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第1章 导航技术概论1

1.1 导航与航行1

1.1.1 导航的定义与作用1

1.1.2 导航的基本功能是回答“我在哪里？”3

1.1.3 导航与其他定位系统的关系5

1.1.4 航行对无线电导航系统的要求6

1.1.5 军事导航与民用导航8

1.2 导航技术近代发展10

1.2.1 陆基无线电导航系统10

1.2.2 自主式导航16

1.2.3 近代导航系统简评17

1.3 新型导航系统18

1.3.1 卫星导航的原理与现状18

1.3.2 其他新型导航系统21

1.4 新时期导航的应用26

1.4.1 新时期导航的军事应用26

1.4.2 卫星导航的民用34

参考文献40

第2章 陆基无线电导航系统41

2.1 概述41

2.2 定向机／无方向信标44

2.2.1 系统概述44

2.2.2 定向机45

2.2.3 系统简评48

2.3 伏尔（VOR）49

2.3.1 VOR系统49

2.3.2 多普勒伏尔（DVOR）52

2.3.3 VOR与DVOR设备的技术54

2.4 测距器（DME）55

2.4.1 DME的由来55

2.4.2 DME系统55

2.4.3 DME机载设备57

2.4.4 DME地面台59

2.4.5 DME/P61

2.5 塔康（TACAN）64

2.5.1 TACAN系统的由来64

2.5.2 TACAN地面台64

2.5.3 TACAN机载设备66

2.5.4 TACAN/DME设备技术68

2.6 罗兰-C系统70

2.6.1 系统概述70

2.6.2 工作原理74

2.6.3 发射设备78

2.6.4 用户接收设备82

2.6.5 定位精度和覆盖区82

2.6.6 罗兰-C导航系统的扩展应用86

2.6.7 罗兰脉冲通信技术88

2.6.8 罗兰-C技术现代发展综述92

2.7 多普勒导航仪96

2.7.1 多普勒导航仪的由来与工作原理96

2.7.2 多普勒雷达的设计选择98

2.7.3 多普勒导航系统的误差104

2.7.4 多普勒导航系统的设备与应用106

2.8 雷达高度表107

2.8.1 雷达高度表的原理和应用107

2.8.2 脉冲式雷达高度表108

2.8.3 FM-CW雷达高度表109

2.8.4 相位编码脉冲式雷达高度表110

2.8.5 未来趋势110

参考文献111

第3章 GPS系统112

3.1 概述112

3.1.1 GPS系统发展简史112

3.1.2 GPS的工作113

3.1.3 GPS系统的构成115

3.2 GPS系统的定位原理120

3.2.1 系统如何向用户描述卫星位置？120

3.2.2 怎样得到卫星与用户之间的相对伪距？122

3.2.3 GPS接收机的位置解算123

3.3 GPS的信号结构和导航电文124

3.3.1 GPS的信号结构124

3.3.2 GPS的导航电文128

3.4 GPS用户设备原理130

3.4.1 GPS接收机的基本组成130

3.4.2 GPS接收机的工作原理131

3.4.3 GPS接收机的主要技术指标137

3.5 GPS主控站（MCS）的运行138

3.5.1 GPS卫星的发射138

3.5.2 MCS日常运行139

3.5.3 MCS与外部世界的接口141

3.5.4 GPS卫星信号的完好性与分析141

3.6 GPS各批卫星142

3.6.1 BlockⅠ卫星142

3.6.2 BlockⅡ卫星143

3.6.3 BlockⅡA卫星143

3.6.4 BlockⅡR卫星144

3.6.5 BlockⅡR-M卫星146

3.7 美国GPS政策的演变147

3.7.1 GPS的早期政策147

3.7.2 1996年GPS政策的颁布148

3.7.3 2004年美国的GPS政策149

3.8 海用差分GPS和国家范围差分GPS151

3.9 GPS局域增强系统（LAAS）158

3.9.1 航空导航对LAAS的要求158

3.9.2 LAAS的早期技术研究159

3.9.3 LAAS近期的研制、测试和技术研究162

3.9.4 对LAAS的继续研究164

3.10 GPS广域增强系统（WAAS）166

3.10.1 系统简介166

3.10.2 WAAS的基本原理168

3.10.3 WAAS的工作170

3.10.4 WAAS机载接收机174

3.10.5 WAAS的发展174

3.11 NASA的全球差分GPS（GDGPS）系统176

3.12 日本的准天顶卫星系统（QZSS）180

3.12.1 日本对增强GPS的需求180

3.12.2 QZSS的星座和信号180

3.12.3 QZSS性能分析182

3.13 无码和半无码GPS技术186

3.13.1 平方法186

3.13.2 互相关法187

3.13.3 P码辅助的L2平方法187

