學(xué)習(xí)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的基本原理，并通過(guò)MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)可視化仿真

本書以盡量少的數(shù)學(xué)知識(shí)來(lái)解釋衛(wèi)星導(dǎo)航的基礎(chǔ)原理，避免使用各類復(fù)雜的方程，其首要原則是幫助讀者理解相關(guān)的理論知識(shí)，并通過(guò)一些實(shí)際案例使讀者逐步建立相應(yīng)的知識(shí)體系。此外，本書通過(guò)MATLAB仿真來(lái)解決相應(yīng)問(wèn)題，從而使讀者理解在不同配置下導(dǎo)航信號(hào)及系統(tǒng)的運(yùn)行方式。本書還討論了衛(wèi)星導(dǎo)航的實(shí)施和應(yīng)用以及相應(yīng)的專題，如卡爾曼濾波和電離層。

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學(xué)習(xí)目標(biāo)

● 了解衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是如何工作的

● 了解從事衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工作時(shí)，如何提高效率

● 學(xué)會(huì)使用MATLAB進(jìn)行仿真，建立可視化的概念

● 學(xué)會(huì)多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法

● 掌握衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最重要的應(yīng)用

譯者序

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)提供全天候的、連續(xù)的高精度定位、導(dǎo)航及授時(shí)服務(wù)，迄今已產(chǎn)生了巨大的應(yīng)用效益，深入到人類生活的各個(gè)方面。我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)于2012年底正式提供區(qū)域服務(wù)，進(jìn)一步引起了國(guó)人對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的關(guān)注。我國(guó)越來(lái)越多的青年學(xué)者和在校學(xué)生期望了解衛(wèi)星導(dǎo)航、研究衛(wèi)星導(dǎo)航； 與此同時(shí)，有關(guān)衛(wèi)星導(dǎo)航的書籍也大量涌現(xiàn)，其中不乏深受衛(wèi)星導(dǎo)航愛好者喜愛的參考書。但是，從我們多年從事衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域研究工作和研究生培養(yǎng)工作的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，對(duì)于剛接觸衛(wèi)星導(dǎo)航的初學(xué)者而言，國(guó)內(nèi)尚缺乏一本較為系統(tǒng)、同時(shí)又形象易懂的衛(wèi)星導(dǎo)航基礎(chǔ)原理參考書。

我們?cè)?015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(dǎo)航各方面的基礎(chǔ)知識(shí)，更為難得的是，它以一種簡(jiǎn)單易懂和輕松的方式向讀者闡述衛(wèi)星導(dǎo)航的基礎(chǔ)原理。對(duì)于復(fù)雜晦澀的內(nèi)容，作者通常會(huì)以類比的方式切入，達(dá)到深入淺出的效果。我們認(rèn)為，這是一本系統(tǒng)性闡述衛(wèi)星導(dǎo)航原理，適用于不同階段讀者閱讀，尤其適用于衛(wèi)星導(dǎo)航初學(xué)者的參考書。希望此書的中譯本能為那些對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)知識(shí)感興趣的學(xué)生、青年學(xué)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(xué)家，多年來(lái)致力于印度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（IRNSS）及增強(qiáng)系統(tǒng)（GAGAN）的研究，同時(shí)作為聯(lián)合國(guó)亞太空間科學(xué)與教育中心(CSSTE-AP)的教師，為碩士研究生講授有關(guān)于衛(wèi)星通信和衛(wèi)星導(dǎo)航方面的課程，在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域積累了豐厚的知識(shí)及教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

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

本書由中國(guó)科學(xué)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(guó)科學(xué)院光電研究院衛(wèi)星導(dǎo)航團(tuán)隊(duì)的其他成員在本書翻譯過(guò)程中提供了大力支持，他們是： 李子申、魏東巖、李雯、來(lái)奇峰、趙姣姣、李祥紅、周凱、袁超、田向偉、劉文學(xué)、唐陽(yáng)陽(yáng)。此外，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)的研究生汪亮、姚團(tuán)結(jié)、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(jǐn)對(duì)所有曾給予過(guò)支持和提供幫助的同志表示誠(chéng)摯的感謝。

