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北斗卫星系统的定位技术及船舶导航应用
作者：张云
出版社：上海科学技术出版社
出版时间：2018-12-01
ISBN：9787547842492
定价：¥118.00
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内容简介
本书是技术应用型专著，首先系统阐述了全球卫星导航系统的概念及定位基本原理，主要介绍了北斗系统的单点定位技术、差分定位技术、廉价导航模块载波定位技术，以及北斗系统特有的短报文通信技术；在此基础上，介绍了北斗系统在船舶导航中的应用技术，包括电子海图、北斗卫星电子罗经、无人水面航行器的设计与开发；最后对北斗系统船舶定位定位与导航技术未来发展趋势进行展望。通过本书可以让读者全面了解北斗系统的定位原理和特性，掌握北斗系统的定位算法，拓宽北斗系统在船舶导航领域的应用范围。
作者简介
张云，博士，上海海洋大学信息学院教授，计算机科学与技术系主任，2010年上海高校特聘教授（东方学者），科技部与欧空局的“中欧导航卫星反射信号联合研究工作组”专家组成员，上海市计算机科学与技术专业教指委委员。主要研究方向为：导航系统的高精度定位原理研究、导航系统的反射信号的海洋遥感技术研究和导航遥感技术的海洋应用产品的研究与开发。主持过国家自然基金面上项目和上海科委能力建设项目等，发表过10多篇SCI/EI论文，获得5项专利。
目录
第1章概述1
1.1引言3
1.1.1船舶导航的历史3
1.1.2海图的简介及发展状况5
1.1.3全球卫星导航系统7
1.1.4天空海一体化导航系统9
1.2全球卫星导航系统的定义和系统组成10
1.2.1全球卫星导航系统的定义10
1.2.2全球卫星导航系统组成11
1.3现有的全球卫星导航系统12
1.3.1美国GPS系统12
1.3.2俄罗斯GLONASS系统15
1.3.3欧洲GALILEO17
1.3.4中国北斗系统18
1.3.5其他区域性卫星导航系统21
1.4北斗系统的船舶导航应用现状24
第2章北斗系统简介29
2.1北斗系统的建设现状31
2.2北斗系统的特点33
2.2.1北斗系统混合星座33
2.2.2北斗系统三频信号33
2.2.3北斗系统短报文功能34
2.3北斗反射信号软件接收机的设计与实现35
2.3.1通用GNSS软件接收机中信号捕获处理相关算法36
2.3.2北斗反射信号软件接收原理38
2.3.3北斗软件接收机的实现41
2.4北斗定位技术研究现状47
第3章北斗系统单点定位技术49
3.1北斗系统测量质量分析51
3.1.1可视卫星数51
3.1.2载噪比51
3.2伪距单点定位54
3.2.1伪距观测模型54
3.2.2单点定位原理55
3.2.3观测误差分析61
3.2.4北斗系统单点定位结果64
3.3北斗系统信号多径误差模型73
3.3.1数学模型73
3.3.2定位精度78
3.4组合单点定位技术80
3.4.1组合定位必要性80
3.4.2组合定位算法81
3.4.3组合单点定位性能分析82
3.4.4混合星座的选星技术86
3.4.5开放环境实验86
3.4.6障碍物环境实验91
第4章北斗系统载波差分定位技术95
4.1差分技术简介97
4.2单差与双差伪距和载波相位99
4.2.1单差伪距和载波相位99
4.2.2双差伪距和载波相位100
4.3各类线性组合技术101
4.3.1线性组合模型101
4.3.2宽巷、超宽巷组合模型104
4.3.3LAMBDA模型105
4.4北斗系统载波差分定位技术107
4.4.1双频短基线载波差分定位107
4.4.2双频中长基线载波差分定位111
4.4.3三频中长基线载波差分定位114
第5章廉价导航模块载波定位技术127
5.1单频载波组合定位模型129
5.1.1原始观测方程差分129
5.1.2卡尔曼滤波求解130