3.13.4 P码辅助的互相关法188

3.13.5 Z跟踪法188

3.13.6 软判决z跟踪法189

3.13.7 基于MAP的半无码L2载波信号解调器189

3.14 基于载波相位跟踪的精确定位和航向姿态角测量192

3.14.1 载波整周多值性192

3.14.2 载波相位和伪距双差193

3.14.3 整周模糊度解和用户定位194

3.14.4 载波相位跟踪定位技术的应用195

3.14.5 利用GPS测量运载体的航向与姿态195

参考文献196

第4章 GPS现代化197

4.1 GPS现代化的内容和实施步骤197

4.2 GPS停止SA的原因和影响200

4.2.1 停止SA对GPS民用的影响200

4.2.2 美国关于SA政策的演变202

4.2.3 美国停止SA的原因203

4.3 GPS L5频段的选择与电磁兼容性206

4.3.1 L5工作频段的选择206

4.3.2 L5频段的电磁兼容性210

4.4 GPS L5信号的设计216

4.4.1 对L5信号的要求216

4.4.2 L5信号的结构及其创新点217

4.4.3 L5信号中的PRN码220

4.4.4 L5信号的电文226

4.5 GPS L2的民用信号L2C及其应用230

4.5.1 L2C信号的由来230

4.5.2 L2C设计的有利和不利因素231

4.5.3 L2C的信号结构233

4.5.4 L2C信号的截获与跟踪235

4.5.5 L2C信号设计的折中考虑238

4.5.6 GPS L1、L2和L5三种民用信号的比较及应用241

4.6 GPS M码信号的BOC调制243

4.6.1 GPS军民用信号频谱分离要求243

4.6.2 BOC调制信号的定义245

4.6.3 BOC调制信号的频谱和自相关函数246

4.6.4 BOC调制信号与其他GPS信号的关系和比较248

4.6.5 BOC调制信号接收机可能采用的特殊处理251

4.7 SAASM——推展GPS PPS应用的关键措施253

4.7.1 美国的GPS信号政策与GPS接收机254

4.7.2 美国对SAASM的需求257

4.7.3 SAASM的内容259

4.7.4 SAASM的执行情况262

4.8 GPS改善精度的努力265

4.8.1 GPS精度改善创新（AII）工程的措施与目标266

4.8.2 遗产精度改善创新工程（L-AII）271

4.8.3 广域GPS提高（WAGE）279

4.9 GPSⅢ282

4.9.1 GPSⅢ的总体方案282

4.9.2 GPSⅢ的运行概念285

4.9.3 LIC信号设计288

4.9.4 GPSⅢ尚待作出决断的几个问题299

参考文献300

第5章 导航战与反恐301

5.1 概述301

5.2 GPS系统的脆弱性与防护措施301

5.2.1 GPS空间区段可能受到的威胁与防护措施301

5.2.2 GPS运行与控制区段的防护措施302

5.2.3 抗干扰能力弱是GPS用户区段的最大弱点303

5.3 美军为提高GPS抗干扰能力在系统方面的努力305

5.3.1 GPS现代化对提高抗干扰能力的考虑306

5.3.2 GPS伪卫星307

5.4 导航战309

5.4.1 导航战概述309

5.4.2 美军对GPS的干扰309

5.4.3 GPS接收机抗干扰技术311

5.4.4 GPS接收机电路的抗干扰技术312

5.4.5 由GPS天线实现的抗干扰技术319

5.4.6 GPS接收机综合抗干扰措施321

5.5 GPS领域内的反恐问题324

参考文献326

第6章 GLONASS系统327

6.1 GLONASS概述327

6.2 GLONASS卫星信号的载频与伪随机码328

6.3 GLONASS卫星的导航电文331

6.4 GLONASS的时间与坐标系333

6.5 GLONASS与GPS的比较334

6.5.1 GLONASS与GPS两种系统设计方案之间的比较334

6.5.2 GLONASS与GPS实践比较336

6.6 GLONASS现代化计划339

参考文献345

第7章 Galileo系统346

7.1 概述346

7.1.1 Galileo系统346

7.1.2 Galileo系统的建设与运营353

7.2 Galileo系统的频率选择与信号设计354

7.2.1 对Galileo系统频率选择和信号设计的要求354

7.2.2 Galileo系统的信号355

7.2.3 Galileo系统信号的性能357

7.2.4 Galileo系统信号的兼容性359

7.3 Galileo系统所提供的服务360

7.3.1 Galileo系统的服务和搜救功能360

7.3.2 Galileo系统的增强服务363

7.4 GPS C/A与Galileo系统公开服务联合使用的性能与LBS市场预测364

7.4.1 GPS C/A与Galileo OS联合使用364

