳播的特性。 2. 聲納與雷達的崛起： 在水下和近距離探測領域，聲納和雷達技術也扮演瞭重要角色。聲納利用聲波在水中的傳播來探測障礙物和測量距離，是潛艇和水下作業的重要裝備。雷達則利用無綫電波探測目標，在軍事和氣象領域有著廣泛的應用。這些技術雖然不是全球性的導航係統，但它們展示瞭利用電磁波或聲波進行探測和定位的可能性，為後來的發展積纍瞭寶貴的經驗。 3. 慣性導航的萌芽： 慣性導航係統（INS）利用陀螺儀和加速度計來測量載體的速度和方嚮變化，從而推算其位置。它不需要外部信號，具有自主性和保密性強的優點。雖然在早期，其纍積誤差較大，限製瞭長距離使用的精度，但其核心原理——利用慣性原理進行自主定位，為後來的發展提供瞭重要的思路。 這些早期的導航技術，雖然各有利弊，但都指嚮瞭一個共同的目標：擺脫對自然條件的依賴，實現更可靠、更精確的導航。它們如同破曉前的微光，預示著一個全新的導航時代的到來。 四、 時代的召喚：戰爭催生瞭革命性的構想 20世紀中葉，冷戰的陰影籠罩全球。軍事競賽的白熱化，對戰略武器的精確部署和機動提齣瞭前所未有的要求。如何讓導彈精確打擊目標？如何讓艦船和飛機在復雜環境下準確導航？如何追蹤敵方目標？這些軍事需求，成為瞭驅動導航技術革命的強大引擎。 尤其是在導彈技術方麵，傳統的地麵導航和天文導航方式，在高速、遠程的導彈飛行過程中顯得力不從心。導彈需要具備高度自主的導航能力，能夠在飛行過程中不斷校正自身的位置和方嚮。這就迫切需要一種能夠為導彈提供實時、高精度位置信息的係統。 與此同時，隨著空間技術的飛速發展，將傳感器和計算單元部署到太空，似乎成為瞭一種可能。一旦有瞭在太空中運行的、精確計時的衛星，並且能夠知道這些衛星在軌道上的精確位置，那麼，理論上，地球上的任何一個接收器，隻要能接收到來自這些衛星的信號，就可以通過三角測量法，精確地確定自身的位置。 這種基於太空的導航設想，最初可能隻是齣於軍事目的的考量，但其潛在的民用價值，也開始逐漸顯現。一旦這項技術成熟，它將徹底改變人們的齣行方式，提升物流效率，促進科學研究，甚至改變日常生活。 五、 文明的飛躍：從設想到現實的艱辛曆程 從最初的構想到真正投入使用，一個成熟的全球導航衛星係統，需要剋服無數的技術難題，耗費巨大的資源，並經曆瞭漫長而艱辛的研發過程。 1. 技術瓶頸的突破： 原子鍾的精確化： 實現毫秒級的定位，需要納秒級甚至皮秒級的時間測量精度。對原子鍾的研發和小型化，是實現這一目標的關鍵。 軌道力學的精準計算： 衛星在太空中的軌道會受到地球引力、太陽引力、月球引力、以及大氣阻力等多種因素的影響。精確計算和預測衛星的軌道，需要強大的計算能力和精細的力學模型。 信號的抗乾擾能力： 衛星信號需要穿越大氣層，並可能受到各種無綫電乾擾。開發能夠抵抗乾擾、保持信號穩定性的技術至關重要。 接收機的微型化與普及： 為瞭讓這項技術真正惠及大眾，需要開發體積小、功耗低、價格適中的接收設備。 2. 巨大的投入與協同： 巨額的研發經費： 衛星的研製、發射、地麵站的建設，都需要天文數字的投入。 國際間的協作與競爭： 盡管最初可能帶有軍事色彩，但最終，全球導航衛星係統的發展，離不開各國在航天、通信、電子等領域的科技進步和人纔儲備。不同的國傢和地區，在這一領域展開瞭激烈的競爭，也促進瞭技術的快速迭代。 3. 曆史的見證： 早期探索的遺産： 盡管《全球導航衛星係統及其應用》這本書未能涵蓋，但在此之前，早期的無綫電導航、慣性導航等技術，為後來的衛星導航奠定瞭基礎。人們對精確導航的永恒追求，從未停止。 裏程碑式的進步： 每一項技術的突破，每一次衛星的成功發射，都像是點亮通往未來導航之路的火炬。這些曆史的足跡，雖然不在此書中詳述，卻構成瞭我們理解現代導航技術不可或缺的背景。 六、 想象的邊界：現代導航技術的無限可能 雖然這本書的篇幅有限，無法深入探討《全球導航衛星係統及其應用》所涵蓋的豐富內容，但我們可以從其書名中窺見其核心——導航衛星係統作為一種前沿科技，其背後蘊含的深刻意義和廣闊的應用前景。 我們可以設想，這項技術不僅僅關乎“在哪裏”的問題，它更關乎“如何更好地連接世界”。 智能交通的基石： 自動駕駛汽車、智能公交係統、無人機配送，都離不開高精度的實時定位。交通流量的優化，事故的預防，救援的及時響應，都將因此而改變。 精準農業的革新： 農田的精細化管理，根據土壤濕度、養分情況，進行區域化播種、施肥、灌溉，實現資源的最大化利用，減少浪費。 應急救援的生命綫： 在地震、洪水等災害發生時，能夠快速定位被睏人員，規劃最優救援路綫，為生命爭取寶貴時間。 科學探索的眼睛： 地質勘探、海洋測繪、氣象監測、環境監測，都將受益於高精度的空間信息。對地球的理解，將更加深入和全麵。 個人生活的便捷： 從簡單的地圖導航，到個性化的齣行推薦，再到與智能設備的聯動，導航技術已經悄然融入我們的日常生活，讓生活更加便捷高效。 《宇宙之眼：星辰指引的古今漫遊》，旨在帶領讀者迴顧人類對方嚮的古老追尋，理解那些默默孕育革命性構想的土壤，感受從理論猜想到技術突破的艱辛曆程。它不是對某一種具體技術的詳盡解讀，而是對人類智慧、探索精神以及科技發展脈絡的詩意描繪。通過迴顧曆史，我們更能體會到，今天我們所享受的便捷，是無數先輩智慧與汗水的結晶，是人類對未知世界永不滿足的探索精神的最好證明。這本書，是一次關於“指引”的哲學思考，一次關於人類如何利用智慧“看見”宇宙，並最終“鏈接”世界的旅程。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘述方式非常獨特，它將 GNSS 的發展曆程，比作一場波瀾壯闊的史詩。從早期的“星星導航”，到如今的多係統並存，作者用飽含情感的筆觸，勾勒齣科學傢們在探索和突破中遇到的挑戰與喜悅。書中對不同衛星導航係統的演進，如GPS、GLONASS、Galileo等的對比分析，並非枯燥的技術堆砌，而是融入瞭曆史的厚重感和人文的關懷。我尤其喜歡其中關於“冷戰背景下衛星導航技術的萌芽”這一章節，它讓我瞭解到一項偉大的科技成就，往往是時代浪潮下的産物，是無數人智慧和汗水的結晶。這種敘事方式，使得原本可能顯得晦澀的技術知識，變得鮮活而有溫度，仿佛能聽到那些曾經為之奮鬥的先驅們在耳邊低語，講述著他們的夢想與堅持。

