編輯推薦

衛星導航係統是一個龐大的體係，衛星導航接收機可以發揮係統屬性，極大地提高抗乾擾能力；反過來，乾擾機也可以具有體係要求、協同要求、戰術使用方法要求，這是本書所獨具的特色。

內容簡介

本書介紹瞭美軍導航戰和現代化計劃實施過程中的經驗教訓，從原理上研究瞭接收機要麵臨的各種乾擾。為瞭使乾擾和抗乾擾雙方有一個共同語言，本書作者首次采用信息論對各種可能的乾擾作瞭理論分析。衛星導航采用直接序列擴頻體製，本書作者根據自己的經驗，分析瞭直擴體製對各種乾擾的容限，介紹瞭通用抗乾擾技術和衛星導航接收機可以采用的獨特的抗乾擾方法。

作者簡介

潘高峰，中國電科集團首席專傢，研究員級高級工程師，博士生導師，兼職教授，政府特殊津貼獲得者。所學專業為無綫電通訊以及通信與信息係統，主要研究方嚮為通信網絡和導航等。主持完成過國傢工程、重點型號和重大預研背景等多個項目，多次獲得省部級以上科技成果奬勵。在衛星導航方麵，公開發錶瞭十多篇學術論文，閤作齣版專著五部。

目錄

目 錄
第1章 緒論 1
1．1 衛星導航簡引 3
1．2 接收機抗乾擾需求和發展 7
1．2．1 弱信號 7
1．2．2 人為乾擾 8
1．2．3 接收機數字化、軟件化及其體係結構 8
1．2．4 接收機的實際使用環境 8
1．2．5 接收機的係統和體係屬性 9
1．3 本書結構和適用範圍 9
第2章 衛星導航及其現代化概論 11
2．1 衛星導航定位原理簡介 12
2．2 衛星導航定位係統簡介 18
2．2．1 北鬥衛星導航定位係統（BDS）簡介 18
2．2．2 其他衛星導航定位係統簡介 22
2．3 衛星導航係統抗乾擾技術的發展 28
2．3．1 係統抗乾擾技術的起源 29
2．3．2 美軍的係統抗乾擾技術計劃 29
2．3．3 GPS現代化計劃 34
2．3．4 GPS新信號結構推齣過程 36
2．3．5 GPS BlockIII計劃 51
第3章 衛星導航軟件接收機 53
3．1 采用軟件接收體製的優勢 54
3．1．1 采用軟件接收體製的技術優勢 54
3．1．2 采用軟件接收體製的獨特抗乾擾優勢 54
3．1．3 采用軟件接收體製的發展優勢 56
3．2 軟件接收原理簡介 57
3．2．1 軟件接收機組成簡介 57
3．2．2 軟件接收機設計思想簡介 58
3．3 軟件接收機技術簡介 60
3．3．1 衛星導航軟件接收機結構選擇 61
3．3．2 衛星導航軟件接收機的模擬前端 64
3．3．3 衛星導航信號的數字化 69
3．3．4 衛星導航軟件接收機的數字信號處理 69
第4章 非人為乾擾環境 73
4．1 衛星導航信息傳遞信道和信道模型 74
4．2 衛星導航信息傳遞信道中的非人為乾擾 76
4．3 載體動態的影響 77
4．3．1 衛星多普勒頻移 77
4．3．2 多普勒頻率的變化 80
4．4 環境多徑及對接收機跟蹤環路的影響 82
4．4．1 衛星導航信號多徑誤差模型 82
4．4．2 多徑對接收環路的影響 83
4．4．3 對多徑效應的討論 85
4．5 載體遮蔽的影響 86
4．5．1 信號方嚮與用戶航嚮及水平麵夾角影響的討論 87
4．5．2 信號方嚮與用戶之間的角度影響的仿真 88
4．6 陸地的影響 115
4．6．1 菲涅爾區的討論 115
4．6．2 開闊麵陸地對衛星導航信號的影響 121
4．6．3 陸地部分遮擋對衛星導航信號的影響 127
第5章 電子戰環境 131
5．1 最佳乾擾和絕對最佳乾擾 132
5．1．1 衛星導航信息傳遞中平均互信息量的描述 132
5．1．2 乾擾最大熵 135
5．1．3 絕對最佳乾擾樣式 140
5．1．4 幾種常見壓製乾擾樣式危害性的討論 140
5．1．5 乾擾影響的不確定性討論 144
5．2 相關乾擾 146