7.4.2 GNSS未来市场预测367

7.5 Galileo SOL服务的性能与完好性368

7.5.1 欧洲对Galileo SOL服务的看法368

7.5.2 Galileo SOL的完好性功能370

7.5.3 ERIS系统373

7.6 欧洲发展Galileo系统的原因374

7.6.1 欧洲发展Galileo系统的动因和意义374

7.6.2 美国对Galileo系统的态度375

7.7 Galileo系统的军事意义及其与GPS的争斗376

7.7.1 欧洲发展Galileo系统的军事目的376

7.7.2 Galileo系统的军事意义377

7.7.3 欧美在卫星导航军事应用方面的斗争378

7.8 对Galileo系统和卫星导航系统现状的简要评述379

7.8.1 当今世界卫星导航的基本格局趋向379

7.8.2 卫星导航在民用方面的竞争379

7.8.3 卫星导航军事应用趋向381

7.8.4 Galileo系统与GPS在技术上的比较381

7.8.5 Galileo系统所面临的问题382

参考文献383

第8章 惯性导航、组合导航和地形辅助导航384

8.1 概述384

8.2 惯性导航基础知识386

8.2.1 地球参考椭球及其主曲率半径386

8.2.2 惯性导航中常用的坐标系386

8.2.3 地球的正常重力389

8.2.4 比力方程390

8.2.5 舒勒原理391

8.2.6 杠杆臂效应及其校正392

8.3 惯性仪表393

8.3.1 陀螺仪393

8.3.2 加速度计398

8.3.3 微机械惯性传感器399

8.4 惯性仪表测量400

8.4.1 惯导实验室401

8.4.2 陀螺漂移误差401

8.4.3 加速度计零位偏值403

8.4.4 随机误差数学模型404

8.4.5 惯性仪表测量404

8.5 平台式惯性导航系统406

8.5.1 基本组成406

8.5.2 三轴稳定平台407

8.5.3 平台水平控制回路409

8.5.4 高度通道及其阻尼411

8.5.5 指北方位惯导系统412

8.5.6 指北方位惯导系统初始对准和陀螺测漂414

8.6 捷联式惯性导航系统420

8.6.1 基本组成和原理420

8.6.2 数学平台422

8.6.3 地球坐标系捷联式惯性导航系统424

8.6.4 捷联式惯性导航系统的初始对准426

8.6.5 捷联式惯性导航系统与平台式惯性导航系统的比较428

8.7 组合导航系统429

8.7.1 惯性导航与卫星导航之间良好的性能互补特性429

8.7.2 组合结构与算法430

8.7.3 GPs／惯导组合系统的实例432

8.8 地形辅助导航系统433

8.8.1 地形辅助导航技术的发展背景433

8.8.2 地形辅助导航技术的应用433

8.8.3 地形辅助导航系统的类型434

8.8.4 地形辅助导航系统的关键技术438

8.8.5 地形辅助导航系统的国外发展与装备概况441

8.8.6 地形辅助导航系统的进展444

参考文献446

第9章 卫星导航及组合导航系统应用447

9.1 GPS/INS武器精确制导447

9.1.1 GPS/INS精确制导的特点447

9.1.2 GPS/INS精确制导的发展450

9.2 GPS/INS精确制导的巡航导弹451

9.2.1 “战斧”式巡航导弹精确制导技术的发展历程451

9.2.2 伊拉克战争之后巡航导弹技术的发展453

9.3 精确制导炸弹456

9.3.1 炸弹精确制导技术的发展456

9.3.2 伊拉克战争之后炸弹GPS/INS精确制导技术的发展461

9.4 精确制导炮弹464

9.4.1 精确制导炮弹须考虑的特殊问题464

9.4.2 炮弹载GPS接收机的加固与结构设计465

9.4.3 炮弹载GPS接收机的工作与设计467

9.5 卫星导航在车辆导航、车辆跟踪（监控）与调度（指挥）中的应用471

9.5.1 车辆导航与车辆跟踪调度的异同点471

9.5.2 车辆导航472

9.5.3 基于卫星导航的车辆导航473

9.5.4 卫星导航与推算导航组合的车辆导航设备474

9.5.5 卫星导航增强型、卫星导航与推算导航组合增强型车辆导航设备475

9.5.6 车辆跟踪（监控）与调度（指挥）476

9.6 AGPS和室内GPS——手机定位技术481

9.6.1 FCC对蜂窝网手机定位的要求481

9.6.2 基于网络的定位方式483

9.6.3 基于手机的定位方式487

9.6.4 手机GPS降低能耗的技术494

9.7 GNSS软件接收机497

9.7.1 GNSS软件接收机的需求497

9.7.2 现在的GNSS接收机与软件GNSS接收机498

9.7.3 软件GNSS接收机的优点498

9.7.4 软件GNSS接收机现状499

9.8 GPS的航空与航海导航应用499

9.8.1 GPS导航应用的优势与不足499

