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《北斗衛星導航定位技術實驗教程》涵蓋了學習北斗衛星導航定位技術所需要掌握的基本實驗。《北斗衛星導航定位技術實驗教程》共 90 多個不同類型、不同難度的典型實驗,包括北斗衛星導航時間系統、坐標系統、衛星軌道、導航電文、導航信號、單點定位、測速與授時、定位精度評估、差分定位、多系統融合定位等理論知識和操作技能實驗。每個實驗具有原理知識全面、實驗流程清晰、操作步驟詳實等特點。操作技能實驗部分還提供了大量的實驗數據和開源代碼,從而減少實驗準備的時間,更好地培養讀者的實踐能力。《北斗衛星導航定位技術實驗教程》力求理論與實踐相結合、知識與技能相統一,不僅具有教學上的典型性、代表性,更具有技術上的實用性。
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目錄
第0章 緒論 1
0.1 實驗教學在衛星導航原理教學中的地位和作用 1
0.2 本實驗教程的內涵與指導思想 2
0.3 實驗總目的和要求 2
0.4 如何做好衛星導航實驗 3
0.5 開設本課程實驗所需的實驗條件 4
0.6 衛星導航教學實驗平臺簡介 5
第一部分 衛星導航定位原理與方法實驗
第1章 衛星導航系統原理實驗 9
1.1 衛星導航系統及導航信號頻點實驗 9
1.2 衛星星曆採集實驗 14
1.3 偽距與載波相位採集實驗 17
1.4 衛星信噪比與仰角關係實驗 20
1.5 衛星導航接口控制文件實驗 23
第2章 衛星導航時間系統轉換實驗 25
2.1 時間表示方式轉換實驗 25
2.1.1 格裡高利曆與儒略日的轉換實驗 25
2.1.2 周+周內秒與儒略日的轉換實驗 28
2.1.3 年+年積日+天內秒與儒略日的轉換實驗 29
2.2 UTC 跳秒(閏秒)實驗 31
2.2.1 UTC 跳秒基礎實驗31
2.2.2 UTC 跳秒查詢及應用實驗 33
2.3 衛星導航時與UTC 的轉換實驗 34
2.3.1 北斗周+周內秒與UTC 的轉換實驗 34
2.3.2 GPST 周+周內秒與UTC 的轉換實驗 36
2.3.3 GPST 累積秒與周+周內秒的轉換實驗 38
2.4 UTC 與本地時間轉換實驗 41
2.4.1 UTC 與本地時間的轉換實驗 41
2.4.2 UTC 與北京時間的轉換實驗 42
第3章 衛星導航坐標系統轉換實驗 44
3.1 地心地固直角坐標系與大地坐標系轉換實驗 44
3.1.1 地心地固直角坐標與大地經緯高坐標轉換實驗 44
3.1.2 地心地固直角坐標與地心經緯高坐標轉換實驗 47
3.2 不同地固直角坐標系轉換實驗 49
3.3 地心地固直角坐標系與站心坐標系轉換實驗 50
3.3.1 坐標旋轉矩陣計算實驗 50
3.3.2 地心地固直角坐標與東北天坐標轉換實驗 52
3.4 地心慣性坐標系與地心地固直角坐標系轉換實驗 54
3.4.1 歲差和章動旋轉矩陣計算實驗 54
3.4.2 格林尼治恒星時及地球自轉矩陣計算實驗 56
3.4.3 極移旋轉矩陣計算實驗 58
3.4.4 地心慣性坐標和地心地固直角坐標轉換實驗 59
第4章 衛星軌道與鐘差計算實驗 62
4.1 衛星星座構型組成實驗 62
4.2 衛星軌道及星座設計實驗 64
4.2.1 北斗星座設計實驗 64
4.2.2 GPS 星座設計實驗 66
4.3 根據開普勒軌道參數設計衛星軌道實驗 67
4.4 根據曆書計算衛星位置實驗 69
4.4.1 北斗三號衛星導航系統中等精度曆書計算衛星位置實驗 69
4.4.2 北斗三號衛星導航系統簡約曆書計算衛星位置實驗 73
4.4.3 北斗二號衛星導航系統曆書計算衛星位置實驗 75
4.4.4 GPS 曆書計算衛星位置實驗 77
4.5 根據星曆計算衛星位置實驗 79