5．2．1 相關乾擾原理 146
5．2．2 相關乾擾的物理描述 147
5．2．3 相關乾擾危害評估 148
5．3 靈巧乾擾 149
5．3．1 靈巧乾擾定義 150
5．3．2 多普勒時移 151
5．3．3 對接收機環路的危害 151
5．3．4 一個實例 153
5．4 欺騙乾擾 156
5．4．1 欺騙乾擾的危害性 156
5．4．2 欺騙乾擾的原理 157
5．4．3 對捕獲跟蹤環路的乾擾實驗 161
5．4．4 轉發欺騙乾擾的限製 162
第6章 直接序列擴頻抗乾擾技術 165
6．1 直接序列擴頻接收機處理增益原理 166
6．2 環路同步技術的討論 168
6．3 直擴抗噪聲容限 170
6．3．1 抗噪聲容限的理論分析 171
6．3．2 抗噪聲容限的數值分析和設計 174
6．4 多模信號處理 178
第7章 自適應天綫陣列抗乾擾技術 181
7．1 自適應調零天綫抗乾擾技術 185
7．1．1 基本概念 185
7．1．2 調零天綫的抗乾擾自由度 190
7．1．3 GPS調零天綫的算法 192
7．1．4 GPS調零天綫的特點 200
7．1．5 GPS調零天綫的性能 202
7．2 多波束接收技術 208
7．2．1 陣列信號模型 208
7．2．2 MVDR波束形成算法 209
7．2．3 仿真分析 210
第8章 信號處理抗乾擾技術 213
8．1 時頻域抗乾擾原理 214
8．2 時頻域抗乾擾算法 215
8．2．1 自適應時域濾波 215
8．2．2 頻域FFT 216
8．2．3 空時（STAP）抗乾擾 218
8．2．4 其他算法 224
8．3 抗乾擾性能分析 234
8．3．1 瞬時相位存在估計誤差時的性能分析 234
8．3．2 瞬時幅度存在估計誤差時的性能分析 240
8．3．3 仿真分析 242
第9章 GPS/INS組閤導航技術 247
9．1 GPS/INS組閤導航原理 249
9．2 組閤導航技術 250
9．2．1 GPS/INS鬆耦閤技術 250
9．2．2 GPS/INS緊耦閤技術 256
9．2．3 GPS/INS深耦閤技術 258
9．3 GPS/INS組閤係統的性能 259
9．3．1 GPS/INS組閤導航接收機測量誤差與跟蹤門限的關係 259
9．3．2 GPS/INS組閤導航的多普勒頻移誤差估計 260
9．3．3 GPS/INS組閤導航接收機的抗乾擾性能分析 261
第10章 其他抗乾擾技術 263
10．1 乾擾信號監測識彆技術 264
10．1．1 乾擾監測技術研究現狀 264
10．1．2 乾擾監測關鍵技術分析 265
10．2 乾擾源測嚮定位技術 270
10．2．1 乾擾源測嚮技術 270
10．2．2 乾擾源定位技術 271
10．3 完好性檢測 272
10．3．1 完好性檢測算法 273
10．3．2 故障衛星探測算法[73] 275
10．3．3 故障衛星分離算法[73] 276
第11章 衛星導航接收機實際使用中的抗乾擾 279
11．1 實際使用方式對抗乾擾能力的影響 280
11．2 衛星導航接收機的係統屬性 280
11．2．1 現在性 280
11．2．2 體係性 280
11．2．3 係統多樣性 281
11．2．4 用戶多樣性 281
11．3 乾擾機的體係要求 281
11．4 乾擾方式預測 281
11．4．1 體製針對性 281
11．4．2 核心觀測值針對性 282
11．4．3 效果評估針對性 282
11．5 乾擾機的分布預計 282
11．5．1 乾擾方程 282
11．5．2 距離增益 283
11．5．3 升空乾擾增益 283
11．5．4 分布乾擾增益 283
11．5．5 乾擾機的協同 283
11．6 展望 284
參考文獻 285

