国之重器出版工程 卫星导航技术

1.展现了我国空间科学技术的众多原创性科研成果。 2.反映“互联网 ”与航天技术的融合发展。 3.体现我国空间探索和空间应用的科技创新能力。 4.丛书由叶培建院士领衔，孙家栋、闵桂荣、王希季三位院士联袂推荐。 5.力图为研究和设计的人员提供新的设计思路和方法。

 

卫星导航技术是当代应用*广泛的导航技术，集中体现了人类在飞行器设计、通信与信息系统、电磁场与微波工程、信号与信息处理、精密测量、导航制导与控制、物理电子学等自然科学和工程技术领域的先进成果。 本书站在卫星导航系统工程的角度，重点从卫星导航系统的空间服务这一角度进行阐述，特别是导航卫星的时频系统、上行接收和下行信号播发、星间链路等方面。此外，本书还介绍了星基增强技术和地基增强技术，结合*发展趋势介绍了综合PNT体系和卫星导航技术的发展及展望。与目前现有书籍着重于介绍原理、信号设计或者应用等方面相比，本书具有显著的星地一体化特色。 本书可以作为卫星导航系统设计相关工程技术人员和科技工作者的技术手册，也可以作为本科高年级学生和研究生的教材参考书。

谢军，研究员，毕业于国防科学技术大学，我国空间电子信息领域专家，卫星导航技术领军人物之一，现任中国空间技术研究院科技委常委。长期从事卫星导航系统、导航载荷、空间微波技术等方面研究工作，现任北斗工程副总设计师、卫星总设计师。获国家科技进步特等奖1项、军队和部级科技进步一等奖3项、三等奖2项，授权发明专利11项。 王海红，高级工程师，毕业于南京大学，现任中国空间技术研究院导航卫星自主运行分系统副主任设计师。长期从事航天器轨道力学、卫星导航系统自主运行等方面的研究工作。获*科学技术进步奖二等奖1项、军队科技进步二等奖1项、全国创新争先奖牌，授权发明专利5项。 *，高级工程师，毕业于清华大学，现任中国空间技术研究院总体部军民融合与国际化业务部项目技术经理，北斗卫星有效载荷副主任设计师，长期从事导航系统论证、导航系统地面验证、导航卫星有效载荷设计等方面的研究工作。获军队科技进步二等奖1项，授权发明专利5项。 蒙艳松，研究员，毕业于中国空间技术研究院西安分院，现任中国空间技术研究院西安分院科技委委员、导航所所长，北斗全球系统试验卫星总师助理、星间链路系统技术负责人。长期从事卫星导航、星间链路技术领域研究工作，在国内外SCI、EI检索主要期刊和重要学术会议上发表论文10余篇，授权发明专利13项。

