GPS接收机硬件实现方法=FUNDAMENTALS OF GPS RECEIVERS：A HARDWARE APPROACH2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

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第1部分2

第1章 利用同步时钟进行距离测量的基本概念2

1.1距离测量的基本过程2

1.2关于使用的模型和ICD-200资料的讨论2

1.3通过测量到达时间实现定位2

1.4时钟同步的实际过程3

1.5神奇的双筒望远镜4

1.6利用简单的光脉冲发射机和接收机来测量距离5

1.7简单的光脉冲发射机/接收机系统的问题6

1.8一种新的时钟模型6

1.9一种线型的“时间传送”模型8

1.10时钟同步9

1.11接收机的时钟与A点、B点处的时钟不同步的线型时间传递模型10

1.12主时钟12

1.13时钟的秒计数表盘（改进的TOW）13

1.14给照片加时间标签14

1.15接收机的时间延迟问题15

1.16拓展到3D空间内进行定位16

1.17总结16

第2章 全球定位系统介绍17

2.1卫星系统17

2.2恰好经过用户头顶上方的GPS卫星轨道的物理参数18

2.3 GPS卫星时钟系统模型19

2.4在用户位置已知的情况下，用一个颗卫星来计算Tbias19

2.5使用主时钟与延迟项T atm的GPS时间接收机20

2.6用四颗卫星求解用户的位置22

2.7伪距24

2.8 GPS接收机的一种简化模型24

2.9接收机的参考振动器26

2.10卫星位置信息26

2.11总结27

第3章GPS信号结构及应用28

3.1 GPS卫星信号发射器模型28

3.1.1 50Hz数据的时间嵌入30

3.1.2 BPSK调制载波30

3.1.3复位线31

3.2虚拟时间对准31

3.3 GPS接收机中的C/A码32

3.4隐藏信号32

3.4.1数据隐藏和数据调制后载波的频谱33

3.5地表用户接收到的信号功率34

3.6 P码接收机34

3.7 GPS数据结构概述35

3.8多普勒问题37

3.9总结38

第4章 卫星位置的求解39

4.1卫星的位置39

4.2坐标系39

4.3多时钟、一个主时钟和一个时间单位39

4.3.1卫星时钟修正项40

4.3.2星历的时间参考变量t oe和t k41

4.3.3星历参考时间t oe41

4.3.4时间差tk42

4.3.5对任何给定的发送时间计算tk43

4.3.6关于toe和tk时间量度的讨论43

4.4 GPS卫星轨道描述44

4.4.1解算卫星速度和位置的方程44

4.4.2二级和三级修正项44

4.4.3关于星历数据和求解卫星位置的几点讨论47

4.4.4其他卫星轨道信息和历书数据50

4.5数据项的年限和发布问题50

4.6 t oe卫星时钟参考时间50

4.7总结51

第5章 用户位置解算52

5.1迭代与直接解算52

5.2线性近似52

5.3四颗卫星的伪距方程组53

5.4解算参考伪距53

5.5求解每颗卫星的伪距估值53

5.6列写线性方程组54

5.7估算ΔPR i54

5.8矩阵形式的解算55

5.9流程图、C代码程序、假设初始位置/用户时钟偏差55

5.10解算测试56

5.11几何因子58

5.12将地心地固直角坐标系下的用户坐标转换为经纬高坐标系59

5.13非球面地球的修正59

5.14总结60

第2部分62

第6章GPS接收机硬件基础62

6.1模拟与数字GPS接收机对比62

6.2 GPS接收机硬件的五个基本步骤62

6.2.1接收射频和转换到一个较低的中频63

6.2.2信号捕获63

6.2.3数据解调和数据时钟恢复63

6.2.4正确设置ls表盘和秒计数表盘63

6.2.5发射时间（T sent）与接收时间（T rec）测量63

6.3单通道接收机通用信号处理模块框图64

6.3.1天线64

6.3.2前置放大器64

6.3.3带通滤波和第二中频混频器65

6.4第二级中频处理概述65

6.4.1多普勒扫描/跟踪子系统65

6.4.2第二级混频器，第二级本地振荡器和多普勒扫描/跟踪66

6.4.3相关器和C/A扫描/跟踪子系统66

6.5信号捕获67

6.5.1 C/A码时钟多普勒频移67

6.5.2码搜索与多普勒频移锁定需要的时间67

6.5.3利用先验信息缩短时间67

6.5.4信号捕获时间的估计68

6.6数据解调器68

6.7卫星副本时钟框图68

6.8数据时钟恢复问题（20ms表盘副本时钟）69

6.8.1数据时钟相位恢复（设置20ms表盘）70

6.8.2噪声对50Hz数据抖动的影响71

