北斗/GPS双模软件接收机原理与实现技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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鲁郁著 著

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• 通信技术
• 雷达原理
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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121285257

商品编码：25573423622

出版时间：2016-04-01

北斗/GPS双模软件接收机原理与实现技术 作  者:鲁郁 著 定  价:98 出 版 社:电子工业出版社 出版日期:2016年04月01日 页  数:439 装  帧:平装 ISBN:9787121285257 ●第1章  定位、坐标系和时间标准1
●1.1  问题的提出  2
●1.1.1  基本目的和基本定位系统  2
●1.1.2  时钟问题  5
●1.1.3  一个改进的系统  6
●1.1.4  改进后系统的总结  10
●1.2  常用坐标系  11
●1.2.1  地心惯性坐标系  11
●1.2.2  测地坐标系  12
●1.2.3  ECEF坐标系  15
●1.2.4  ENU或NED坐标系  19
●1.2.5  运动本体坐标系  21
●1.3  时间系统  23
●1.3.1  太阳时和恒星时  23
●1.3.2  力学时  24
●1.3.3  原子时和协调世界时（UTC）  25
●1.3.4  GPS时（GPST）  26
●1.3.5  北斗时（BDT）  28
●参考文献  29
●第2章  GPS和北斗卫星导航系统简介  31
●部分目录

内容简介

本书专从电子工程和通信技术的角度详细讲解GPS和北斗双系统接收机的原理，在对GPS和北斗系统的历史演进进行介绍的同时，详细讲解了GPS和北斗接收机内部从信号跟踪与捕获，到卫星位置速度计算、观测量模型分析和定位导航解算的几乎所有信号处理理论，同时也融进了作者在该领域多年的研发经验和心得。全书在对理论知识进行详细阐述的同时，紧密结合理论知识点实现了一台GPS和北斗双系统软件接收机，给出了该软件接收机源代码，该源代码实现了本书讲解的所有理论知识点，读者可以在阅读本书理论部分的同时运行相应程序，自行对运行结果进行理解和分析，同时也可以根据自身需求对源代码进行修改，更快更好地理解GPS和北斗双系统接收机设计的理论，为进一步地深化学习打下坚实的基础。 鲁郁 著 鲁郁，河南信阳人，1997年和2000年从北京大学电子学系获得学士和硕士学位，2006年从美国加州大学Riverside分校获得博士学位，在博士学习期间开始接触GPS技术，参与了GPS软件接收机开源项目，博士毕业后在美国硅谷创业公司从事GPS芯片的研发和设计。2009年归国后，先后在中国科学院微电子研究所和展讯通信有限公司任职。鲁郁博士从2001年开始一直坚持在卫星导航领域从事技术开发和算法研究工作，参与或主持了多款卫星导航芯片和系统的设计，在卫星导航技术领域有深厚的积累，近年来主要从事GPS/北斗卫星导航技术工程化和产业化方面的工作。

