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出版者:中国科学技术出版社

作者:蔡有志

出品人:

页数:80 页

译者:纪元法

出版时间:2007年01月

价格:22.0

装帧:平装

isbn号码:9787504644916

丛书系列:

图书标签:

• 时钟算法
• GPS
• 广域差分
• 差分GPS
• 定位技术
• 导航
• 测量
• 误差校正
• 大地测量
• GNSS
• 空间技术

开启精准定位新纪元：全球卫星导航系统（GNSS）的基石 本书深入探讨了支撑现代精准定位技术的全球卫星导航系统（GNSS）的方方面面。从其历史渊源、技术原理，到实际应用与未来发展，为读者勾勒出一幅全面而深刻的 GNSS 画像。 第一部分：GNSS 的基础架构与运作原理 GNSS 并非单一系统，而是由多个独立运行又相互协作的卫星星座组成。我们将逐一剖析其中最核心的系统，如美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）、欧盟的伽利略系统（Galileo）以及中国的北斗卫星导航系统（BDS）。 卫星星座的部署与轨道动力学： 了解这些系统如何通过精确设计的卫星星座，以中等地球轨道（MEO）和地球静止轨道（GEO）等多种轨道形态，实现对地球表面的全覆盖。我们将深入分析卫星的轨道参数、姿态控制，以及如何通过精密的轨道预测模型来保证定位精度。 导航信号的产生与传播： 详细解析 GNSS 卫星如何生成包含导航电文和测距码的无线电信号。我们将探讨信号的频率分配、编码方式（如伪随机噪声码 P(Y) 码、C/A 码、B1/B2/B3 信号等），以及这些信号在穿越大气层（电离层和对流层）时发生的延迟和折射效应，这些都是影响定位精度的关键因素。 接收机的设计与工作流程： 深入阐述 GNSS 接收机如何捕获、跟踪和处理卫星信号。我们将揭示接收机内部的关键组件，如天线、低噪声放大器（LNA）、数字信号处理器（DSP）和核心的导航处理器。读者将了解接收机如何通过测量伪距（Pseudo-range）和载波相位（Carrier phase），并结合导航电文中的星历（Ephemeris）和历书（Almanac）数据，进行三维空间坐标和时间的解算。 第二部分：GNSS 定位的误差来源与修正技术 尽管 GNSS 技术已相当成熟，但其定位结果仍会受到多种误差源的影响。本书将系统性地分析这些误差，并介绍相应的修正技术，以实现更高精度的定位。 系统性误差： 探讨卫星时钟误差、轨道误差，以及接收机内部时钟误差对定位的影响。我们将介绍卫星差分技术（如实时动态差分 DGNSS，差分 GPS DGPS）和精密单点定位（PPP）等方法，如何利用地面参考站或高精度轨道/钟差信息来实时修正这些系统性误差。 传播性误差： 详细分析电离层和对流层延迟误差，这是 GNSS 定位中最主要的误差源之一。我们将介绍单频和双频接收机如何通过不同的模型（如 Klobuchar 模型）或差分技术来减缓这些效应，以及如何利用地面气象数据或全球大气模型进行更精确的校正。 