本書是目前首部介紹弱信號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)接收機算法設(shè)計的專著，共介紹了15種適合不同條件的弱信號GNSS接收機算法，涉及接收機的主要功能：信號捕獲、精細捕獲、位同步、數(shù)據(jù)檢測、碼和載波跟蹤以及導(dǎo)航信息的解析等。書中主要討論了兩種弱信號捕獲算法、基于維特比算法的精細捕獲算法、基于擴展卡爾曼濾波理論的碼和載波跟蹤算法，還討論了在多普勒頻移和各種動態(tài)、突變條件下，導(dǎo)航衛(wèi)星信號的捕獲和跟蹤等問題，并給出了每種算法的仿真結(jié)論。
本書的讀者對象是從事擴頻通信、弱信號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機算法研究和設(shè)計的人員，信息與通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)研究生和高年級本科生。
本書共分為六章。第1章介紹GNSS，全球定位系統(tǒng)(GPs)信號結(jié)構(gòu)，不同捕獲和跟蹤技術(shù)，新的GPS信號和伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)的概述，一些弱信號應(yīng)用的摘要，以及將應(yīng)用于本書所介紹的算法中的一些技術(shù)概念。第2章介紹關(guān)于碼長的多普勒頻移效應(yīng)的詳細推導(dǎo)，同時提供了接收的和本地產(chǎn)生的信號模型。利用這些信號模型推導(dǎo)用于各種級別GPs接收機信號處理的模型。另外介紹時鐘噪聲模型。第3章介紹所開發(fā)的弱信號捕獲算法，該算法也適合于存在強干擾信號的弱信號捕獲和高動態(tài)捕獲等問題。還討論了虛警概率和檢測概率的分析和推導(dǎo)，介紹門限的計算。第4章介紹精細捕獲和位同步以及數(shù)據(jù)檢測算法，這些算法都基于維特比(Viterbi)算法(VA)和擴展卡爾曼濾波(EKF)。同時介紹在高多普勒速率誤差情況中的精細捕獲。第5章介紹碼跟蹤和載波跟蹤算法，這些算法是基于EKF方法的；介紹幾種EKF的設(shè)計方案，包括一階EKF、二階EKF和平方根EKF；介紹一些增加失鎖時間的方法。另外介紹了導(dǎo)航信息解析算法，該算法利用導(dǎo)航信息的結(jié)構(gòu)對高誤碼率(BER)的信號進行譯碼。第6章介紹諸算法及其性能的總結(jié)，同時分析和比較所開發(fā)的算法和一些傳統(tǒng)輔助的(或未輔助)的捕獲及跟蹤算法。
Nesreen I.Ziedan在2004年12月在美國Purdue大學(xué)電子與計算機工程系獲得博士學(xué)位；2000年3月在埃及Mansoura大學(xué)控制與計算機工程系獲得碩士學(xué)位；1998年9月獲埃及信息技術(shù)協(xié)會頒發(fā)的計算機網(wǎng)絡(luò)榮譽證書；l997年7月以及時名的成績在埃及Zagazig大學(xué)電子工程系獲得學(xué)士學(xué)位。
第1章 GNSS原理概述及弱信號處理技術(shù)
1.1 引言
1.2 GPS系統(tǒng)的組成
1.2.1 空間段
1.2.2 控制段
1.2.3 用戶段
1.3 用戶定位、速度及時間測量的原理
1.4 GPS信號結(jié)構(gòu)
1.5 GPS導(dǎo)航信息結(jié)構(gòu)
1.6 預(yù)相關(guān)信號處理
1.6.1 頻率下變頻
1.6.2 采樣及量化
1.7 捕獲技術(shù)的回顧
1.8 位同步及數(shù)據(jù)估計技術(shù)的回顧
1.9 衛(wèi)星信號跟蹤的回顧
1.9.1 傳統(tǒng)GPS跟蹤環(huán)
1.9.2 衛(wèi)星信號跟蹤技術(shù)
1.10 導(dǎo)航信息的譯碼
1.11 現(xiàn)代化的GPs及Galileo全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)
