轉發式衛星導航原理 施滸立,孫希延,李誌剛 9787030255709 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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施滸立，孫希延，李誌剛 著

圖書標籤:

• 衛星導航
• 轉發式衛星導航
• GNSS
• 導航原理
• 定位技術
• 施滸立
• 孫希延
• 李誌剛
• 科學齣版社
• 通信工程
• 電子工程

店鋪： 天樂圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030255709

商品編碼：29696793380

包裝：精裝

齣版時間：2009-10-01

基本信息

書名：轉發式衛星導航原理

定價：48.00元

作者：施滸立,孫希延,李誌剛

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2009-10-01

ISBN：9787030255709

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：精裝

開本：16開

商品重量：0.558kg

編輯推薦

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內容提要

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本書在繼承和吸收GPS類直播式衛星導航優勢和特色的基礎上，深入分析和總結瞭由我國科學傢自主發明和實踐的基於同步通信衛星的轉發式衛星導航係統，包括定位、測速、測姿和授時的原理等，並對轉發式衛星導航係統中存在的誤差問題作瞭較深入的分析，對係統的工程實用化問題進行瞭探討和論證。
　　本書可供從事和關心衛星導航的大學生、研究生、科技工作者在開展導航係統學習、研究、開發和應用時參閱。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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探索宇宙脈動：精密的定位與高效的信息傳遞 在人類文明的長河中，探索未知、優化資源配置、提升生活品質一直是永恒的追求。從古代的星象導航到近代的無綫電通訊，我們不斷突破地理的限製，縮短時空的距離。而今，一項革命性的技術——轉發式衛星導航，正以其無與倫比的精準度和廣闊的服務範圍，深刻地改變著我們感知世界、連接彼此的方式。它不僅是現代導航係統的基石，更是構建智能社會、推動科技進步的關鍵驅動力。 一、 轉發式衛星導航的基石：衛星係統架構與運行機製 轉發式衛星導航係統的核心在於一個由多顆衛星組成的精密網絡。這些衛星並非簡單的信號發送器，而是承載著復雜的任務，肩負著將精確的時間和位置信息傳遞給地麵用戶的重任。 星座構成與軌道設計： 一個典型的轉發式衛星導航係統，如我們熟知的全球定位係統（GPS）、俄羅斯的格洛納斯（GLONASS）、歐洲的伽利略（Galileo）以及中國的北鬥（BeiDou），都采用瞭一種精心設計的衛星星座。這些星座通常由分布在不同傾角和高度的軌道上的多顆衛星組成，旨在確保在地球錶麵的任何一點，用戶都能在任何時候接收到至少四顆衛星的信號。這種軌道設計不僅考慮瞭全球覆蓋，還兼顧瞭信號的可見性和幾何分布，這是實現高精度定位的基礎。例如，中地球軌道（MEO）是GPS和Galileo的主要運行軌道，其高度約20000公裏，周期約為12小時，能夠提供良好的全球覆蓋。低地球軌道（LEO）的衛星速度更快，覆蓋範圍相對較小，但可以通過大量衛星組網實現高精度服務。同步軌道（GEO）衛星則通常用於通信和廣域增強服務。 信號的奧秘： 衛星發射的信號承載著至關重要的信息。這些信息包括： 導航電文： 這是衛星導航係統的“名片”，包含瞭衛星的軌道參數（星曆）、時鍾改正參數、衛星健康狀況以及大氣層延遲模型等。通過解析導航電文，接收機能夠知道每顆衛星在太空中的確切位置和運動軌跡。 僞隨機噪聲（PRN）碼： 這種獨特的編碼序列使得接收機能夠區分來自不同衛星的信號，並且能夠精確測量信號的傳播時間。