《智能终端多模定位技术与应用解析》 内容简介： 本书深入剖析了当前智能终端领域中，多模定位技术的核心原理、关键技术以及实际应用。在信息爆炸、万物互联的时代背景下，精准、可靠的定位能力已成为智能终端不可或缺的核心功能，广泛应用于导航、位置服务、物联网、自动驾驶、室内外无缝对接等诸多前沿领域。本书旨在为读者提供一个系统、全面的技术视野，帮助理解和掌握多模定位技术的演进、实现机制及其未来发展趋势。 第一章 智能终端定位技术概述 本章首先回顾了定位技术的发展历程，从早期的单模卫星导航系统（如GPS）的出现，到多系统融合的必然性，再到如今融合多种定位手段的智能终端定位技术。重点阐述了智能终端定位的基本概念、关键性能指标（如精度、稳定性、可用性、功耗等）以及不同应用场景对定位技术的要求。随后，对当前主流的定位技术进行了分类和概览，包括： 卫星导航系统（GNSS）： 详细介绍GPS、GLONASS、Galileo、北斗等全球及区域导航卫星系统的基本架构、信号特点、定位原理（伪距定位、载波相位定位等）。 惯性导航系统（INS）： 阐述惯性测量单元（IMU）的组成（加速度计、陀螺仪）、工作原理及其在短时高精度定位中的作用，以及惯性导航的误差积累和融合需求。 无线局域网（WLAN）定位： 分析基于Wi-Fi信号的指纹识别、时差测量（ToF/RTT）等定位方法，探讨其在室内环境的应用优势和局限性。 蜂窝网络（Cellular）定位： 介绍基于基站三角测量、观测时间差（OTDOA）等蜂窝网络辅助定位技术，以及其在GNSS信号不可用时的作用。 蓝牙（Bluetooth）信标（Beacon）定位： 讲解低功耗蓝牙信标在室内近距离定位中的应用，以及基于信号强度（RSSI）的测距和定位方法。 地磁定位： 探讨利用地磁场的空间变化特征进行室内定位的可能性和挑战。 视觉定位（Visual Odometry/SLAM）： 介绍基于相机图像序列估计自身运动（VO）和同时进行地图构建与定位（SLAM）的技术，特别是其在复杂室内环境和AR/VR领域的应用潜力。 本章最后强调了多模融合定位的必要性，即通过整合不同定位技术的优势，弥补单一技术的不足，以实现更稳定、可靠、高精度的定位服务。 第二章 卫星导航系统（GNSS）核心技术与挑战 本章将深入探讨全球导航卫星系统（GNSS）的工作原理和关键技术。详细介绍GNSS信号的组成，包括导航电文、测距码等。重点讲解伪距测量（Pseudorange Measurement）原理，即通过接收机测量信号从卫星传播到接收机的传播时间来计算距离，并结合多颗卫星的距离信息进行三维定位。 在此基础上，本书将详细分析GNSS定位过程中面临的各种误差源，包括： 卫星轨道误差（Ephemeris Error）： 卫星星历信息的偏差。 卫星钟差（Satellite Clock Error）： 卫星原子钟的误差。 接收机钟差（Receiver Clock Error）： 接收机本地时钟的偏差。 大气层延迟（Ionospheric and Tropospheric Delay）： 信号穿过电离层和对流层时产生的折射和延迟。 多径效应（Multipath Effect）： 信号经过反射后到达接收机，与直射信号叠加产生的误差。 接收机噪声（Receiver Noise）： 接收机内部电子元件产生的随机噪声。 针对这些误差，本章将详细介绍误差抑制和改正的技术，包括： 差分GNSS（DGNSS）： 利用地面基准站的测量结果来校正用户的测量误差，包括伪距差分（PDOP）和载波相位差分（RTK）。 实时动态差分（RTK）： 讲解RTK技术如何利用载波相位观测值实现厘米级乃至毫米级的定位精度，并分析其对基站、通信链路和接收机性能的要求。 组合导航（INS/GNSS Aiding）： 讨论如何将惯性导航系统（INS）与GNSS进行紧耦合或松耦合，利用INS提供高频的姿态和速度信息，抑制GNSS的间歇性失锁，并提高整体定位的平滑度和连续性。 信号增强技术： 例如SBAS（卫星基增强系统）、GBAS（地面基增强系统）等，以及它们如何通过广播差分改正信息来提高GNSS的精度和可用性。 本章还将分析GNSS在城市峡谷、室内等信号遮挡环境下的性能下降问题，并引出下一章的融合定位技术。 第三章 室内外无缝融合定位的关键技术 本章的核心在于探讨如何将多种定位技术有机结合，实现室内外环境的无缝、连续、高精度定位。 传感器融合理论： 介绍卡尔曼滤波（Kalman Filter, KF）、扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter, EKF）、无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter, UKF）以及粒子滤波（Particle Filter）等常用的状态估计算法。详细分析这些算法如何将来自不同传感器（GNSS接收机、IMU、Wi-Fi模块、蓝牙模块等）的测量数据进行有效融合，以获得更优的定位结果。 GNSS与INS的紧耦合/松耦合： 进一步深化第二章中关于INS/GNSS组合导航的讨论，分析紧耦合（直接融合原始伪距、载波相位等测量值）与松耦合（融合单点定位结果）的优缺点，以及在不同硬件配置下的实现策略。 Wi-Fi与GNSS融合： 讲解如何利用Wi-Fi指纹库或RTT技术来弥补GNSS在室内信号缺失时的定位空白。分析Wi-Fi定位的特点（成本低、易部署）以及其与GNSS结合时的位置选择和权重分配问题。 蓝牙信标与GNSS融合： 探讨低功耗蓝牙信标在室内特定区域（如商场、机场）的高密度部署，结合GNSS实现从室外导航到室内精准定位的平滑过渡。 其他传感器融合： 简要介绍压力传感器（用于估算楼层）、气压计（用于辅助高度估计）、dometer（用于步态推算）等在室内定位中的辅助作用，以及它们如何与GNSS和Wi-Fi等融合。 切换策略与权重优化： 讨论在不同环境下，如何智能地根据各定位源的可用性和精度，动态调整融合算法中的权重，确保整体定位性能的最优化。