全球卫星导航系统信号处理  085401M06001H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业研讨课 | 任课教师:巴晓辉
授课时间: 星期四,第9、10、11 节
授课地点: 教一楼225
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10
课程编号: 085401M06001H 课时: 30 学分: 1.50
课程属性: 专业研讨课 主讲教师:巴晓辉 助教:
英文名称: Global Satellite Navigation System Signal Processing 召集人:

教学目的、要求

本课程为电子、通信、微电子专业的研究生专业研讨课,本课程介绍了目前已建成和正在建设的卫星导航系统,介绍了卫星信号与导航电文格式、卫星轨道的理论与计算、GNSS信号捕获、跟踪与解算的主要方法和抗干扰相关技术。
课程学完之后要求学生掌握现有GNSS系统的特点,了解常用GNSS信号的调制方式、扩频码特性和电文格式,能够根据星历计算卫星的位置、速度,对GNSS信号的捕获、跟踪和定位方法有所了解。

预修课程

教 材

自编教材

主要内容

第二部分 课程教学内容和要求
第一章	全球卫星导航系统介绍( 3学时)
【目的要求】
1、	掌握全球卫星导航系统星座建设、发展历程、信号特点
2、	熟悉GNSS信号调制方法
3、	了解最新的星座发展状况
【教学内容】
第一节	四大全球卫星导航系统介绍
知识要点:星座建设、信号特点、发展历程
第二节	两大区域卫星导航系统介绍
知识要点:星座建设、信号特点、发展历程
第三节	星基增强系统介绍
知识要点:星座建设、信号特点、发展历程

第二章	GPS/BDS卫星信号格式与导航电文( 3 学时)
【目的要求】
1、	掌握GPS和BDS的扩频码特性、调制方式、信号功率等信号特性
2、	熟悉GPS和BDS的电文帧格式
3、	了解GPS和BDS最新的信号格式
【教学内容】
第一节	GPS卫星信号格式和导航电文
知识要点:GPS L1C/A、L2C、L5、L1C四种民用信号的调制方式、扩频码特点与电文格式
第二节	BDS卫星信号格式和导航电文
知识要点:BDS B1I、B2I、B3I、B1C、B2A五种民用信号的调制方式、扩频码特点与电文格式

第三章	Galileo/Glonass卫星信号格式与导航电文( 3 学时)
【目的要求】
1、掌握Galileo和Glonass的扩频码特性、调制方式、信号功率等信号特性
2、熟悉Galileo和Glonass的电文帧格式
3、了解Galileo和Glonass的信号格式
【教学内容】
第一节 Galileo卫星信号格式和导航电文
知识要点:Galileo E1B/C、E5a、E5b三种民用信号的调制方式、扩频码特点与电文格式
第二节 Glonass卫星信号格式和导航电文
知识要点:Glonass L1OF、L2OF、L1OC、L2OC、L3OC五种民用信号的调制方式、扩频码特点与电文格式

第四章	卫星轨道理论与计算( 3 学时)
【目的要求】
1、掌握卫星轨道计算的理论知识
2、熟悉卫星轨道的摄动和非摄动参数
3、了解星历和历书计算卫星位置和速度的方法
【教学内容】
第一节 卫星轨道的理论基础
知识要点:开普勒公式、坐标系变换、ECI坐标系、ECEF坐标系
第二节 由星历和历书计算卫星轨道的方法
知识要点:卫星轨道计算方法

第五章	课内实验( 3 学时)
【目的要求】
1、掌握扩频码生成方法、自相关和互相关概念
2、熟悉卫星轨道计算流程
【教学内容】
第一节 编程GPS和BDS的扩频码生成
知识要点:根据码发生器的形式生成扩频码,并能绘出自相关和互相关的结果
第二节 编程计算卫星位置
知识要点:根据星历,计算卫星位置

第六章	GNSS信号捕获( 3 学时)
【目的要求】
1、掌握GNSS接收机冷热温启动、多普勒变化、相干累加、非相干累加等概念
2、熟悉多种GNSS接收机捕获算法
3、了解GNSS接收机捕获参数
【教学内容】
第一节 GNSS接收机首次定位时间TTFF
知识要点:GNSS冷热温启动的概念
第二节 GNSS接收机多普勒范围
知识要点:GNSS接收机频率多普勒范围的推导、高动态对多普勒的影响
第三节 GNSS接收机捕获方法
知识要点:常用GNSS接收机捕获方法

第七章	GNSS载波跟踪( 3 学时)
【目的要求】
1、掌握锁相环锁频环工作原理、稳态相应、环路参数的设计
2、熟悉载波跟踪环路设计方法和流程
3、了解不同阶数的环路对不同动态的接收机带来的影响
【教学内容】
第一节 锁相环跟踪
知识要点:锁相环结构、系统函数、设计方法、跟踪性能
第二节 锁频环跟踪
知识要点:锁频环结构、系统函数、设计方法

第八章	GNSS定位原理( 3 学时)
【目的要求】
1、掌握GNSS定位和测速方程的建立和求解
2、熟悉GNSS多系统联合定位时定位方程的建立方法
3、了解多种GNSS定位方程求解方法
【教学内容】
第一节 定位方程和求解
知识要点:定位方程的建立、泰勒展开过程、最小二乘法基本原理、多系统联立的定位方程形式
第二节 测速方程和求解
知识要点:测速方程的建立和求解过程

第九章	GNSS干扰抑制( 3 学时)
【目的要求】
1、掌握干扰类型、抗干扰技术、频域窄带干扰抑制方法、自适应时域窄带干扰抑制方法
2、熟悉频域与时域干扰抑制方法的优缺点
3、了解干扰对射频的要求
【教学内容】
第一节 频域窄带干扰抑制方法
知识要点:加窗对频率估计的影响、频域门限设定方法
第二节 时域窄带干扰抑制方法
知识要点:自适应陷波器的设计、干扰频率估计方法

第十章	开卷考试( 3 学时)

参考文献

主要参考书:
1、全球导航卫星系统原理-GPS、格洛纳斯和伽利略系统(谢钢著)
2、GPS 全球定位接收机,―原理和软件实现(鲁郁著)
3、GPS原理与应用(第二版)(Elliott D.Kaplan and Christopher J.Hegarty,寇艳红译)
4、Fundamentals of Global Position System Receivers, A Software Approach (James Bao-Yen Tsui)