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： 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。
目 录
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
2.1 GPS系统的历史由来32
2.2 GPS系统的构成39
2.3 GPS的现代化计划47
2.4 北斗导航系统概述53
参考文献60
第3章 GPS和北斗的信号格式与导航电文63
3.1 GPS信号64
3.1.1 GPS信号的产生机制64
3.1.2 C/A码发生器70
3.1.3 C/A码自相关和互相关特性76
3.2 北斗信号82
3.2.1 北斗信号结构82
3.2.2 北斗伪随机码发生器86
3.2.3 北斗伪随机码的自相关和互相关特性90
3.3 导航电文93
3.3.1 GPS导航电文93
3.3.2 北斗导航电文101
3.4 不同卫星信号的时间关系111
参考文献114
第4章 信号捕获和跟踪117
4.1 信号捕获119
4.1.1 信号捕获的基本概念119
4.1.2 基于时域相关器的信号捕获125
4.1.3 基于匹配滤波器的信号捕获132
4.1.4 基于FFT的信号捕获134
4.1.5 短时相关匹配滤波器和FFT结合的信号捕获139
4.1.6 基于数据分块和频率补偿的信号捕获145
4.1.7 信号捕获的门限设定153
4.1.8 相干积分和非相干积分157
4.2 信号跟踪163
4.2.1 基本的锁相环164
4.2.2 线性锁相环的热噪声性能分析173
4.2.3 载波跟踪环175
4.2.4 伪码跟踪环186
4.2.5 跟踪环实现和调试中的问题197
4.2.6 比特同步214
4.2.7 子帧同步219
参考文献222
第5章 双模观测量提取和误差分析227
5.1 伪距观测量228
5.2 载波相位观测量233
5.3 多普勒频率和积分多普勒观测量236
5.4 观测量误差特性分析240
5.4.1 卫星时钟误差241
5.4.2 星历误差242
5.4.3 电离层延迟244
5.4.4 对流层延迟247
5.4.5 多径效应249
5.4.6 接收机误差253
5.5 差分GNSS技术253
参考文献267
第6章 卫星位置和速度的计算271
6.1 卫星轨道理论272
6.2 GPS卫星和北斗MEO/IGSO卫星279
6.3 北斗GEO卫星284
6.4 卫星位置和速度的插值计算287
6.5 精密星历和星历扩展289
参考文献294
第7章 位置、速度和时间解算297
7.1 最小二乘法解算298
7.1.1 基本原理298
7.1.2 加权的最小二乘法301
7.1.3 利用伪距观测量计算位置和钟偏304
7.1.4 利用多普勒观测量计算速度和钟漂311
7.1.5 卫星的仰角和方位角313
7.1.6 几何精度因子316
7.1.7 接收机自主完好性监测（RAIM）322
7.2 卡尔曼滤波解算328
7.2.1 递归最小二乘法328
7.2.2 基本的卡尔曼滤波器333
7.2.3 从连续时间系统到离散时间系统336
7.2.4 扩展卡尔曼滤波器339
7.2.5 接收机中常用的几种KF模型342
7.2.6 卡尔曼滤波具体实现中的技术处理351
7.3 最小二乘法和卡尔曼滤波总结356
参考文献360
第8章 射频前端363
8.1 卫星信号的发射与接收364
8.2 级联系统的噪声系数367
8.3 带通采样原理369
8.4 中频采样方案和射频采样方案373
8.4.1 中频采样方案373
8.4.2 射频采样方案376
8.5 自动增益控制（AGC）和量化位宽380
8.6 射频载噪比和基带信噪比的关系384
8.7 射频前端频率方案实例分析386
参考文献388
第9章 北斗和GPS双模软件接收机的实现391
9.1 双模软件接收机的信号源392
9.2 双模接收机的软件模块和程序运行界面395
9.3 双模接收机数据处理结果400
附录A 基本矩阵和向量运算409
A.1 逆矩阵及其性质410
A.2 矩阵的特征值和特征向量411
A.3 二次型和有定矩阵412
A.4 几种重要的矩阵分解414
A.5 矩阵分析初步418
附录B 直角坐标系的转换和旋转421
附录C NBP和WBP的均值和方差429
附录D 和卫星椭圆轨道相关的推导433
附录E 电离层延迟的Klobuchar模型437
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