學習衛(wèi)星導航技術的基本原理，并通過MATLAB程序實現(xiàn)可視化仿真

本書以盡量少的數學知識來解釋衛(wèi)星導航的基礎原理，避免使用各類復雜的方程，其首要原則是幫助讀者理解相關的理論知識，并通過一些實際案例使讀者逐步建立相應的知識體系。此外，本書通過MATLAB仿真來解決相應問題，從而使讀者理解在不同配置下導航信號及系統(tǒng)的運行方式。本書還討論了衛(wèi)星導航的實施和應用以及相應的專題，如卡爾曼濾波和電離層。

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學習目標

● 了解衛(wèi)星導航系統(tǒng)是如何工作的

● 了解從事衛(wèi)星導航系統(tǒng)工作時，如何提高效率

● 學會使用MATLAB進行仿真，建立可視化的概念

● 學會多種技術實現(xiàn)方法

● 掌握衛(wèi)星導航系統(tǒng)最重要的應用

譯者序

衛(wèi)星導航系統(tǒng)可在全球范圍內提供全天候的、連續(xù)的高精度定位、導航及授時服務，迄今已產生了巨大的應用效益，深入到人類生活的各個方面。我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)于2012年底正式提供區(qū)域服務，進一步引起了國人對衛(wèi)星導航技術的關注。我國越來越多的青年學者和在校學生期望了解衛(wèi)星導航、研究衛(wèi)星導航； 與此同時，有關衛(wèi)星導航的書籍也大量涌現(xiàn)，其中不乏深受衛(wèi)星導航愛好者喜愛的參考書。但是，從我們多年從事衛(wèi)星導航領域研究工作和研究生培養(yǎng)工作的經驗來看，對于剛接觸衛(wèi)星導航的初學者而言，國內尚缺乏一本較為系統(tǒng)、同時又形象易懂的衛(wèi)星導航基礎原理參考書。

我們在2015年第一次看到Rajat Acharya教授所著的Understanding Satellite Navigation。這本書非常全面、系統(tǒng)地涵蓋了衛(wèi)星導航各方面的基礎知識，更為難得的是，它以一種簡單易懂和輕松的方式向讀者闡述衛(wèi)星導航的基礎原理。對于復雜晦澀的內容，作者通常會以類比的方式切入，達到深入淺出的效果。我們認為，這是一本系統(tǒng)性闡述衛(wèi)星導航原理，適用于不同階段讀者閱讀，尤其適用于衛(wèi)星導航初學者的參考書。希望此書的中譯本能為那些對衛(wèi)星導航相關知識感興趣的學生、青年學者和研究人員提供一些參考。

Rajat Acharya教授為印度空間研究組織（ISRO）的科學家，多年來致力于印度的衛(wèi)星導航系統(tǒng)（IRNSS）及增強系統(tǒng)（GAGAN）的研究，同時作為聯(lián)合國亞太空間科學與教育中心(CSSTE-AP)的教師，為碩士研究生講授有關于衛(wèi)星通信和衛(wèi)星導航方面的課程，在衛(wèi)星導航領域積累了豐厚的知識及教學經驗。

本書共10章，前兩章講述了衛(wèi)星導航的發(fā)展歷程和基礎知識； 從第3章開始介紹衛(wèi)星導航的原理性內容，包括軌道、導航信號、接收機、定位解算、誤差和誤差修正、差分定位等內容； 第9章獨立于其他章節(jié)，闡述了卡爾曼濾波和電離層這兩個與衛(wèi)星導航系統(tǒng)性能密切相關的專題； 第10章介紹了衛(wèi)星導航的典型應用。為了便于初學者掌握相關術語，我們特意在每章的開頭整理了本章內容的英、中對照關鍵詞表。

本書由中國科學院光電研究院的袁洪研究員、徐穎研究員、陳夏蘭工程師共同完成翻譯工作。中國科學院光電研究院衛(wèi)星導航團隊的其他成員在本書翻譯過程中提供了大力支持，他們是： 李子申、魏東巖、李雯、來奇峰、趙姣姣、李祥紅、周凱、袁超、田向偉、劉文學、唐陽陽。此外，中國科學院大學的研究生汪亮、姚團結、曾茂書、霍翠萍、陸一等協(xié)助完成了大量的譯稿整理工作。譯者謹對所有曾給予過支持和提供幫助的同志表示誠摯的感謝。

本書由歐陽光洲研究員進行了仔細的審閱并提出了許多寶貴意見，在此深表感謝。

在本書的翻譯過程中，譯者力求忠實于原著，但限于時間及水平，不妥之處在所難免，敬請讀者不吝指正。

前言

筆者曾編寫一本由印度空間研究組織（ISRO）內部出版的有關衛(wèi)星導航的小冊子，并深受聯(lián)合國亞太空間科學與教育中心（CSSTE-AP）的學生們的喜愛，那時我便漸漸萌生了編寫一本有關衛(wèi)星導航原理參考書的想法。從我獲得的信息來看，無論從學術還是國家的角度出發(fā)，也無論是對于商業(yè)還是戰(zhàn)略性的用戶，甚至對于科研人員而言，一本通俗易懂的衛(wèi)星導航入門級參考書都是必不可少的； 尤其對于初學者，一本在內容上經過合理組織、易懂的入門級參考書，更能起到事半功倍的效果。因此，本書的目的是，針對來自不同背景的初學者，以一種簡單易懂的形式，從零開始介紹衛(wèi)星導航的相關知識。

本書的主要特點之一是，從基礎的物理原理出發(fā)，闡述衛(wèi)星導航的基本工作原理，書中僅使用了最必要的基礎數學知識，而沒有使用各類復雜的方程進行推導。在編寫本書的過程中，我一直把潛在讀者設想為大學生或者是第一次接觸衛(wèi)星導航的初學者。希望這種從基本原理乃至所有相關技術細節(jié)都簡單化的處理方式，能夠使讀者在學習到相關知識的同時，有一個愉悅的學習體驗。

本書涵蓋了衛(wèi)星導航系統(tǒng)的通用工作原理，而并未專注于某一特定的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。它強調的是從基本的物理概念和常識出發(fā)，漸進剖析每一個復雜的過程，其中每一個基本原理都給出了數學證明，但盡可能多地只使用目標讀者可能掌握的基礎數學知識； 此外，對于每一個重要的概念，本書均給出了相應的MATLAB可視化仿真程序，從而使得讀者可以通過對實例的仿真來更深入地理解他們所學的知識。我認為，這也正是本書的獨一無二之處。

最后，值得一提的是，本書完整地包含了衛(wèi)星導航各方面的基礎知識。本書提出的觀點僅代表作者個人，并不代表我的單位和印度政府。

致謝

衷心感謝印度加爾各答大學，特別是Asish Dasgupta教授、Apurba Datta教授和Bijoy Banerjee教授等人，他們一直是我靈感的源泉。感謝印度空間研究組織的空間應用中心（SAC-ISRO）給我提供的支持，并特別要感謝Bijoy Roy博士、Chandrashekhar博士、Suman Aich博士和Ananya Roy先生對初稿的審查和評論。感謝來自CFRSI的Suman Ganguly博士的友好合作，同時感謝M. R. Sivaraman博士、Kalyan Bandyopadhyay博士、Vilas Palsule先生以及整個CSSTE-AP團隊的慷慨付出。感謝整個Elsevier團隊和本書的多位審稿人。最后但同樣重要的是，真誠地感謝我的妻子Chandrani，我的兒子Anubrata和我的父母對我的鼓勵以及本書寫作期間的長期付出，從而使得這項努力最終獲得成功。