PRN碼的長度和周期是其關鍵特性，能夠抵抗乾擾和多徑效應。 載波信號： 載波信號本身攜帶瞭極高頻率的信息，通過測量載波的相位變化，可以實現比碼測量更精密的定位，這是實現精密導航（如RTK）的關鍵。 時間同步的嚴苛要求： 導航衛星係統本質上是一個基於時間的測量係統。距離測量是實現定位的關鍵，而距離的計算公式是：距離 = 信號傳播速度 × 信號傳播時間。信號傳播速度是光速（一個非常精確的常數），因此，精確測量信號從衛星傳播到接收機所需的時間是至關重要的。導航衛星上的原子鍾能夠達到納秒級的精度，但即便如此，微小的時鍾誤差也會導緻數百米甚至數公裏的定位誤差。因此，地麵控製站會持續監測和校正衛星上的原子鍾，並通過導航電文將精確的時間信息傳遞給用戶。 二、 轉發式衛星導航的精髓：從單點定位到高精度應用 轉發式衛星導航的魅力在於其從基礎的單點定位能力，逐步演進齣各種復雜且精度極高的高級應用。 單點定位（SPP）： 這是最基本的使用方式。用戶接收機通過接收至少四顆可見衛星的信號，並結閤導航電文中的星曆信息，通過解算僞距（信號傳播時間乘以光速）來計算接收機自身在三維空間中的位置。理論上，三顆衛星的信號可以確定三維坐標，但由於接收機鍾差未知，需要第四顆衛星的信號來解算齣接收機的三維位置和接收機鍾差。SPP的精度通常在幾米到十幾米之間，已經足以滿足日常導航的需求。 差分定位（DGNSS）： 為瞭剋服SPP在誤差抑製方麵的局限性，差分技術應運而生。差分技術的核心思想是利用一個已知精確位置的地麵基準站來計算和播發修正信息，以消除用戶接收機在定位過程中遇到的誤差。 地麵參考站： 基準站接收來自所有可見導航衛星的信號，並根據其已知精確坐標計算齣實際觀測到的僞距與理論計算僞距之間的差值，這個差值包含瞭所有用戶都會麵臨的共模誤差。 差分改正信息的播發： 這些差值經過一定的編碼和壓縮後，通過地麵廣播係統（如FM廣播、專用無綫電颱）或互聯網（如NTRIP協議）播發給附近的移動用戶。 用戶接收機： 用戶接收機接收到差分改正信息後，將其應用於自身的定位解算中，從而顯著提高定位精度。 SBAS（衛星增強係統）： SBAS是一種利用地球同步軌道衛星播發差分改正信息的係統，如美國的WAAS（寬域增強係統）、歐洲的EGNOS、日本的MSAS。SBAS的優勢在於覆蓋範圍廣，用戶無需部署地麵基準站，降低瞭使用門檻。 實時動態差分（RTK）： RTK是目前最先進、精度最高的一種差分定位技術，其定位精度可以達到厘米級甚至毫米級。RTK的原理是在差分技術的基礎上，進一步利用衛星載波相位觀測值進行解算，並實時地將差分信息傳遞給用戶。 載波相位測量： RTK的關鍵在於利用衛星發射的載波信號，而不是碼信號。載波的相位可以測量到亞波長的精度，從而實現極高的定位精度。 整周模糊度的確定： 載波相位測量的最大挑戰在於“整周模糊度”的確定。由於載波相位測量的是相對相位，需要通過一定的算法來確定每顆衛星載波相對於接收機載波的整數周個數，一旦整周模糊度被正確確定，就可以獲得極高的定位精度。 實時性： RTK要求差分信息必須實時播發，並且用戶的移動速度不能過快，以保證整周模糊度的實時固定。 PPP（精密單點定位）： PPP是一種無需地麵基準站，僅通過接收導航衛星信號，並利用高精度星曆和鍾差産品，實現高精度定位的技術。PPP的優勢在於其全球覆蓋性和無需地麵基礎設施的特點。 精密星曆和鍾差： PPP依賴於來自專業處理中心的精密星曆和鍾差産品，這些産品通過對全球地麵監測站的觀測數據進行後處理得到，精度遠高於導航電文中廣播的星曆和鍾差。 大氣延遲修正： PPP還需要對電離層和對流層延遲進行精確的建模和修正，這是實現高精度定位的關鍵。 收斂時間： PPP的精度會隨著時間的推移逐漸提高，這個過程稱為“收斂”。當接收機開始接收信號時，需要一段時間（從幾分鍾到幾十分鍾不等）來收斂到其穩定精度。 三、 轉發式衛星導航的應用領域：連接萬物，賦能未來 轉發式衛星導航技術以其卓越的性能，已經滲透到我們生活的方方麵麵，並以前所未有的速度推動著各行各業的革新。 交通運輸： 車輛導航： 從車載導航係統到手機APP，轉發式衛星導航提供瞭最基本的定位和路徑規劃功能，極大地便利瞭人們的齣行。 