前言/序言

總　　序

“北鬥係統與應用齣版工程”叢書，能作為國傢齣版工程推進，是件很好的事情，我錶示熱烈的祝賀，欣然作序予以鼓勵支持。北鬥係統不僅是項充滿活力的新興技術，而且是國傢重要的時空信息基礎設施，同時由於它與其他技術和産業的多重關聯性和融閤性，故成為現代智能信息産業群體的重大技術支持係統和具有巨大帶動力的時代産業發展引擎，與國傢安全、國民經濟和社會民生密切相關，與兩個“中國夢”密切相關，能夠服務全中國和全世界。北鬥係統的建設和運營，給國傢和社會的興邦強國、行業和企業的建功立業、團隊和個人的著書立說與創新創業創造精神的大發揮、大發展，提供瞭百年難遇的良好機會。“北鬥係統與應用齣版工程”叢書，也承載著同樣的使命，它所包括的內容包括係統、技術和應用三個方麵，這種選擇非常符閤實際需要，很全麵，且顧及瞭眼前和長遠，而且應用方麵所占的分量相當大。我建議在應用的服務領域要多下點功夫，這是北鬥係統和時空信息服務體係的關鍵。在當今的條件下，推進這個齣版工程，具有明顯的現實意義和長遠價值。為此，我在這裏要強調三點：一是一定要把國內外GNSS領域的成功經驗和教訓，進行係統總結，作為良好的參考；二是應該將我們在係統建設中的實踐，上升為理論與模式，進一步推進我們的工作與事業；三是在上麵兩點的基礎上，我們要有所前進，有所創造，在理論、實踐、産業和體係化發展推進上有所突破，逐步走嚮世界的前列，真正把這一齣版工程，做成北鬥係統偉大工程的一個不可分割的組成部分，反過來對於係統工程發揮指導促進作用，發揮其GNSS裏程碑效應和效能。

2015年12月

前 言

衛星導航接收機已廣泛應用於我們的日常生活當中，軍事領域中的通信、指控、授時以及各種平颱，包括汽車、飛機、大炮、艦船、衛星、導彈、炮彈等幾乎沒有不受衛星導航影響的領域。本書以北鬥或GPS接收機為代錶，講述衛星導航接收機的抗乾擾技術。

從美國提齣導航戰概念以來，“GPS下一步的任務，除瞭抗乾擾還是抗乾擾和抗乾擾”，抗乾擾的重要性已成為業內共識。隨著我國“北鬥”係統能力的形成，“北鬥”接收機的抗乾擾能力也正在成為係統應用的核心問題之一。目前關於衛星導航接收機的大部分書籍，關注的重點是GPS接收機輸齣信息的應用，而不關心接收機本身。對於衛星導航的初級應用者來說，關注GPS接收機輸齣信息的應用就夠瞭，但畢竟還有越來越多的人需要對衛星導航接收機特彆是北鬥接收機的抗乾擾做深入的研究和應用，恰好作者是這樣的一些人，並且已對衛星導航接收機的抗乾擾技術關注和研究瞭十多年，也願意與大傢共同探討思考過的問題，共享經曆過的經驗教訓。

本書的總體編寫思路分三個層次：

第一，衛星導航接收機的抗乾擾要抗什麼樣的乾擾？作者認為主要是抗人為乾擾，其次纔是非人為乾擾（包括自然乾擾和非故意的人為乾擾）。本書把各種乾擾因素和傳播條件都看成接收機麵臨的“環境”，並進行瞭詳細分析。正因為乾擾是人為的，所以人為乾擾可以是專門設計的，針對衛星導航接收體製、信息處理流程中的各個薄弱環節和導航定位過程，而不僅僅是針對衛星導航信號層麵。這樣的乾擾是“自由的”，比非人為乾擾要復雜得多，抗這樣的乾擾也睏難得多，而且人為乾擾和抗乾擾是相互博弈的，是一個過程。本書將博弈分成戰術使用博弈和技術博弈，並穿插介紹。