1.11.1 現(xiàn)代化的GPS
1.11.2 Galile0歐洲衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)
1.12 弱信號應(yīng)用
1.12.1 無線和室內(nèi)的定位
1.12.2 靜止和高地球軌道衛(wèi)星的軌道確定
1.13 一些技術(shù)概念的回顧
1.13.1 維特比算法
1.13.2 估計技術(shù)
1.13.3 卡爾曼濾波
1.14 利用弱信號GNSS定位
1.14.1 弱信號定位問題
1.14.2 本書所開發(fā)的算法的評述
參考文獻
第2章 信號模型
2.1 引言
2.2 接收信號
2.3 碼速率的多普勒效應(yīng)
2.4 本地信號
2.5 捕獲的信號模型
2.6 精細捕獲的信號模型
2.7 跟蹤的信號模型
2.8 時鐘噪聲
參考文獻
第3章 信號捕獲
3.1 引言
……
第4章 精細捕獲和位同步及數(shù)據(jù)檢測
第5章 碼和載波跟蹤及導(dǎo)航信息解析
第6章 摘要和總結(jié)
縮略語
符號表
索引
作者簡介
第1章 GNSS原理概述及弱信號處理技術(shù)
1.2 GPS系統(tǒng)的組成
1.2.1 空間段
GPS的星座由分布在與赤道傾角為55°的6個軌道平面上的24顆基本衛(wèi)星所組成。每一個軌道上有4顆基本衛(wèi)星及1顆備用衛(wèi)星。衛(wèi)星星座周期為12h恒星時(11h58min)。每顆衛(wèi)星由一個字母和數(shù)字編號來識別；衛(wèi)星軌道平面分配相應(yīng)的字母(A～F)，在每個軌道平面中的衛(wèi)星分配相應(yīng)的數(shù)字(1～5)。
確定三維位置空間至少需要4顆可視衛(wèi)星。然而，如果知道當(dāng)?shù)匚恢玫暮０胃叨龋敲矗_定兩維位置至少需要3顆可視衛(wèi)星就可以實現(xiàn)了。24顆基本衛(wèi)星覆蓋整個地球，以便在地球上的任何時間、任何地點均能看見至少4顆衛(wèi)星?？墒?，最多可以有12顆可視衛(wèi)星。
1978年-1985年，已經(jīng)發(fā)射了及時批實驗?zāi)Ｐ托l(wèi)星，識別號為BlockⅠ。隨后，已經(jīng)完成了幾顆新的實驗衛(wèi)星發(fā)射，識別號為BlockⅡ、Block IIA和Block IIR。將發(fā)射具有更加現(xiàn)代化的GPS信號結(jié)構(gòu)的2顆新衛(wèi)星；其識別號為Block IIR—M、Block IIF。
1.2.2 控制段
控制段主要由3部分組成：主控站、監(jiān)視站以及地面天線上行注入站。每個監(jiān)視站有多個GPS接收機，并帶有銫鐘，它們可以連續(xù)跟蹤GPS可視衛(wèi)星。從每個監(jiān)視站測量的時間標(biāo)簽，傳輸?shù)街骺卣?。主控站處理接收到的測量值來估計出導(dǎo)航數(shù)據(jù)參數(shù)，例如，每顆衛(wèi)星的軌道、時鐘誤差以及它們的狀態(tài)。于是，主控站計算并更新每一顆衛(wèi)星的導(dǎo)航信息，傳輸該信息到地面天線站，它注入該導(dǎo)航信息到GPS衛(wèi)星上。這樣，每顆衛(wèi)星信號又發(fā)射廣播導(dǎo)航信息，并通過GPS接收機依次接收這些信號。監(jiān)視站和地面天線上行注入站均受主控站的遙控操作。
1.2.3 用戶段
用戶段定義為GPS接收機設(shè)備。GPS定位有許多新的應(yīng)用，例如，無線裝置的定位，汽車導(dǎo)航，地震監(jiān)測，靜止衛(wèi)星及高軌道衛(wèi)星的軌道測定，電離層閃爍的跟蹤。在某些應(yīng)用環(huán)境中，需要GPS天線能夠接收非常微弱的信號。這些新的應(yīng)用將激發(fā)GPS接收機改進其性能。存在著不同性能和功能各異的硬件和軟件接收機，它們可適合于不同的應(yīng)用需求。
通常，GPS接收機的主要功能包括：射頻信號的下變頻器及其采樣，可視GPS衛(wèi)星的搜索和捕獲，碼跟蹤及載波跟蹤，導(dǎo)航信息解析，導(dǎo)航解的計算。
……