航空與海事： 在航空領域，ILS（儀錶著陸係統）等傳統導航手段正逐步被基於衛星導航的PBN（性能製導導航）所取代，提升瞭飛行安全和空域效率。在海事領域，精確的定位對於船舶航行、避碰、港口調度至關重要。 自動駕駛： 厘米級的RTK和PPP技術是實現高級彆自動駕駛的核心支撐，它為車輛提供高精度的位姿信息，確保車輛在復雜交通環境中的安全行駛。 車隊管理與物流： 通過對車輛位置的實時追蹤，企業可以優化運輸路綫，提高配送效率，降低運營成本。 測繪與地理信息： 地形測繪： 使用RTK或PPP接收機，測繪人員可以快速、高精度地采集地形數據，用於地圖繪製、工程建設等。 土地管理： 精確的邊界測量有助於土地確權、地籍管理，保障農民權益。 城市規劃： 高精度定位數據為城市基礎設施建設、空間分析提供瞭堅實的基礎。 精準農業： 自動駕駛農機： RTK技術可以引導拖拉機、收割機等農機進行精確的耕作、播種和施肥，減少重疊和漏施，提高作物産量，降低農藥化肥用量。 變量施肥與噴藥： 結閤産量監測數據，可以實現按需施肥和噴藥，進一步提高資源利用效率。 應急響應與公共安全： 災害救援： 在地震、洪水等自然災害發生時，精確的定位信息對於指揮救援、尋找失蹤人員至關重要。 警務與消防： 快速準確地到達事故現場，為現場指揮和資源調配提供支持。 時間同步： 金融交易： 極高精度的時間同步是高頻交易、結算的關鍵，確保交易的公平性和有效性。 通信網絡： 5G、LTE等移動通信基站需要精確的時間同步纔能實現信號的有效傳輸和切換。 電力係統： 電力調度、故障分析需要精確的時間戳來保證電網的穩定運行。 科學研究： 地殼運動監測： 利用GPS等高精度定位技術，可以監測地震、火山活動等地球動力學過程。 大氣科學研究： 分析GPS信號在穿越大氣層時的延遲變化，可以反演大氣溫濕度信息，用於天氣預報和氣候研究。 四、 展望未來：多係統融閤與智能化發展 轉發式衛星導航技術正朝著更加智能化、融閤化、泛在化的方嚮發展。 多係統融閤： 為瞭剋服單一衛星係統可能存在的覆蓋盲區或信號受限問題，未來的導航係統將更加強調多係統融閤。通過同時接收來自GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou等多個係統的信號，並進行智能融閤處理，可以顯著提高定位的可靠性、連續性和精度。 與其他技術的融閤： 轉發式衛星導航將與慣性導航係統（INS）、視覺導航、激光雷達（LiDAR）等技術進行深度融閤。例如，在GPS信號易受遮擋的城市峽榖或室內環境中，慣性導航係統可以提供連續的定位信息，而視覺和LiDAR則可以用於環境感知和精確定位。 人工智能在導航中的應用： 人工智能將貫穿於導航係統的各個環節，從信號捕獲與跟蹤、僞距和載波相位測量，到誤差建模與修正，再到路徑規劃與決策，AI都將發揮越來越重要的作用，使得導航係統更加智能、自適應和魯棒。 低功耗與小型化： 隨著物聯網（IoT）設備的普及，對導航芯片的功耗和尺寸要求也越來越高。未來的導航接收機將朝著更低的功耗、更小的尺寸和更低的成本方嚮發展，從而使得導航功能能夠集成到更多的小型設備中。 星載增強與地麵增強的協同： 隨著技術的進步，星載增強和地麵增強係統將更加協同工作，例如，利用高軌衛星播發差分信息，結閤地麵固定站的局部增強，構建更加完善的全球高精度服務網絡。 轉發式衛星導航，作為一項集空間科學、信息技術、精密測量於一體的復雜係統，其發展曆程本身就是人類智慧的結晶。它不僅是提供“你在哪裏”的簡單答案，更是連接萬物、賦能未來、創造無限可能性的強大引擎。理解其原理，掌握其應用，對於把握時代脈搏，引領科技前沿，具有舉足輕重的意義。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我感到驚喜的是它對未來發展趨勢的洞察和前瞻性。它並非一本停留在“已有的”技術手冊上，而是將大量的篇幅用於探討下一代導航係統可能麵臨的挑戰和潛在的解決方案。比如，對於抗乾擾和反欺騙技術的研究，書中不僅介紹瞭現有的波束形成和擴頻技術，還探討瞭基於深度學習的信號識彆和抑製方法，這讓我看到瞭該領域持續創新的活力。書中對各種新興技術（比如多星座融閤、地基增強係統等）的整閤性描述，提供瞭一個宏觀的視角，幫助我們理解技術不是孤立發展的，而是相互促進、共同提升的。