4.5.1 北斗三號衛星導航系統MEO/IGSO 星曆計算衛星位置實驗 79
4.5.2 北斗二號衛星導航系統MEO/IGSO/GEO 星曆計算衛星位置實驗 84
4.5.3 GPS 星曆計算衛星位置實驗 88
4.6 根據曆書計算衛星鐘差實驗 93
4.6.1 北斗曆書計算衛星鐘差實驗 93
4.6.2 GPS 曆書計算衛星鐘差實驗 95
4.7 根據導航電文計算衛星鐘差實驗 96
4.7.1 北斗導航電文計算衛星鐘差實驗 96
4.7.2 GPS 導航電文計算衛星鐘差實驗 97
第5章 導航信號傳播誤差修正實驗 99
5.1 北斗二號/GPS 電離層延遲改正實驗 99
5.2 北斗三號衛星導航系統電離層延遲改正實驗 103
5.3 雙頻電離層延遲改正實驗 109
5.4 對流層延遲改正實驗 111
5.5 地球自轉效應改正實驗 114
5.6 相位中心偏移改正實驗 116
5.7 相對論效應改正實驗 118
第二部分 衛星導航定位接收機實驗
第6章 導航信號捕獲跟蹤實驗 123
6.1 導航信號模擬實驗 123
6.2 導航信號捕獲實驗 127
6.3 導航信號跟蹤實驗 131
6.4 偽距觀測值輸出實驗 134
6.5 導航電文解析與測量實驗 137
6.5.1 北斗二號衛星導航系統導航電文解析實驗 137
6.5.2 GPS 導航電文解析實驗 140
第7章 接收機定位實驗 143
7.1 可見性判斷實驗 143
7.2 幾何距離計算實驗 145
7.3 接收機定位解算實驗 148
第8章 接收機定位精度評估實驗 154
8.1 接收機定位精度評估準則實驗 154
8.2 DOP 計算實驗 156
第9章 接收機測速實驗 160
9.1 多普勒頻移計算實驗 160
9.2 北斗接收機測速解算實驗 162
9.3 GPS 接收機測速解算實驗 164
第10章 接收機授時實驗 166
10.1 北斗接收機授時解算實驗 166
10.2 GPS 接收機授時解算實驗 168
第11章 NMEA0183 語句功能實驗 170
11.1NMEA0183 語句獲取實驗 170
11.2 NMEA0183 常用語句解析實驗 172
第12章 接收機數據文件輸出與讀取實驗 176
12.1 RINEX 文件讀取實驗 176
12.1.1 觀測值文件讀取 176
12.1.2 導航電文文件讀取 179
12.1.3 氣象參數文件讀取 181
12.2 RINEX 文件應用實驗 183
第三部分 衛星導航高精度數據處理實驗
第13章 多系統融合定位實驗 187
13.1 多系統時間同步實驗 187
13.1.1 BDT 與UTC 同步實驗 187
13.1.2 BDT 與其他GNSS 時間同步實驗 190
13.2 多系統融合定位解算實驗 191
13.2.1 北斗+GPS 雙系統融合定位實驗 191
13.2.2 北斗+GLONASS 雙系統融合定位實驗 195
13.2.3 北斗+Galileo 雙系統融合定位實驗 197
13.2.4 北斗+GPS +Galileo 三系統融合定位實驗 199
13.2.5 全球四系統融合定位實驗 202
第14章 實時差分定位實驗 205
14.1 RTCM 協議解析實驗 205
14.2 RTK 解算實驗 209
14.3 整周模糊度解算實驗 213
第15章 精密單點定位實驗 218
15.1 sp3 精密星曆與鐘差獲取實驗 218
15.2 sp3 精密星曆文件讀取實驗 219
15.3 鐘差文件讀取實驗 221
15.4 傳播誤差模型校正實驗 223
15.4.1 衛星天線相位中心變化改正實驗 223
15.4.2 接收機天線相位中心變化改正實驗 226
15.4.3 相位纏繞改正實驗 228
15.4.4 固體潮改正實驗 230