5.1.3LAMBDA算法模糊度求解130
5.2廉价导航模块简介132
5.2.1Ublox系列模块132
5.2.2ST系列模块132
5.3零基线实验133
5.3.1零基线实验环境133
5.3.2双差伪距和相位残差值133
5.3.3双差伪距中提取多径误差及观测噪声134
5.3.4零基线实验定位结果135
5.4静态对比实验137
5.4.1静态实验环境137
5.4.2静态对比实验结果137
5.5动态试验140
5.5.1操场试验141
5.5.2树木遮挡实验143
5.5.3建筑物严重遮挡试验147
第6章北斗短报文通信151
6.1短报文通信简介153
6.1.1短报文通信流程153
6.1.2北斗报文通信服务类别154
6.2短报文编码压缩技术155
6.2.1短消息的概念155
6.2.2短消息的组成要素155
6.2.3短消息编码156
6.2.4常见短消息结构156
6.2.5ZLib压缩技术157
6.3短报文系统开发和应用158
6.3.1北斗用户终端功能158
6.3.2北斗用户机软件设计159
6.3.3基于北斗短报文的水质监测系统结构162
6.3.4短报文系统应用实验结果163
第7章船舶导航与电子海图167
7.1电子海图169
7.1.1电子海图的相关介绍169
7.1.2YimaEnc SDK169
7.2船舶监控系统模块设计174
7.2.1海图管理设计175
7.2.2船舶动态显示设计175
7.2.3船舶实时监控设计177
第8章电子罗经的设计与开发179
8.1引言181
8.2系统特点182
8.3关键技术183
8.3.1北斗卫星电子罗经仪技术183
8.3.2基于海洋渔业云平台架构技术184
第9章无人水质监测船的设计与开发187
9.1引言189
9.2系统总体设计190
9.2.1设计思路190
9.2.2设备组成190
9.3无人船移动端硬件设计191
9.3.1船体平台设计191
9.3.2远程控制系统设计193
9.3.3自主式系统设计195
9.3.4数据采集传输系统设计197
9.4无人船移动端软件设计200
9.4.1总体架构200
9.4.2433MHz无线遥控软件设计200
9.4.3抗干扰程序架构201
9.5系统测试和实验203
第10章北斗系统船舶定位与导航产业现状与前景展望207
10.1北斗系统的行业应用现状209
10.2北斗系统定位导航技术展望209
10.2.1人工智能与定位导航技术210
10.2.2低轨卫星的导航定位增强技术210
10.2.3面向大众船舶自助式航行的位置补正信息服务211
10.2.4通导遥一体化服务211
缩略语表213
1.1引言3
1.1.1船舶导航的历史3
1.1.2海图的简介及发展状况5
1.1.3全球卫星导航系统7
1.1.4天空海一体化导航系统9
1.2全球卫星导航系统的定义和系统组成10
1.2.1全球卫星导航系统的定义10
1.2.2全球卫星导航系统组成11
1.3现有的全球卫星导航系统12
1.3.1美国GPS系统12
1.3.2俄罗斯GLONASS系统15
1.3.3欧洲GALILEO17
1.3.4中国北斗系统18
1.3.5其他区域性卫星导航系统21
1.4北斗系统的船舶导航应用现状24
第2章北斗系统简介29
2.1北斗系统的建设现状31
2.2北斗系统的特点33
2.2.1北斗系统混合星座33
2.2.2北斗系统三频信号33
2.2.3北斗系统短报文功能34
2.3北斗反射信号软件接收机的设计与实现35
2.3.1通用GNSS软件接收机中信号捕获处理相关算法36
2.3.2北斗反射信号软件接收原理38
2.3.3北斗软件接收机的实现41
2.4北斗定位技术研究现状47
第3章北斗系统单点定位技术49
3.1北斗系统测量质量分析51
3.1.1可视卫星数51
3.1.2载噪比51
3.2伪距单点定位54
3.2.1伪距观测模型54
3.2.2单点定位原理55