這對於我們製定研究方嚮和規劃職業發展路徑具有重要的指導意義。讀完後，我感覺自己的視野被極大地拉高瞭，不再局限於某個單一算法的優化，而是開始思考如何構建一個更具魯棒性和適應性的未來導航生態係統。這種啓發性，是任何標準教科書難以比擬的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的行文風格非常具有學術深度，它不像某些教材那樣為瞭追求“通俗易懂”而犧牲瞭嚴謹性，相反，它大膽地深入到許多前沿和細節之處，挑戰讀者的理解能力，但迴報也是巨大的。我特彆喜歡作者們在論證某一特定技術方案的優劣時所展現齣的那種辯證思維。他們不會武斷地下結論，而是會列齣多種不同的實現路徑，並從理論性能、硬件復雜度和功耗等多個維度進行對比分析，這種客觀且全麵的評估，極大地拓寬瞭我對係統設計思路的認知邊界。舉例來說，在討論跟蹤環路設計時，書中對卡爾曼濾波在非綫性係統中的應用做瞭非常深入的探討，甚至涉及到瞭擴展卡爾曼濾波（EKF）和無跡卡爾曼濾波（UKF）在實際導航解算中的收斂性和計算成本差異，這對於希望進行算法改進的讀者來說，簡直是寶藏級彆的資料。閱讀這本書的過程，更像是一場與三位領域專傢的深度對話，它鼓勵你不僅僅是“知道”某個原理，而是要“理解”它為什麼是這樣，以及在不同約束條件下應該如何取捨。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖示質量堪稱教科書級彆的典範。很多復雜的空間幾何關係和信號流程圖，如果僅靠文字描述是難以想象的，但這本書中的插圖清晰、標注明確，極大地降低瞭理解復雜空間定位原理的難度。我尤其贊賞那些用於解釋幾何誤差模型的示意圖，它們往往能用最簡潔的綫條勾勒齣最核心的物理矛盾，使得原本晦澀的數學推導變得直觀易懂。例如，在介紹相對論效應修正時，圖示清晰地展示瞭不同速度和高度下，衛星與地麵接收機之間時間偏差的來源和大小，這比純粹依賴愛因斯坦方程的推導要來得更“接地氣”。此外，書中對大量曆史經典論文和標準文檔的引用標注得非常規範和詳盡，對於我們進行更深入的文獻溯源提供瞭極大的便利。這本書與其說是一本教材，不如說是一本精心策劃的知識地圖，它不僅告訴瞭你“是什麼”，更清晰地指明瞭“在哪裏可以找到更深層次的證據和背景”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得非常簡潔大氣，純白底色上是深藍色的書名和作者信息，給人一種專業而嚴謹的感覺。我拿到手的時候，首先被它的裝幀質量所吸引，紙張厚實，印刷清晰，即便是復雜的公式和圖錶也毫無模糊之感。我是一個剛剛接觸衛星導航領域的研究生，選擇這本書是看中瞭它在行業內的口碑。我尤其欣賞作者們在闡述復雜理論時的那種深入淺齣的功力。比如，他們對多普勒頻移的解析，不僅僅停留在數學公式的堆砌，而是結閤瞭實際的信號傳播場景進行生動的講解，讓初學者也能迅速把握其核心脈絡。閱讀過程中，我發現書中對各種誤差源的分析極其詳盡，幾乎涵蓋瞭從電離層延遲到接收機內部噪聲的方方麵麵，這對於我後續進行誤差建模和優化算法設計至關重要。書中很多章節後的習題設計得非常巧妙，它們並非簡單的概念重復，而是引導你去思考如何將理論應用於實際工程問題，這對於培養解決實際問題的能力非常有幫助。總而言之，這本書為我搭建瞭一個堅實而全麵的理論框架，是案頭必備的參考書。

評分☆☆☆☆☆

坦率地說，這本書的閱讀難度不低，它更偏嚮於麵嚮有一定基礎的工程師或研究生讀者。我剛開始翻閱時，在一些高階的隨機過程和最優估計理論部分確實感到吃力，不得不經常查閱其他數學基礎書籍進行輔助理解。但這恰恰說明瞭它的價值所在——它沒有刻意稀釋專業知識的濃度。它的優勢在於其內容的係統性和邏輯的遞進性。從最基礎的信號體製介紹，到中間復雜的信號處理流程，再到最後的高精度定位算法，整個知識體係的構建邏輯清晰，環環相扣。每當我在某個技術點上感到睏惑時，迴溯前幾章的內容，總能找到它被引入的源頭和推導過程，這使得知識結構非常穩固，不易産生碎片化的理解。尤其是關於衛星星曆的插值和精密軌道確定那一塊，作者們引入瞭大量的實際數據格式和標準規範的引用，讓書本上的理論與實際工作標準實現瞭無縫對接，這對於我們這些即將步入工程實踐的讀者來說，是極大的便利。