6.9恢复ls表盘的正确相位71

6.10接收卫星时钟的秒计数表盘71

6.11生成SNAP-SHOT信号（接收机基准时钟）72

6.12在SNAP-SHOT瞬时记录卫星副本时钟73

6.13数据记录方法73

6.14数据处理74

6.15缺省AGC74

6.16总结74

第7章GPS接收机的功能实现75

7.1射频（RF）转换为第一中频（IF）75

7.1.1天线和前置放大器75

7.1.2 1575MHz带通滤波器75

7.1.3一级混频器、46MHz中频和滤波器、中频信号功率分配器76

7.2二次变频至10.7MHz中频78

7.2.1混频器和压控晶振去除多普勒频移78

7.2.2 10.7MHz带通滤波器和放大器79

7.2.3使用晶体滤波器的10.7MHz相关器79

7.3使用SA615处理10.7MHz中频信号81

7.3.1 SA615中频处理器81

7.3.2用RSSI功能进行相关检测和解调抖动调幅信号81

7.3.3 50HZBPSK数据正交检测81

7.3.4将10.7MHz中频信号限制到频率计数器82

7.4多普勒扫描跟踪子系统82

7.4.1频率计数器频率鉴别器83

7.4.2中心频率控制83

7.4.3数字多普勒环路滤波器83

7.4.4电平检测及扫描/跟踪83

7.5码跟踪84

7.5.1τ抖动码锁定84

7.5.2码误差的异或检测84

7.5.3有源带通滤波器恢复τ抖动调幅信号84

7.5.4码误差符号位的抖动滤波86

7.5.5码时钟调制器87

7.5.6 C/A码发生器、卫星副本时钟、相位状态计数器和锁定器88

7.5.7一个C/A码发生器ω/τ抖动的实例89

7.6信号捕获过程91

7.6.1信号搜索、搜索速率和交替方法91

7.6.2检测码或多普勒锁定情况以转换为跟踪模式92

7.7数据解调92

7.7.1数据解调框图及操作92

7.7.2 50Hz数据重置的20分频器模块93

7.8总结94

第3部分96

第8章 接收GPS时间和频率96

8.1时间和频率GPS接收机的速率和相位误差96

8.1.1 GPS接收机时钟速率和相位测量的仪表模型96

8.1.2报告速率和相位的精度和范围98

8.1.3修正和未修正的接收机时钟98

8.1.4典型接收机参考时钟系统和速率误差传播99

8.2估计接收机时钟速率和相位误差的限制100

8.2.1估计由于用户位置未知引起的预测多普勒误差100

8.2.2可检测的L1载波相位速率限制和时钟速率误差精度101

8.2.3接收机参考时钟质量及速率误差限制102

8.2.4测量载波速率、多普勒、接收机时钟速率误差102

8.2.5估计接收机时钟速率误差103

8.2.6 C/A码相位测量对L1时间转换（时钟模式）精度的限制104

8.3 GPS时间的初始估计104

8.3.1卫星到用户的信号延时105

8.3.2估计路径延时105

8.4验证接收机报告时钟速率和相位误差的真实性107

8.5采用基于DDS的接收机时钟介绍精确的速率和相位误差109

8.6 GPS自律振荡器110

8.7基于10MHz时钟的速率修正DDS 5/10MHz基准112

8.8 GPS时间转换中的接收机延时116

8.9天线相位中心118

8.10总结119

第9章 卓联12通道GPS接收机120

9.1卓联GP2015射频下变频器120

9.1.1转换到4.039MHz中频信号的三个步骤120

9.1.2数字采样生成1.405MHz的中频信号121

9.1.3 GP2015/2021的时钟信号和复杂模型122

9.1.4起始时间（TIC）信号122

9.2卓联GP2021的12通道基带处理器122

9.2.1单通道框图123

9.2.2去除多普勒频移123

9.2.3 C/A码滑动相关器124

9.2.4 C/A码时钟发生器125

9.2.5即时（PROMPT）通道、超前、滞后和抖动码125

9.2.6 C/A码扫描和旋转125

9.2.7码相位计数器和码时钟相位126

9.3 16位累加器127

9.3.1 16位累加器是如何工作的？127

9.3.2清零（DUMP）信号127

9.3.3积分数字累加器127

9.3.4将数字累加器近似为模拟低通滤波器128

9.4一个多普勒环的模拟模型129

9.4.1假设压控振荡器的相位和频率是完全正确的129

9.4.2基带带宽可调以便于跟踪130

9.4.3多普勒，码扫描和阈值检测130

9.4.4多普勒捕获和跟踪130

9.5未锁定的输出波形近似的模拟模型131

9.5.1第一种情况，压控振荡器的频率误差为90Hz131

9.5.2第二种情况，压控振荡器的频率误差为10Hz131

9.5.3第三种情况，压控振荡器频率误差是0，有很小的相位残差133