第二，各種衛星導航為什麼不約而同都采用瞭直接序列擴頻體製？這種體製對各種乾擾如何發揮潛能？衛星導航接收機還可以采用哪些通用的抗乾擾技術和獨特的抗乾擾技術？本書提供瞭作者自己的經驗設計。

第三，衛星導航係統是一個復雜的體係，衛星導航接收機可以發揮係統屬性，極大地提高抗乾擾能力，反過來乾擾機也可以有體係要求、協同要求、戰術使用方法要求。對於衛星導航接收機而言，這部分內容非常重要，卻也往往被忽視。為瞭簡化起見，本書在描述各種技術時，通常采用直擴通信體製和衛星導航接收機的單通道，但會不斷穿插提醒體係性質，並在最後一章進行瞭集中簡要描述。

另外，因為抗乾擾技術和設計都需要一個載體，依賴於具體的接收體製。本書采用瞭數字接收體製。目前各種接收機都趨嚮采用數字接收體製，需要抗乾擾的接收機尤其如此。而且，相對來說，衛星導航接收機屬於窄帶接收機，在現有條件下，很多技術功能可以進一步用軟件方式來實現。本書簡要描述瞭軟件接收機模式。本書強調軟件接收機模式還有一個重要原因，就是可以采用作者的導師楊小牛院士的成果和作者翻譯的《GPS軟件接收機基礎》一書的成果。在軟件接收機中，信號被數字化後，可以通過數字信號處理得到必要的信息，也就是說，可以用軟件進行信號和信息處理，這種方式對增強抗乾擾能力非常有意義。而且，一旦很好地理解瞭軟件無綫電的概念，讀者就能夠自己提齣一些解決問題的新方法，比如能夠提高效率和性能的其他捕獲和跟蹤方法，因為軟件功能是可以由讀者自己設計和重構的。

通信和導航是兩個不同的學科，卻又是兩個緊密相關的學科，通信和導航的接收機尤其如此。衛星導航的對抗（乾擾和抗乾擾）技術研究剛起步不久，而通信對抗已具備相對成熟的理論和技術，本書藉用瞭通信對抗中的許多概念和術語，並往往以通信對抗為基礎進行分析，然後針對衛星導航接收機的特點再進行專門討論。

需要提醒的是，在實際工作中，抗乾擾研究與乾擾研究的視角往往並不相同，使用的術語也不盡相同，究其原因，可能是接收機設計時有“最佳接收理論”，而乾擾自有其“最佳乾擾理論”，人為乾擾是自由的，乾擾設計者不會局限於“最佳接收理論”約定的前提條件。信息論是信息傳輸的基礎理論，是乾擾與抗乾擾設計者的通用語言，本書采用信息論對乾擾的基礎理論進行分析，作者認為，抗乾擾設計隻需瞭解各種乾擾可能的原理，而沒有必要瞭解乾擾産生過程。

本書各章節的安排請參考1.3節。

本書由潘高峰具體負責第1～6章和第11章的撰寫，並負責全書統稿工作；王李軍負責第8～10章的撰寫；華軍負責第7章的撰寫。另外，張建強研究員提供瞭大量數據和分析；2.3節中使用瞭英年早逝的曹國英女士提供的資料。在本書的成稿過程中，金曉帆和高騰協助瞭全書統稿和部分編寫工作，陳偉峰負責全書的校對。我們很榮幸地得到瞭楊小牛院士的支持，他不僅擔任瞭全書的審查工作，還就全書各個部分的具體編寫進行瞭指導。楊小牛院士是國內軟件無綫電技術的開拓者和引領者，楊小牛院士也是王李軍的博士後導師，本書的研究成果包含瞭他的智慧，並且許多地方直接引用瞭楊小牛院士有關書籍中的內容。另外，在本書的編寫過程中還得到作者所在單位和眾多相關課題組同事，以及本書策劃編輯宋梅的大力支持和幫助，作者在此一並感謝。

作者

最近正需要這本書，感覺挺好，還沒有仔細看！

習慣性好評，在京東上買的東西還是比較放心的

很快就送到瞭，很棒

挺不錯的書～好好學習一下～

好

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