接收机相关误差： 关注多路径效应（信号在障碍物反射后到达接收机）和接收机噪声。我们将探讨接收机设计上的改进，如抗多路径的天线和信号处理算法，以及如何通过数据平滑和滤波技术来抑制噪声。 相对定位与绝对定位： 区分绝对定位（接收机独立计算自身位置）和相对定位（如载波相位差分定位 RTK），并深入解析 RTK 技术如何通过基站和流动站之间的差分信号，实现厘米级甚至毫米级的定位精度。 第三部分：GNSS 在各领域的广泛应用 GNSS 技术已渗透到我们生活的方方面面，本书将聚焦其在多个关键领域的应用。 交通运输： 从航空器的导航、船舶的航行，到汽车的自动驾驶和车队管理，GNSS 是现代交通安全与效率的基石。我们将探讨 GNSS 在空中交通管制（ATC）、船舶自动避碰系统（AIS）、以及智能网联汽车中的关键作用。 地理信息系统（GIS）与测绘： 介绍 GNSS 如何与 GIS 紧密结合，实现地物的精确采集、空间分析和地图绘制。我们将深入研究 RTK、PPK 等高精度测量技术在地形测绘、工程建设、不动产测绘等领域的应用。 科学研究与地球观测： 探讨 GNSS 在地球科学研究中的独特价值，如地壳形变监测、地震预警、火山活动监测、大气参数探测以及气候变化研究。我们将展示如何通过 GNSS 反演技术来获取这些重要的科学数据。 灾害监测与应急响应： 分析 GNSS 在地震、洪水、滑坡等自然灾害发生时的作用，包括灾区快速定位、人员搜救、物资配送以及灾情评估。 时间同步与授时： 强调 GNSS 提供的精确时间信号在通信网络（如 4G/5G 基站）、电力系统、金融交易系统等领域的时间同步与授时中的关键作用，保证了现代信息社会的稳定运行。 第四部分：GNSS 的未来发展趋势 随着科技的不断进步，GNSS 技术也在持续演进，以应对日益增长的定位精度和可用性需求。 多系统融合与增强： 探讨如何通过融合多个 GNSS 系统（如 GPS、GLONASS、Galileo、BDS）以及其他导航增强系统（如 SBAS、GBAS、ABAS），进一步提高定位的可靠性和可用性，特别是在城市峡谷和室内等信号遮挡区域。 新兴技术与应用： 关注人工智能（AI）、机器学习（ML）在 GNSS 信号处理、误差建模和预测中的应用，以及惯性导航系统（INS）、视觉导航（VSLAM）等技术的融合，以实现更鲁棒和全方位的导航定位能力。 高精度服务与商业模式： 展望高精度定位服务（如厘米级、毫米级定位）的商业化应用，以及在自动驾驶、精准农业、无人机作业、室内导航等领域的巨大潜力。 安全与抗干扰： 探讨 GNSS 信号的安全性和抗干扰能力，以及在面临欺骗（Spoofing）和干扰（Jamming）攻击时的应对策略和技术发展。 本书旨在为读者提供一个深入、全面且易于理解的 GNSS 知识体系，无论您是 GNSS 领域的专业人士，还是对精准定位技术感兴趣的学生或爱好者，都能从中受益。通过阅读本书，您将能深刻理解 GNSS 如何成为支撑现代社会运行的关键基础设施，并洞察其未来的无限可能。