15.5 PPP 解算實驗 232
第16章 後處理基線解算實驗 238
16.1 單基線解算實驗 238
16.2 多基線解算實驗 239
16.3 網平差解算實驗 242
第四部分 衛星導航應用實驗
第17章 基於安卓系統的導航定位應用實驗 249
17.1 安卓導航定位APP 開發環境搭建實驗 249
17.2 智能移動終端定位APP 開發實驗 251
參考文獻 255
第0章 緒論 1
0.1 實驗教學在衛星導航原理教學中的地位和作用 1
0.2 本實驗教程的內涵與指導思想 2
0.3 實驗總目的和要求 2
0.4 如何做好衛星導航實驗 3
0.5 開設本課程實驗所需的實驗條件 4
0.6 衛星導航教學實驗平臺簡介 5
第一部分 衛星導航定位原理與方法實驗
第1章 衛星導航系統原理實驗 9
1.1 衛星導航系統及導航信號頻點實驗 9
1.2 衛星星曆採集實驗 14
1.3 偽距與載波相位採集實驗 17
1.4 衛星信噪比與仰角關係實驗 20
1.5 衛星導航接口控制文件實驗 23
第2章 衛星導航時間系統轉換實驗 25
2.1 時間表示方式轉換實驗 25
2.1.1 格裡高利曆與儒略日的轉換實驗 25
2.1.2 周+周內秒與儒略日的轉換實驗 28
2.1.3 年+年積日+天內秒與儒略日的轉換實驗 29
2.2 UTC 跳秒(閏秒)實驗 31
2.2.1 UTC 跳秒基礎實驗31
2.2.2 UTC 跳秒查詢及應用實驗 33
2.3 衛星導航時與UTC 的轉換實驗 34
2.3.1 北斗周+周內秒與UTC 的轉換實驗 34
2.3.2 GPST 周+周內秒與UTC 的轉換實驗 36
2.3.3 GPST 累積秒與周+周內秒的轉換實驗 38
2.4 UTC 與本地時間轉換實驗 41
2.4.1 UTC 與本地時間的轉換實驗 41
2.4.2 UTC 與北京時間的轉換實驗 42
第3章 衛星導航坐標系統轉換實驗 44
3.1 地心地固直角坐標系與大地坐標系轉換實驗 44
3.1.1 地心地固直角坐標與大地經緯高坐標轉換實驗 44
3.1.2 地心地固直角坐標與地心經緯高坐標轉換實驗 47
3.2 不同地固直角坐標系轉換實驗 49
3.3 地心地固直角坐標系與站心坐標系轉換實驗 50
3.3.1 坐標旋轉矩陣計算實驗 50
3.3.2 地心地固直角坐標與東北天坐標轉換實驗 52
3.4 地心慣性坐標系與地心地固直角坐標系轉換實驗 54
3.4.1 歲差和章動旋轉矩陣計算實驗 54
3.4.2 格林尼治恒星時及地球自轉矩陣計算實驗 56
3.4.3 極移旋轉矩陣計算實驗 58
3.4.4 地心慣性坐標和地心地固直角坐標轉換實驗 59
第4章 衛星軌道與鐘差計算實驗 62
4.1 衛星星座構型組成實驗 62
4.2 衛星軌道及星座設計實驗 64
4.2.1 北斗星座設計實驗 64
4.2.2 GPS 星座設計實驗 66
4.3 根據開普勒軌道參數設計衛星軌道實驗 67
4.4 根據曆書計算衛星位置實驗 69
4.4.1 北斗三號衛星導航系統中等精度曆書計算衛星位置實驗 69
4.4.2 北斗三號衛星導航系統簡約曆書計算衛星位置實驗 73
4.4.3 北斗二號衛星導航系統曆書計算衛星位置實驗 75
4.4.4 GPS 曆書計算衛星位置實驗 77
4.5 根據星曆計算衛星位置實驗 79
4.5.1 北斗三號衛星導航系統MEO/IGSO 星曆計算衛星位置實驗 79
4.5.2 北斗二號衛星導航系統MEO/IGSO/GEO 星曆計算衛星位置實驗 84
4.5.3 GPS 星曆計算衛星位置實驗 88
4.6 根據曆書計算衛星鐘差實驗 93
4.6.1 北斗曆書計算衛星鐘差實驗 93
4.6.2 GPS 曆書計算衛星鐘差實驗 95
4.7 根據導航電文計算衛星鐘差實驗 96
4.7.1 北斗導航電文計算衛星鐘差實驗 96