第 1章概论001

1.1导航技术的发展003

1.2卫星导航功能与作用009

1.2.1服务功能009

1.2.2基本作用010

1.3卫星导航系统工作体制012

1.3.1测量体制012

1.3.2定位体制017

1.3.3多址体制019

1.4卫星导航应用023

1.4.1交通运输定位导航23

1.4.2测绘领域精密定位24

1.4.3电力通信系统授时25

1.4.4武器系统精确打击26

1.4.5精准农业精确定位26

1.4.6休闲娱乐个人运用27

1.4.7智慧城市及物联网28

第　2章国内外卫星导航系统29

2.1全球卫星导航系统32

2.1.1美国GPS系统32

2.1.2俄罗斯GLONASS系统37

2.1.3欧盟Galileo系统42

2.2区域卫星导航系统46

2.2.1日本QZSS系统46

2.2.2印度IRNSS系统49

2.3增强系统51

2.3.1差分增强技术52

2.3.2天基增强系统55

2.3.3地基增强系统62

2.4北斗卫星导航系统64

2.4.1北斗一号卫星导航系统65

2.4.2北斗二号卫星导航系统67

2.4.3北斗三号卫星导航系统74

2.4.4北斗三号导航卫星78

2.4.5北斗地基增强系统82

第3章卫星导航系统基本知识87

3.1导航定位和授时原理89

3.2距离测量92

3.3时间系统95

3.3.1国际原子时96

3.3.2协调世界时96

3.3.3卫星导航的时间系统97

3.4空间坐标系99

3.4.1坐标系概述99

3.4.2地固坐标系101

3.4.3地心天球坐标系104

3.4.4坐标系之间的转换105

3.5导航卫星的时间和坐标107

3.5.1卫星本地时间与系统时间的偏差107

3.5.2人造地球卫星轨道测定概述108

3.5.3导航卫星精密定轨与时间同步111

3.5.4导航卫星广播星历参数114

3.6卫星导航系统组成121

3.6.1地面控制系统122

3.6.2空间卫星系统124

3.6.3用户终端126

3.7系统指标体系和服务精度129

3.7.1服务可靠性指标体系130

3.7.2导航定位授时服务精度133

3.7.3GPS系统服务指标定义143

3.7.4北斗系统服务指标定义144

第4章卫星导航时频系统145

4.1时频系统概述147

4.1.1时频系统组成及功能147

4.1.2系统时间产生与溯源149

4.1.3时间传递153

4.1.4时频系统监测与预报155

4.2星载时频系统161

4.2.1星载时频系统组成与功能161

4.2.2国外卫星导航星载时频系统163

4.2.3北斗星载时频系统167

4.2.4星载时频系统发展趋势176

4.3原子钟技术179

4.3.1原子钟的发展179

4.3.2原子钟原理183

4.3.3原子钟类型190

4.3.4星载原子钟技术192

4.3.5新型原子钟技术201

第5章卫星导航上行链路技术213

5.1卫星导航上行链路功能215

5.2卫星导航上行链路设计217

5.2.1GPS、　Galileo上行链路设计218

5.2.2北斗上行链路设计219

5.2.3北斗上行链路频率选择219

5.2.4北斗上行链路信号体制219

5.2.5北斗上行链路载荷设计220

5.3卫星导航星地时间同步技术223

5.3.1星地时间同步技术224

5.3.2GPS星地时间同步技术229

5.3.3北斗星地时间同步技术229

5.4卫星接收与测距技术231

5.4.1上行注入信号接收技术231

5.4.2上行注入信号精密测量与零值监测技术261

5.5上行注入信号抗干扰技术271

5.5.1上行注入信号的干扰类型271

5.5.2上行注入信号的干扰影响分析272

5.5.3上行注入信号射频通道抗干扰设计274

5.5.4上行注入信号的窄带干扰抑制技术276

5.5.5上行注入信号的脉冲干扰抑制技术279

5.5.6上行注入信号干扰抑制技术展望279

5.6上行信息类型282

5.6.1通用导航注入信息的采集283

5.6.2通用导航信息注入类别283

5.6.3导航信息上注策略和启用286

第6章卫星导航下行链路技术289

6.1卫星导航下行链路概述291

6.2下行信号体制设计293

6.2.1下行导航信号体制的发展293

6.2.2频段选择302

6.2.3伪码设计307

6.2.4信息速率与编码315

6.2.5调制方式318

6.2.6恒包络复用方式329

6.2.7下行信号兼容性设计343

6.3导航下行信号电文设计348

6.3.1GNSS导航电文发展历程349

6.3.2基于固定帧结构的导航电文设计350

6.3.3基于数据块的导航电文设计359

6.3.4其他改进的导航电文设计365

6.4导航下行信号播发技术369

6.4.1导航信号生成载荷370

