本书讲述了全球定位系统（GPS）的基本原理和概念，具体包括：GPS测量原理、GPS的结构和发展历史；GPS伪距定位和载波相位定位的原理；GPS中使用的坐标系和时间系统；C/A码的实现原理及载波调製过程；GPS信号捕获和跟蹤原理及实现；携带型GPS系统的设计与实现及常用晶片资料等。此外，本书还讲了利用Matlab仿真GPS中涉及到的各种算法和原理，并且给出了所有仿真源程式和仿真框图。利用Matlab仿真，读者可以更好地理解GPS中的关键技术，这是本书的特点。

本书可作为高等院校导航、通信、测量和测绘等专业的高年级学生或研究生的GPS课程教材，同时也可供相关专业师生及研究人员阅读参考。

第1章 绪论 1

1.1 GPS的发展简史及系统概述 1

1.2 GPS的服务与套用 4

1.2.1 精密定位服务 4

1.2.2 标準定位服务 5

1.3 Matlab的基本特性及基本语法 6

1.4 矩阵与Matlab 11

1.4.1 矩阵和向量 11

1.4.2 向量的创建 13

1.4.3 矩阵的创建 15

1.4.4 点运算 17

1.4.5 矩阵的数学运算 20

1.5 数据的输入与输出 23

1.5.1 字元串（文字）和注释的输出 23

1.5.2 用INPUT函式输入数据 26

1.5.3 数据档案的输入和输出 27

1.6 程式流程控制 28

1.6.1 程式流程控制概述 28

1.6.2 程式流程控制的实现 29

1.7 Matlab函式 35

1.7.1 Matlab函式概述 35

1.7.2 函式档案 36

1.8 编程练习 39

第2章 GPS测量原理 42

2.1 利用到达时间测量值测距 42

2.1.1 二维位置确定 42

2.1.2 利用卫星测距信号确定位置的原理 45

2.2 参考坐标系 46

2.2.1 地心惯性（ECI）坐标系 46

2.2.2 地心地球固连（ECEF）坐标系 46

2.2.3 世界测地系（WGS-84） 46

2.3 利用伪随机噪声（PRN）码确定位置 47

2.3.1 确定从卫星到用户的距离 47

2.3.2 用户位置的计算 50

2.4 GPS载波相位测量定位 53

2.4.1 GPS载波相位测量 53

2.4.2 GPS载波相位测量的单点定位问题 57

附录A 用户位置的求解仿真 60

第3章 GPS的坐标、时间系统和卫星的运动 66

3.1 天球坐标系和地球坐标系 66

3.1.1 天球概述 66

3.1.2 两种天球坐标系及其转换模型 68

3.1.3 极移与国际协定地极原点 71

3.1.4 两种地球坐标系及其转换模型 72

3.1.5 瞬时极(真)天球坐标繫到瞬时极(真)地球坐标系的转换模型 74

3.1.6 WGS-84世界大地坐标系 75

3.2 GPS时间系统 76

3.2.1 世界时系统 77

3.2.2 原子时 78

3.2.3 力学时 79

3.2.4 协调世界时 79

3.2.5 GPS系统时 79

3.3 GPS卫星的运动 80

3.3.1 克卜勒定律 80

3.3.2 无摄卫星运动的轨道参数 82

3.3.3 真近地点角的概念及求解 83

3.3.4 卫星瞬时位置的求解 85

3.3.5 卫星无摄运动轨道方程的力学解释及摄动的修正 86

附录B GPS卫星的动态仿真 90

第4章 GPS卫星的导航定位信号 105

4.1 概述 105

4.2 GPS卫星的测距码信号 107

4.2.1 码的基本概念 107

4.2.2 伪随机噪声码及其产生 108

4.2.3 GPS的测距码信号 111

4.3 GPS卫星的导航电文 115

4.3.1 导航电文格式 115

4.3.2 导航电文的内容 116

4.4 Matlab仿真C/A码的产生及调製 119

第5章 GPS卫星信号的捕获 126

5.1 概述 126

5.2 GPS卫星信号的都卜勒效应 126

5.3 GPS卫星信号捕获的考虑 128

5.3.1 捕获时的最大电文长度 128

5.3.2 捕获中的频率步长 129

5.4 GPS卫星信号的捕获方法 130

5.4.1 传统捕获方法 130

5.4.2 循环相关捕获方法 133

5.4.3 延迟与累积捕获方法 136

5.4.4 长记录电文的相干处理 138

5.4.5 精频估计的基本概念 139

5.4.6 消除精频测量中的不确定性 139

5.5 Matlab与Simulink仿真简介 142

5.5.1 仿真工具简介 142

5.5.2 Simulink的使用 142

5.6 GPS卫星信号捕获的例子 147

5.7 关于捕获的一些子程式 150

5.7.1 随机编码过程仿真 150

5.7.2 获取导航信息的仿真 153

5.7.3 模拟捕获延迟的仿真 157

附录C GPS捕获仿真程式 160

第6章 GPS卫星信号的跟蹤 164

6.1 概述 164

6.2 锁相环的基本理论 164

6.2.1 一阶锁相环 166

6.2.2 二阶锁相环 167

6.2.3 连续系统到离散系统的转换 168

6.3 GPS信号跟蹤 169

6.3.1 载波和码元跟蹤 169

6.3.2 利用锁相环跟蹤GPS信号 170

6.3.3 BASS方法中的载波频率更新 171

6.3.4 Kernel函式的不连续性 172

6.3.5 C/A码起始点的精确性 175

6.4 跟蹤过程的高测时精度 176

6.4.1 通过理想相关输出获得高测时精度 176

6.4.2 通过曲线拟合获得高测时精度 179

6.5 BASS跟蹤过程的输出 180

6.6 RF与C/A码的混合 181

附录D 方程(6-26)的积分过程 181

第7章 GPS接收机及其电路 183

7.1 GPS接收机 183

7.1.1 GPS接收机的基本构成 183

7.1.2 GPS接收机的分类 185

7.1.3 数字GPS接收机 186

7.1.4 GPS接收机的选择 187

7.2 基于RF8009的GPS接收机电路 187

7.2.1 RF8009简介 187

7.2.2 RF8009的主要性能指标 187

7.2.3 RF8009模组封装与引脚功能 189

7.2.4 RF8009的内部结构 190

7.2.5 RF8009电路套用 190

7.2.6 RF8009封装尺寸 194

7.3 基于嵌入式系统的GPS套用设计 196

7.3.1 嵌入式系统比较 196

7.3.2 GPS套用开发的要求 197

参考文献 199