例如，在GNSS信号良好时，赋予GNSS较高的权重；在进入室内时，则逐步切换到Wi-Fi或蓝牙主导的定位模式。 地图匹配与惯性导航辅助： 讲解如何利用预先构建的高精度地图（道路、建筑内部布局等）来约束和修正定位结果，提高定位精度和鲁棒性。同时，深入分析惯性导航在GPS信号丢失后的惯性推算（Dead Reckoning）能力，以及如何通过地图匹配来校正惯性推算累积的误差。 第四章 智能终端定位技术的软硬件实现 本章将从工程实现的视角，探讨智能终端多模定位技术所需的软硬件基础。 GNSS接收机硬件设计： 介绍GNSS接收机（如RTK模块）的关键组成部分，包括低噪声放大器（LNA）、混频器、数字信号处理器（DSP）、原子钟或晶体振荡器等。讨论不同GNSS芯片的性能特点，以及支持多频多模（L1/L2/L5, GPS/GLONASS/Galileo/BDS）的芯片对提升定位精度的重要性。 IMU硬件选型与接口： 分析加速度计（MEMS）、陀螺仪、磁力计等IMU传感器的技术指标（如零偏稳定性、角速度噪声密度等），以及它们与主处理器的接口（如SPI、I2C）。 Wi-Fi和蓝牙模块： 介绍用于定位的Wi-Fi和蓝牙模块（如BLE Beacon），及其信号强度（RSSI）、时序（AoA/AoD）测量能力。 嵌入式系统与实时操作系统（RTOS）： 讨论在嵌入式平台上实现复杂融合算法所需的计算能力，以及RTOS在保证多任务实时性、优先级调度方面的作用。 定位算法的软件实现： 详细介绍如何将卡尔曼滤波、粒子滤波等算法移植到嵌入式设备上，优化算法的计算效率和内存占用。 数据预处理与校准： 讲解传感器数据的校准（如IMU的安装误差、温度漂移校正）、滤波（如中值滤波、低通滤波）以及数据同步等预处理步骤。 功耗管理： 探讨在移动设备上实现高精度定位时，如何有效管理各个硬件模块的功耗，平衡性能与续航。包括动态调整采样率、按需唤醒传感器等策略。 定位服务接口与SDK： 介绍如何设计和实现供上层应用调用的定位服务接口（API）和软件开发工具包（SDK），方便开发者集成定位功能。 第五章 智能终端定位技术的应用与发展趋势 本章将聚焦智能终端多模定位技术的广泛应用，并展望其未来的发展方向。 导航与地图服务： 智能手机导航： 从室外地图导航到室内商场、机场、大型场馆的精准引导。 车联网（V2X）： 结合高精度GNSS、IMU和地图数据，实现辅助驾驶和自动驾驶的定位感知。 位置服务（LBS）： 精准营销： 基于用户实时位置，推送个性化优惠信息和服务。 社交应用： 位置共享、附近的人、基于地理位置的游戏等。 共享出行： 网约车、共享单车、共享充电宝的调度与管理。 物联网（IoT）： 资产追踪： 对贵重物品、物流包裹进行实时定位和管理。 人员定位： 在医院、养老院、工地等场景下，对人员进行安全监控和管理。 智慧城市： 智能交通、环境监测、公共安全等。 工业与专业应用： 室内导航与作业指引： 在工厂、仓库、矿山等复杂室内环境中，为操作人员提供精准导航和作业指导。 建筑测量与施工： 利用高精度定位技术进行工程测量和质量控制。 军事与应急响应： 战场态势感知、灾难搜救等。 新兴技术与未来趋势： 5G/6G与定位： 探讨5G/6G网络切片、基站密集化为定位精度带来的提升潜力，以及毫米波、超宽带（UWB）等技术在室内定位中的应用。 AI与定位融合： 利用深度学习等AI技术，提升传感器数据的感知、理解能力，实现更智能的定位和场景识别。 量子导航： 展望量子技术在未来定位领域的潜在突破。 增强现实（AR）与虚拟现实（VR）： 高精度、低延迟的定位技术是AR/VR沉浸式体验的关键支撑。 可信定位： 应对欺骗攻击，保障定位信息的安全性和可靠性。 低功耗与长续航： 持续优化算法和硬件，实现更持久的定位服务。 本书通过对上述各章节内容的深入阐述，期望读者能够建立起对智能终端多模定位技术全面而深刻的理解，并为相关领域的研发、设计和应用提供有益的参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我惊艳的地方在于它对软件接收机算法的深度挖掘。作者没有停留在理论层面，而是花费了大量的篇幅来讲解具体的实现技术，这一点对于想要进行实际开发的人来说，简直是福音。从信号捕获、跟踪，到导航电文的解码，再到位置解算，每一个环节都进行了细致的论述。我尤其喜欢关于信号捕获算法的章节，其中对比了各种经典算法的优缺点，并给出了作者在实际应用中的优化思路，比如如何在高动态环境下快速有效地捕获信号，如何降低硬件资源的消耗等。在导航电文解码部分，书中不仅讲解了北斗和GPS的导航电文格式，还详细阐述了如何从原始的数字信号中提取出这些信息，并进行校验和纠错。而位置解算部分，则从单点定位、差分定位，到RTK（实时动态差分），逐层递进，讲解了各种定位算法的原理、数学模型以及在不同场景下的适用性。书中还提供了不少伪代码和关键算法的实现逻辑，这大大降低了读者进行软件实现的门槛，让我觉得这本书不只是一本理论书，更是一本实操指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值不仅仅在于对理论和算法的讲解，更在于它对于“双模”这一核心概念的独特处理。作者并没有将北斗和GPS分开讲解，而是从一开始就将它们置于融合的视角下。书中详细阐述了为什么需要双模接收机，双模融合能够带来哪些优势，例如提高定位精度、增强可用性、克服单系统信号遮挡等。在实现技术层面，作者更是花了很大的力气来探讨如何有效地融合来自不同系统的测量数据。我特别关注了关于数据融合算法的部分，比如如何处理不同系统测量结果的时间延迟和误差差异，如何通过加权平均、卡尔曼滤波等方法，将来自北斗和GPS的信息有机地结合起来，最终输出更优的定位结果。书中还探讨了不同融合策略的优劣，以及如何根据实际应用场景选择最合适的融合方案。这种“融会贯通”的处理方式，让我看到了作者对于GNSS技术发展趋势的深刻洞察，也让我对未来双模接收机的发展有了更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