9.5.4利用I路和Q路数据实现码锁定133

9.6从I路和Q路中获得鉴频器的信息133

9.7在GP2021中循环计数135

9.8总结135

第10章 载波相位测量和Turbo Rogue接收机136

10.1载波相位距离测量的机械时钟模型136

10.1.1差分时钟表盘上观测到的纯多普勒频移和静态相位偏移136

10.1.2差分时钟随多普勒频移改变符号而改变运转方向136

10.1.3整周计数，部分周期以及符号问题137

10.1.4使用整周和小数周差分表盘测量距离，积分多普勒138

10.1.5整周计数器的初始值138

10.1.6实现过程中的问题138

10.1.7周跳139

10.2 L1载波环路处理139

10.2.1 L1载波跟踪环的模拟基带模型140

10.2.2开环状态，输入信号是常值，环路滤波器输入为零140

10.2.3开环状态，t 1时刻输入信号频率以斜坡形式增加141

10.2.4 φ δ是对卫星相对接收机（LOS方向）的加速度的估计141

10.2.5环路滤波器对加速度和速度的加权求和141

10.2.6全数字基带载波环路141

10.2.7典型环路更新关系142

10.2.8Σ φδk的初始值142

10.2.9累加载波相位的斜率可能倒转（即倒转曲线）143

10.2.10累积相位最典型的是总相位143

10.2.11提取已测的相位信息减去标称中频频率的循环数143

10.2.12累积载波相位的单位可以以周期或者计数等来定义143

10.3使用L1和L2载波相位表盘建立一个新的表盘143

10.4分析量测量和载波相位总积分Φ（t）的用途145

10.4.1分析载波相位总积分和它的用途146

10.4.2载波相位总积分的推导147

10.4.3 Φ（t）的误差和比率147

10.4.4 Φ 1（t）和Φ 2（t）的比率147

10.4.5 Φ（t），或者ΔΦ（t）的单载波误差148

10.4.6载波相位之间的误差，Φ 1（t）：Φ 2（t）（比率和各自的误差）149

10.5 Turbo Rouge接收机的时间精度和时间分辨率149

10.5.1载波相位干扰概述151

10.5.2 Turbo Rogue时间分辨率151

10.5.3 Turbo Rogue时间精度152

10.5.4 Turbo Rogue接收机内部产生的相位噪声152

10.5.5输入有相位量化噪声的载波跟踪环基带模型154

10.5.6载波处理中的时间抖动估计155

10.5.7 Turbo Rogue接收机采样相位分析总结156

10.6总结157

参考文献157

第11章JPL Turbo Rogue接收机158

11.1 L1C/A码TR接收机158

11.1.1 TR接收机L1 C/A码通道处理的机械时钟模型158

11.1.2基于22.156MHz主振荡器的一种全一致设计159

11.1.3载波和码相位残差测量值160

11.1.4码片表盘和载波相位表盘的相位速率测量值160

11.1.5时钟同步装置160

11.1.6延迟或距离延迟估计τC/A（t）160

11.1.7依赖于载波速率的码速率161

11.1.8载波相位速率Δφ减去标称中频频率可以得到码相位速率ΔτC/A的原因161

11.1.9 20ms更新速率161

11.2综合20ms表盘机械模型和时间标签162

11.3 TR处理器结构框图164

11.3.1下变频和采样165

11.3.2基准时钟165

11.3.3累加器启动/停止的控制和处理166

11.3.4载波相位、码和码片表盘166

11.3.5 C/A历元信号、20ms和ls计数器或副本表盘的缺失166

11.3.6 C/A码发生器166

11.3.7从积分载波相位中提取载波相位NCO指令167

11.3.8控制相位和速率的载波相位环路167

11.3.9时间标签信息167

11.4 TR接收机的DSP运算和性能综述168

11.5 GP处理器执行DSP计算的细节169

11.6术语：反旋转器171

11.7 TR时间标签和延迟τC/A观测量的总结172

11.8总结173

第12章L2C信号174

12.1引言174

12.2 L2C信号的历史174

12.3 L2信号要求177

12.3.1 L2信号结构178

12.3.2详述L2C信号179

12.4 L2C导航数据的解调187

12.4.1构建非FEC的传统导航数据187

12.4.2构建采用FEC的传统导航数据187

12.4.3构建民用导航数据电文188

12.4.4维特比解码器188

12.5观测量190

12.5.1伪距191

12.5.2相位193

12.5.3多普勒频率196

附录A197

附录B211

附录C218

附录D224

附录E226