評分☆☆☆☆☆

這本書在探討 GNSS 的未來發展趨勢方麵，展現瞭作者前瞻性的視野。它不僅僅停留在現有的應用層麵，而是深入展望瞭 GNSS 在人工智能、物聯網、甚至太空探索等新興領域的潛力和可能性。我印象最深刻的是關於“亞米級、厘米級甚至毫米級高精度定位”的討論，以及它將如何賦能自動駕駛、無人機配送等顛覆性技術。書中還提及瞭 GNSS 與其他技術的融閤，例如與慣性導航係統的結閤，以應對信號丟失的挑戰，這讓我看到瞭科技發展的無限可能。它像是在為我描繪一幅關於未來城市、未來生活的美麗藍圖，讓我對科技發展帶來的變革充滿瞭好奇與期待。

評分☆☆☆☆☆

這是一本讓我眼前一亮的科普讀物。作者並非簡單地羅列GNSS的各種技術細節，而是以一種引人入勝的方式，將這個看似遙不可及的科技概念，巧妙地融入到我們日常生活的方方麵麵。書中大量的案例分析，生動地展現瞭GNSS在精準農業、智慧交通、應急救援等領域的實際應用，讓我不禁感嘆科技的進步是如此悄無聲息，卻又如此深刻地改變著我們的世界。例如，書中關於無人機在災後搜救中如何利用GNSS進行高精度定位，以及其在環境監測方麵扮演的角色，都給我留下瞭深刻的印象。它不僅僅是技術手冊，更像是打開一扇瞭解未來科技發展趨勢的窗口，讓我對未來充滿期待。讀完這本書，我仿佛擁有瞭一雙能夠“看見”地球運行脈絡的眼睛，對這個星球的精細運作有瞭更深層次的理解。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣的普通讀者來說，這本書最大的價值在於它清晰明瞭地解釋瞭 GNSS 的基本原理。作者沒有迴避專業術語，但通過大量的類比和通俗易懂的圖示，將復雜的技術概念分解成易於理解的部分。我曾經對“衛星誤差”、“多路徑效應”等概念感到睏惑，但在閱讀瞭相關章節後，我終於豁然開朗。書中對這些技術細節的闡述，恰到好處地把握瞭深度與廣度的平衡，既滿足瞭好奇心，又不會讓人感到 overwhelmed。舉例來說，作者將衛星信號比作“遠方朋友傳遞的消息”，解釋誤差時則形象地描述瞭“信息傳遞過程中的各種乾擾”，這些生動的比喻，讓抽象的技術原理變得觸手可及，極大地提升瞭閱讀的趣味性和理解的效率。

評分☆☆☆☆☆

這本書是一次令人愉悅的學習體驗，它成功地將枯燥的技術知識轉化為引人入勝的故事。作者的文筆流暢自然，條理清晰，即使對於沒有相關背景的讀者，也能輕鬆跟隨其思路。我特彆欣賞書中對 GNSS 在“日常齣行”方麵的影響，例如如何幫助我們更精準地規劃路綫、避免擁堵，以及如何在緊急情況下提供救援支持。這些貼近生活的細節，讓我深刻體會到 GNSS 已經成為我們生活中不可或缺的一部分，默默地為我們提供著便利與安全。書中的一些小故事和趣聞軼事，也為閱讀增添瞭不少樂趣，讓我在輕鬆的氛圍中，收獲瞭寶貴的知識。