6.4.2通道非理想特性377

6.4.3预失真技术384

6.4.4天线对导航信号的影响388

6.5导航信号功率增强技术390

第7章导航信号质量评估分析393

7.1导航信号质量影响要素建模395

7.1.1导航卫星导航信号的影响要素395

7.1.2功率放大器的模型397

7.1.3滤波器的模型399

7.2导航信号质量影响要素分析400

7.2.1带限的影响400

7.2.2幅度波纹402

7.2.3幅度线性变化405

7.2.4相位波纹409

7.2.5相位二次变化411

7.2.6相位三次变化415

7.2.7信号杂散泄漏419

7.2.8复合恒包络调制的非线性失真421

7.3导航信号质量评估425

7.3.1频域的信号质量评估425

7.3.2时域的信号质量评估428

7.3.3调制域的信号质量评估434

7.3.4相关域的信号质量评估439

7.3.5测量域的信号质量评估445

第8章卫星导航星间链路技术451

8.1卫星导航星间链路概述453

8.1.1星间链路的发展453

8.1.2卫星导航星间链路的应用需求455

8.1.3星间链路功能组成457

8.2星间链路频率选择与信号体制459

8.2.1频率选择459

8.2.2星间链路信号体制462

8.3星间网络拓扑与路由465

8.3.1星间拓扑与路由设计约束465

8.3.2星间测量几何特性分析466

8.3.3数传建链特性分析468

8.3.4典型网络拓扑路由设计469

8.4星间链路建链技术473

8.4.1建链方式473

8.4.2天线波束指向474

8.4.3信号捕获跟踪475

8.5星间链路测距技术477

8.5.1星间测距原理477

8.5.2星间测距精度478

8.6星间网络协议技术480

8.6.1空间数据系统咨询委员会（CCSDS）协议480

8.6.2星间协议设计480

8.6.3星间传输策略481

8.7星间链路运行管理485

8.8北斗卫星星间链路488

8.8.1星座与卫星配置488

8.8.2星间链路应用489

8.8.3应用展望489

第9章卫星导航信息管理技术491

9.1卫星导航信息概述493

9.1.1空间段与地面段信息内容493

9.1.2空间段卫星内部信息内容494

9.1.3地面段内部信息内容495

9.1.4通道交互支持信息内容495

9.2卫星信息传输通道及信息分类496

9.2.1卫星信息传输通道496

9.2.2卫星信息类别划分497

9.3卫星内信息管理及系统架构技术500

9.3.1概念及定义500

9.3.2信息管理技术要素分析500

9.3.3信息系统架构503

9.4卫星信息管理策略及评估技术512

9.4.1信息流时序512

9.4.2信息易用性管理513

9.4.3信息综合管理应用515

9.4.4信息流功能与性能评价516

9.5星内电文管理技术518

9.5.1星内电文信息分类518

9.5.2电文接收处理519

9.5.3电文格式编排519

9.5.4星内电文管理要点521

第　10章导航卫星自主运行技术523

10.1卫星自主导航技术525

10.1.1自主导航概述525

10.1.2自主导航原理527

10.1.3自主导航设计533

10.1.4自主导航精度分析与仿真验证545

10.2导航卫星自主健康管理547

10.2.1自主健康管理的概念547

10.2.2自主健康管理目标和工作流程548

10.2.3自主健康管理工作架构549

10.2.4故障诊断算法551

10.2.5修复和重构方法554

10.2.6北斗导航卫星平台自主健康管理555

10.3导航卫星自主完好性监测562

10.3.1完好性监测需求562

10.3.2完好性监测技术体系564

10.3.3导航卫星完好性异常事件分析565

10.3.4自主完好性监测原理与方法567

10.3.5卫星慢变故障监测573

第　11章PNT体系和卫星导航技术发展575

11.1PNT体系的现状及发展577

11.1.1PNT体系基本概念577

11.1.2美国国家综合PNT体系发展579

11.1.3我国国家综合PNT体系发展及展望583

11.2卫星导航技术的发展及展望590

11.2.1卫星导航系统发展趋势590

11.2.2我国卫星导航系统发展构想593

11.3卫星导航技术发展构想594

11.3.1新型导航信号体制594

11.3.2空间冷原子钟技术595

11.3.3中高轨及深空卫星导航技术595

11.3.4高度自主的导航星座长期运行技术596

11.3.5先进星间链路技术597

11.3.6X射线脉冲星导航应用技术597

11.3.7低轨卫星导航增强技术600

11.3.8多源信息融合技术601

11.3.9导航卫星自主健康管理技术602

参考文献604

缩略语619

索引630