4.7.2 GPS 導航電文計算衛星鐘差實驗 97
第5章 導航信號傳播誤差修正實驗 99
5.1 北斗二號/GPS 電離層延遲改正實驗 99
5.2 北斗三號衛星導航系統電離層延遲改正實驗 103
5.3 雙頻電離層延遲改正實驗 109
5.4 對流層延遲改正實驗 111
5.5 地球自轉效應改正實驗 114
5.6 相位中心偏移改正實驗 116
5.7 相對論效應改正實驗 118
第二部分 衛星導航定位接收機實驗
第6章 導航信號捕獲跟蹤實驗 123
6.1 導航信號模擬實驗 123
6.2 導航信號捕獲實驗 127
6.3 導航信號跟蹤實驗 131
6.4 偽距觀測值輸出實驗 134
6.5 導航電文解析與測量實驗 137
6.5.1 北斗二號衛星導航系統導航電文解析實驗 137
6.5.2 GPS 導航電文解析實驗 140
第7章 接收機定位實驗 143
7.1 可見性判斷實驗 143
7.2 幾何距離計算實驗 145
7.3 接收機定位解算實驗 148
第8章 接收機定位精度評估實驗 154
8.1 接收機定位精度評估準則實驗 154
8.2 DOP 計算實驗 156
第9章 接收機測速實驗 160
9.1 多普勒頻移計算實驗 160
9.2 北斗接收機測速解算實驗 162
9.3 GPS 接收機測速解算實驗 164
第10章 接收機授時實驗 166
10.1 北斗接收機授時解算實驗 166
10.2 GPS 接收機授時解算實驗 168
第11章 NMEA0183 語句功能實驗 170
11.1NMEA0183 語句獲取實驗 170
11.2 NMEA0183 常用語句解析實驗 172
第12章 接收機數據文件輸出與讀取實驗 176
12.1 RINEX 文件讀取實驗 176
12.1.1 觀測值文件讀取 176
12.1.2 導航電文文件讀取 179
12.1.3 氣象參數文件讀取 181
12.2 RINEX 文件應用實驗 183
第三部分 衛星導航高精度數據處理實驗
第13章 多系統融合定位實驗 187
13.1 多系統時間同步實驗 187
13.1.1 BDT 與UTC 同步實驗 187
13.1.2 BDT 與其他GNSS 時間同步實驗 190
13.2 多系統融合定位解算實驗 191
13.2.1 北斗+GPS 雙系統融合定位實驗 191
13.2.2 北斗+GLONASS 雙系統融合定位實驗 195
13.2.3 北斗+Galileo 雙系統融合定位實驗 197
13.2.4 北斗+GPS +Galileo 三系統融合定位實驗 199
13.2.5 全球四系統融合定位實驗 202
第14章 實時差分定位實驗 205
14.1 RTCM 協議解析實驗 205
14.2 RTK 解算實驗 209
14.3 整周模糊度解算實驗 213
第15章 精密單點定位實驗 218
15.1 sp3 精密星曆與鐘差獲取實驗 218
15.2 sp3 精密星曆文件讀取實驗 219
15.3 鐘差文件讀取實驗 221
15.4 傳播誤差模型校正實驗 223
15.4.1 衛星天線相位中心變化改正實驗 223
15.4.2 接收機天線相位中心變化改正實驗 226
15.4.3 相位纏繞改正實驗 228
15.4.4 固體潮改正實驗 230
15.5 PPP 解算實驗 232
第16章 後處理基線解算實驗 238
16.1 單基線解算實驗 238
16.2 多基線解算實驗 239
16.3 網平差解算實驗 242
第四部分 衛星導航應用實驗
第17章 基於安卓系統的導航定位應用實驗 249
17.1 安卓導航定位APP 開發環境搭建實驗 249
17.2 智能移動終端定位APP 開發實驗 251
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