本書由歐陽(yáng)光洲研究員進(jìn)行了仔細(xì)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(guò)程中，譯者力求忠實(shí)于原著，但限于時(shí)間及水平，不妥之處在所難免，敬請(qǐng)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(nèi)部出版的有關(guān)衛(wèi)星導(dǎo)航的小冊(cè)子，并深受聯(lián)合國(guó)亞太空間科學(xué)與教育中心（CSSTE-AP）的學(xué)生們的喜愛，那時(shí)我便漸漸萌生了編寫一本有關(guān)衛(wèi)星導(dǎo)航原理參考書的想法。從我獲得的信息來(lái)看，無(wú)論從學(xué)術(shù)還是國(guó)家的角度出發(fā)，也無(wú)論是對(duì)于商業(yè)還是戰(zhàn)略性的用戶，甚至對(duì)于科研人員而言，一本通俗易懂的衛(wèi)星導(dǎo)航入門級(jí)參考書都是必不可少的； 尤其對(duì)于初學(xué)者，一本在內(nèi)容上經(jīng)過(guò)合理組織、易懂的入門級(jí)參考書，更能起到事半功倍的效果。因此，本書的目的是，針對(duì)來(lái)自不同背景的初學(xué)者，以一種簡(jiǎn)單易懂的形式，從零開始介紹衛(wèi)星導(dǎo)航的相關(guān)知識(shí)。

本書的主要特點(diǎn)之一是，從基礎(chǔ)的物理原理出發(fā)，闡述衛(wèi)星導(dǎo)航的基本工作原理，書中僅使用了最必要的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)，而沒(méi)有使用各類復(fù)雜的方程進(jìn)行推導(dǎo)。在編寫本書的過(guò)程中，我一直把潛在讀者設(shè)想為大學(xué)生或者是第一次接觸衛(wèi)星導(dǎo)航的初學(xué)者。希望這種從基本原理乃至所有相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)都簡(jiǎn)單化的處理方式，能夠使讀者在學(xué)習(xí)到相關(guān)知識(shí)的同時(shí)，有一個(gè)愉悅的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

本書涵蓋了衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)。它強(qiáng)調(diào)的是從基本的物理概念和常識(shí)出發(fā)，漸進(jìn)剖析每一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，其中每一個(gè)基本原理都給出了數(shù)學(xué)證明，但盡可能多地只使用目標(biāo)讀者可能掌握的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)； 此外，對(duì)于每一個(gè)重要的概念，本書均給出了相應(yīng)的MATLAB可視化仿真程序，從而使得讀者可以通過(guò)對(duì)實(shí)例的仿真來(lái)更深入地理解他們所學(xué)的知識(shí)。我認(rèn)為，這也正是本書的獨(dú)一無(wú)二之處。

最后，值得一提的是，本書完整地包含了衛(wèi)星導(dǎo)航各方面的基礎(chǔ)知識(shí)。本書提出的觀點(diǎn)僅代表作者個(gè)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(xué)，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(yīng)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(duì)初稿的審查和評(píng)論。感謝來(lái)自CFRSI的Suman Ganguly博士的友好合作，同時(shí)感謝M. R. Sivaraman博士、Kalyan Bandyopadhyay博士、Vilas Palsule先生以及整個(gè)CSSTE-AP團(tuán)隊(duì)的慷慨付出。感謝整個(gè)Elsevier團(tuán)隊(duì)和本書的多位審稿人。最后但同樣重要的是，真誠(chéng)地感謝我的妻子Chandrani，我的兒子Anubrata和我的父母對(duì)我的鼓勵(lì)以及本書寫作期間的長(zhǎng)期付出，從而使得這項(xiàng)努力最終獲得成功。