本书从电子技术和通信系统的角度讲解GPS接收机的设计开发原理，其内容集中在用户终端，即接收机的设计原理和软件实现上。全书分为两大部分，第一部分为理论篇，第二部分为实现篇。理论篇首先对导航的基本目的进行了阐述，并由一个浅显的二维导航系统对导航信号的特点进行了推导，随后阐述了GPS信号格式，对GPS信号的基带处理（捕获和跟踪）、伪距和多普勒观测量的性质和提取，以及定位和导航解算算法进行了详细的理论分析，同时对于直接影响接收机性能的射频前端部分做了理论分析；实现篇主要对本书实现的软件GPS接收机的系统实现和源代码进行了讲解，同时作为总结，将信号处理的结果和有意义的中间变量以图示的方式给出，可以使读者有一个感性的认识，同时提升学习兴趣。
　　本书适合从事卫星导航接收机研发的技术人员和卫星通信接收机研究的研究人员，尤其是从事北斗系统研发的专业人员、CDMA通信系统研发人员，以及通信电子类专业的高年级本科生和研究生阅读，既可作为教学培训的教材，也可作为相关专业工程技术人员的参考资料。

　　第4章  GPS信号的跟踪
　　GPS接收机在完成了信号的捕获以后，就对信号的载波频率和伪码相位有了粗略的估计。这里使用了“粗略”这个词来描述信号捕获的结果，是相对于跟踪环路的结果来说的。一般说来，根据信号捕获的结果，对载波频率的估计精度在几百Hz左右，而伪码相位的估计精度在±0.5个码片范围之内。这个精度不足以实现导航电文数据的解调，因为解调数据一般必须在进入稳定的跟踪状态以后才可以进行。同时随着卫星和接收机的相对运动，天线接收到的信号的载波频率和伪码相位还在时刻发生改变，而且更为棘手的是，接收机本地的时钟的钟漂和随机抖动也会影响对已捕获信号的锁定。所以如果没有对载波NcO和伪码NCO的持续不断地动态调整，捕获的信号会很快就失锁，而信号跟踪从其本质来说就是为了实现对信号的稳定跟踪而采取的一种对环路参数的动态调整策略。
　　信号跟踪的目的有两个，一个是实现对GPS信号中的载波分量的跟踪；另一个是实现对伪码分量的跟踪。所以在GPS接收机内部必须有两个跟踪环，这两个跟踪环必须紧密耦合在一起，缺一不可。对如此紧密耦合的两个环路同时进行分析实在是一件困难的事情，所以本章采取的策略是将两个环路分开来分别分析，这样在分析一个环路时，假设另一个已经处于稳定的锁定状态。这样的处理方式是为了理论分析的方便，同时在实际应用中，当接收机处于稳定工作状态时，必定是两个环路都处于稳定地锁定状态，所以这样的处理方式和接收机的实际工作状态并不相悖。
　　在开始对GPS接收机内部的跟踪环路进行分析以前，我们必须对基本锁相环的工作原理有深刻的理解。这是我们进行后续理论分析的基础，所以首先让我们先看看基本锁相环路。

理论篇
第1章 定位、坐标系和时间标准
1.1 问题的提出
1.1.1 基本的目的和基本的定位系统
1.1.2 时钟问题
1.1.3 一个改进的系统
1.1.4 改进后系统的总结
1.2 常用坐标系
1.2.1 地心惯性坐标系
1.2.2 测地坐标系
1.2.3 ECEF坐标系
1.2.4 ENU坐标系
1.2.5 本体坐标系
1.3 时间系统
1.3.1 太阳时和恒星时
1.3.2 力学时
1.3.3 原子时和协调世界时UTC
1.3.4 GPS时
第2章 GPS卫星和导航信号
2.1 GPS卫星星座分布
2.2 GPS信号的基本结构
2.3 GPS信号中的伪随机码
2.4 GPS信号中的导航电文
2.5 不同卫星信号的时间关系
第3章 GPS信号的捕获
3.1 信号捕获的基本概念
3.2 基于硬件相关器的信号捕获
3.3 基于FFT算法的信号捕获
3.4 基于相位补偿和同步数据块累加的快速捕获
第4章 GPS信号的跟踪
4.1 基本锁相环
4.1.1 一阶环
4.1.2 二阶环
4.2 基本锁相环噪声分析
4.3 载波跟踪环
4.4 伪码跟踪环
4.5 GPS接收机中的跟踪环
第5章 数据解调和观测量的提取
5.1 导航电文的解调
5.2 卫星参数解算
5.2.1 卫星轨道的理论分析
5.2.2 利用星历数据计算卫星位置和速度
5.3 伪距观测量的提取
5.4 多普勒观测量的提取
第6章 定位和导航解算
6.1 LeastSquare方法
6.1.1 LeastSquare基本原理
6.1.2 加权的LeastSquare方法
6.1.3 位置解算
6.1.4 速度解算
6.1.5 几何精度因子
6.1.6 卫星的仰角和辐角
6.2 卡尔曼滤波方法
6.2.1 递归最小二乘法(RLS)
6.2.2 基本的卡尔曼滤波器
6.2.3 从连续时间系统到离散时间系统
6.2.4 扩展卡尔曼滤波器
6.2.5 GPS接收机常用的几种KF模型
6.2.6 具体实现中的问题
6.3 最小二乘法和卡尔曼滤波的比较
第7章 射频前端
7.1 卫星信号的发射与接收
7.2 带通采样原理
7.3 中频采样方案
7.4 射频采样方案
7.5 射频载噪比和基带信噪比的关系
7.6 射频前端频率方案实例分析

实现篇
第8章 GPS中频数据采集的硬件实现
8.1 常用的几种射频前端芯片
8.1.1 Zarlink公司的GP2010／GP2015
8.1.2 SiGe公司的SE4110
8.1.3 Maxim公司的MAX2769
8.2 PC接口的软硬件设计
第9章 GPS软件接收机的C++实现
9.1 面向对象的编程思想
9.2 核心信号处理模块
9.2.1 多通道相关器
9.2.2 控制器
9.2.3 信号捕获模块
9.3 应用软件接口
9.3.1 信号源
9.3.2 应用软件和核心处理模块接口
第10章 程序运行界面和数据处理结果分析
10.1 程序运行界面
10.1.1 控制台应用程序
10.1.2 图形界面应用程序
10.2 数据处理结果分析’

附录 A 基本的矩阵和向量运算
A.1 逆矩阵及其性质
A.2 矩阵的特征值和特征向量
A.3 二次型和有定矩阵
A.4 几种重要的矩阵分解
A.5 矩阵分析初步
附录B 直角坐标系的转换和旋转
附录C 级联系统的噪声系数
附录D 和椭圆相关的推导
参考文献