3.2.3观测误差分析61
3.2.4北斗系统单点定位结果64
3.3北斗系统信号多径误差模型73
3.3.1数学模型73
3.3.2定位精度78
3.4组合单点定位技术80
3.4.1组合定位必要性80
3.4.2组合定位算法81
3.4.3组合单点定位性能分析82
3.4.4混合星座的选星技术86
3.4.5开放环境实验86
3.4.6障碍物环境实验91
第4章北斗系统载波差分定位技术95
4.1差分技术简介97
4.2单差与双差伪距和载波相位99
4.2.1单差伪距和载波相位99
4.2.2双差伪距和载波相位100
4.3各类线性组合技术101
4.3.1线性组合模型101
4.3.2宽巷、超宽巷组合模型104
4.3.3LAMBDA模型105
4.4北斗系统载波差分定位技术107
4.4.1双频短基线载波差分定位107
4.4.2双频中长基线载波差分定位111
4.4.3三频中长基线载波差分定位114
第5章廉价导航模块载波定位技术127
5.1单频载波组合定位模型129
5.1.1原始观测方程差分129
5.1.2卡尔曼滤波求解130
5.1.3LAMBDA算法模糊度求解130
5.2廉价导航模块简介132
5.2.1Ublox系列模块132
5.2.2ST系列模块132
5.3零基线实验133
5.3.1零基线实验环境133
5.3.2双差伪距和相位残差值133
5.3.3双差伪距中提取多径误差及观测噪声134
5.3.4零基线实验定位结果135
5.4静态对比实验137
5.4.1静态实验环境137
5.4.2静态对比实验结果137
5.5动态试验140
5.5.1操场试验141
5.5.2树木遮挡实验143
5.5.3建筑物严重遮挡试验147
第6章北斗短报文通信151
6.1短报文通信简介153
6.1.1短报文通信流程153
6.1.2北斗报文通信服务类别154
6.2短报文编码压缩技术155
6.2.1短消息的概念155
6.2.2短消息的组成要素155
6.2.3短消息编码156
6.2.4常见短消息结构156
6.2.5ZLib压缩技术157
6.3短报文系统开发和应用158
6.3.1北斗用户终端功能158
6.3.2北斗用户机软件设计159
6.3.3基于北斗短报文的水质监测系统结构162
6.3.4短报文系统应用实验结果163
第7章船舶导航与电子海图167
7.1电子海图169
7.1.1电子海图的相关介绍169
7.1.2YimaEnc SDK169
7.2船舶监控系统模块设计174
7.2.1海图管理设计175
7.2.2船舶动态显示设计175
7.2.3船舶实时监控设计177
第8章电子罗经的设计与开发179
8.1引言181
8.2系统特点182
8.3关键技术183
8.3.1北斗卫星电子罗经仪技术183
8.3.2基于海洋渔业云平台架构技术184
第9章无人水质监测船的设计与开发187
9.1引言189
9.2系统总体设计190
9.2.1设计思路190
9.2.2设备组成190
9.3无人船移动端硬件设计191
9.3.1船体平台设计191
9.3.2远程控制系统设计193
9.3.3自主式系统设计195
9.3.4数据采集传输系统设计197
9.4无人船移动端软件设计200
9.4.1总体架构200
9.4.2433MHz无线遥控软件设计200
9.4.3抗干扰程序架构201
9.5系统测试和实验203
第10章北斗系统船舶定位与导航产业现状与前景展望207
10.1北斗系统的行业应用现状209
10.2北斗系统定位导航技术展望209
10.2.1人工智能与定位导航技术210
10.2.2低轨卫星的导航定位增强技术210
10.2.3面向大众船舶自助式航行的位置补正信息服务211
10.2.4通导遥一体化服务211
缩略语表213
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