作为一名从事相关技术研究多年的工程师，我一直希望能有一本书能系统地梳理北斗和GPS双模软件接收机的实现技术，这本书恰恰满足了我的需求。作者在书中对接收机性能评估和测试方法进行了深入探讨，这一点常常被其他书籍所忽视。书中详细介绍了如何对接收机的灵敏度、跟踪精度、抗干扰能力等关键性能指标进行科学的评估，并且给出了相应的测试流程和数据处理方法。我尤其欣赏作者在抗干扰章节的分析，探讨了多种常见的干扰类型，如窄带干扰、宽带干扰、欺骗干扰等，并介绍了软件接收机中可以采用的抗干扰技术，如自适应滤波、信号增强等。此外，书中还对接收机的功耗优化、资源管理以及与上位系统的接口设计等方面进行了讨论，这些都是在实际工程项目中至关重要的问题。读完这本书，我感觉自己在理论知识和工程实践之间搭建了一座坚实的桥梁，对解决实际工作中遇到的问题充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格朴实而不失严谨，作者善于运用清晰的图示和逻辑化的叙述，将复杂的技术问题阐释得浅显易懂。即使是涉及一些高深的数学原理和算法细节，作者也能通过循序渐进的讲解，引导读者逐步理解。我尤其欣赏的是，书中并非照搬现有的技术规范，而是融入了作者自身在研发实践中的一些独到见解和经验总结。比如，在讨论接收机同步和时钟恢复算法时，作者不仅仅列举了传统的方法，还分享了他在实际应用中遇到的挑战以及如何通过创新性的算法来克服这些困难。书中关于北斗三号新信号和GPS L5信号的介绍也十分及时，紧跟技术发展的最前沿。总的来说，这本书给我带来的不仅仅是知识的增长，更是一种对技术探索的热情和信心。它让我看到了开源软件接收机在GNSS领域巨大的潜力和应用前景，也激发了我进一步深入研究和实践的动力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实吸引了我，深邃的蓝色背景上，一颗颗闪耀的星辰仿佛汇聚成一颗巨大的北斗七星，其中一颗星又巧妙地融入了GPS的标志性卫星轨迹，这种视觉上的融合，一下子就点明了本书的主题——北斗与GPS的双模融合。我翻开第一页，就被作者严谨的学术风格和清晰的逻辑结构所折服。从GNSS（全球导航卫星系统）的基本原理讲起，比如卫星轨道、信号结构、伪距测量等，这些基础知识的铺垫非常扎实，让即使是初次接触GNSS领域的读者也能快速入门。接着，作者深入浅出地剖析了北斗和GPS各自的系统特点、信号体制以及接收机硬件架构，让我对这两种导航系统有了更全面、更深入的认识。特别是在接收机硬件部分，详细介绍了天线、低噪声放大器、混频器、ADC等关键组件的设计和选型，并结合实际案例进行了分析，这对于我这样对硬件实现感兴趣的读者来说，无疑是宝贵的参考。书中还穿葺了大量图表和公式，既增加了内容的专业性，又方便了理解。读完硬件部分，我感觉自己仿佛已经走进了接收机的“内部”，对其工作流程有了清晰的脉络。