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这本书的视野并不仅仅局限于单一的技术层面，它巧妙地将广域差分技术置于整个全球导航卫星系统（GNSS）的宏大背景下进行审视。在某些章节，作者开始探讨该技术在现代社会基础设施建设中的战略意义，比如在自动驾驶车队管理、高精度地理信息测绘，乃至远程遥感监测中的不可替代性。他通过引用几个引人深思的行业案例，展示了广域差分系统从核心算法到地面站网络部署的完整产业链条。这种从微观算法到宏观应用的跨越，使得技术不再是孤立存在的符号，而是与现实世界的运行紧密相连的工具。阅读到这些部分时，我感觉自己不仅仅在学习一种技术，更是在理解一种支撑现代社会运行的“基础设施语言”。书末对于未来技术发展趋势的展望也相当具有启发性，作者对新一代信号处理技术与机器学习结合的可能性进行了大胆而审慎的预测，为我们指明了后续研究的方向。

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这本书的排版和图表设计，体现了极高的专业水准和对读者的尊重。通常这类技术书籍的图表往往是生硬的黑白线条图，晦涩难懂，但这里的插图和示意图制作得极为精良。色彩的运用恰到好处，既能区分不同的数据流或误差模型，又不会分散读者的注意力。特别是那些关于误差椭球和数据平滑过程的动态模拟图（虽然是静态印刷），作者通过巧妙的阴影和层次处理，几乎能让人在脑海中“看到”数据的变化轨迹。装帧质量也无可挑剔，纸张的触感舒适，长时间阅读下来眼睛不易疲劳。总的来说，这是一部集学术严谨性、工程实用性与阅读体验于一身的上乘之作。它要求读者投入精力去消化吸收，但所给予的回报却是系统化、高价值的知识体系，对于任何想深入理解现代高精度定位技术的人来说，它无疑是一笔宝贵的投资。

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这本书的封面设计着实令人眼前一亮，那种深邃的蓝色调，搭配上一些抽象的几何图形，仿佛在暗示着某种高精度的空间探索。我原本以为这会是一本晦涩难懂的纯理论教材，毕竟“广域差分运算”听起来就充满了专业壁垒。然而，翻开第一章，作者的叙述方式却展现出一种令人惊喜的亲和力。他没有急于抛出复杂的数学公式，而是从一个非常贴近生活的场景切入——比如在城市峡谷中如何精确确定一个车辆的位置，以及为什么传统的定位系统在这种环境下会“迷路”。这种由浅入深的引导，让原本令人生畏的技术名词变得生动起来。书中对不同误差源的分析尤为细致，无论是电离层延迟、对流层折射，还是多路径效应，作者都用非常清晰的比喻和图示进行了阐述，即便是初涉此领域的读者也能迅速建立起宏观的认知框架。尤其让我印象深刻的是，作者在讲解基础概念时，总能穿插一些历史沿革，让我们了解到这些技术的诞生和发展并非一蹴而就，而是经历了无数次的修正和突破，这不仅丰富了知识储备，也增添了阅读的趣味性。

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这本书的结构安排非常严谨，仿佛一位经验丰富的工程师在绘制蓝图，每一步都清晰可循，逻辑链条紧密得让人感到踏实。我特别欣赏作者在处理核心算法部分时的匠心独白。他并没有简单地罗列公式，而是将每一个运算环节都分解成若干个模块，然后针对性地讨论每个模块的优化策略。比如，在讨论如何提高收敛速度时，书中详细对比了不同迭代算法在不同数据质量下的表现，并通过大量的实测数据图表进行佐证，这种“用数据说话”的态度，极大地增强了论证的说服力。更难得的是，作者对软件实现层面的考量也考虑得非常周全。他似乎预见到读者在实际操作中可能遇到的性能瓶颈和兼容性问题，因此在相关章节中，隐晦地提示了在嵌入式系统和实时处理环境下需要特别注意的陷阱，比如数据预处理的效率、浮点运算的精度控制等等。这种超越理论层面的关怀，让这本书不仅仅停留在纸面上，更具备了强大的工程实践指导价值，仿佛手里拿着的不是一本理论书，而是一份经过实战检验的开发手册。

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阅读过程中，我时常被作者那种对“精准”近乎偏执的追求所感染。他对于“误差”这个概念的探讨，简直达到了吹毛求疵的程度，但正是这种深度，才使得全书的基调显得如此专业和可信。书中有一段关于时间同步和坐标系转换的论述，内容涉及相对论效应在精密导航中的微小修正，这部分内容在很多同类书籍中往往是一带而过，但在这里却被赋予了足够的篇幅，作者甚至引用了最新的国际标准，对比了不同标准间的微小差异及其对最终解的影响。这种对细节的深究，极大地拓宽了我的视野，让我意识到在追求米级甚至亚米级精度时，那些看似微不足道的因素是如何累积并主导最终结果的。同时，作者在阐述这些复杂概念时，选用的语言风格非常内敛和克制，没有过多的夸张或煽情，完全依靠扎实的论据和严密的推理来构建知识体系，给人一种沉稳、可靠的阅读体验，仿佛在与一位德高望重的领域前辈进行学术交流。

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