9.8.2 接收机自主完好性监测500

9.8.3 GBAS的应用与前景501

9.8.4 SBAS的应用与前景502

9.8.5 GRAS和我国卫星导航完好性监测系统设想504

9.8.6 海用DGPS和全国DGPS507

9.8.7 全球导航卫星系统507

9.8.8 卫星导航与陆基无线电导航508

9.8.9 美国减轻GPS中断对交通运输影响的努力510

9.9 GPS在空中交通管制中的应用511

9.9.1 CNS/ATM系统511

9.9.2 从航路导航到区域导航512

9.9.3 军用战术飞机RNP RNAV功能需求513

9.9.4 民用航空向自动相关监视的过渡515

9.9.5 军用战术飞机的ADS-B516

9.10 GPS在精确时间传递中的应用517

9.10.1 时间标准的形成、发展与传递517

9.10.2 用GPS传递时间的方法519

9.10.3 GPS时间信息在电信中的应用523

9.10.4 GPS在电力传输网中的应用526

参考文献528

第10章 飞机着陆与着舰系统529

10.1 概述529

10.1.1 从目视着陆到仪表着陆530

10.1.2 仪表着陆系统仍然发挥主要作用530

10.1.3 战争推动了雷达着陆系统的产生和发展532

10.1.4 新一代飞机着陆系统——微波着陆系统533

10.1.5 GPS星基着陆系统向陆基着陆系统的挑战535

10.1.6 探索中的其他着陆系统537

10.2 仪表着陆系统537

10.2.1 工作原理537

10.2.2 航向台的组成及作用539

10.2.3 下滑台的组成及作用541

10.2.4 仪表着陆系统的性能要求542

10.2.5 航向下滑的场地标准542

10.3 雷达着陆系统543

10.3.1 雷达测距和测角原理543

10.3.2 着陆雷达工作原理544

10.3.3 着陆雷达的主要性能546

10.3.4 着陆雷达的安装和使用546

10.3.5 雷达着陆的缺点547

10.4 微波着陆系统547

10.4.1 测角和测距原理547

10.4.2 微波着陆系统地面设备549

10.4.3 微波着陆系统机载设备552

10.4.4 精密测距设备555

10.4.5 微波着陆系统信号格式555

10.4.6 微波着陆系统在机场的配置和使用557

10.5 航空母舰飞机着舰系统558

10.5.1 航空母舰飞机着舰的特殊要求558

10.5.2 光学与激光助降设备564

10.5.3 仪表着舰系统571

10.5.4 自动着舰系统575

10.6 应用GPS的飞机着陆和着舰系统582

10.6.1 GPS着陆系统582

10.6.2 探索中的新着陆系统587

10.6.3 利用GPS的飞机着舰系统588

参考文献590

第11章 联合战术信息分发系统／多功能信息分发系统的相对导航功能591

11.1 数据链与导航591

11.2 JTIDS/MIDS的时分多址接入方式595

11.3 JTIDS/MIDS信号的消息结构599

11.4 JTIDS/MIDS的抗干扰措施和保密机制602

11.5 JTIDS/MIDS的定时与同步607

11.5.1 定时与同步的基准607

11.5.2 端机与系统时实现粗同步和精同步的步骤607

11.6 JTIDS/MIDS的相对导航611

11.6.1 相对导航坐标系611

11.6.2 相对坐标系导航原理612

11.6.3 测地导航原理614

11.6.4 位置和时间品质等级615

11.7 JTIDS/MIDS的相对导航功能在端机中的实现618

11.7.1 端机的相对导航功能618

11.7.2 源选择、卡尔曼滤波及导航处理功能619

11.7.3 JTIDS/MIDS端机与GPS的组合622

11.8 JTIDS/MIDS相对导航的误差特性622

11.9 JTIDS/MIDS导航功能在C4ISR数据登录中的应用624

11.9.1 什么是数据登录624

11.9.2 数据登录的误差分类625

11.9.3 数据登录过程626

参考文献628

第12章 定位报告系统629

12.1 概述629

12.1.1 系统的由来629

12.1.2 系统在国外的发展629

12.1.3 系统在战场数字化中的作用630

12.2 定位报告系统的工作原理633

12.2.1 系统的功能633

12.2.2 系统的组成与典型配置634

12.2.3 系统的技术特性636

12.2.4 抗干扰的数据通信636

12.2.5 自适应集中的网络管理638

12.2.6 实时高精度的定位跟踪642

12.2.7 灵活多样的通信支援645

12.3 定位报告系统的应用647

12.3.1 定位报告系统的主要用途647

12.3.2 陆军应用648

12.3.3 海军陆战队应用653

12.3.4 海军应用654

12.3.5 空军应用654

参考文献656

缩略语657