全球導航衛星系統原理：GPS、格洛納斯和伽利略系統（簡體書）

前 言
自2009年《GPS原理與接收機設計》一書出版以來，我已經陸續收到了許多讀者的來信，他們對本書的內容和質量做了高度的贊賞，并認為從中受益匪淺。承蒙各位讀者的厚愛，該書在所有有關GPS的暢銷書籍中正脫穎而出。看到我四年心血之結晶為大家所愛，我深感欣慰，更深受鼓勵，謝謝你們！
然而，在贊賞之余，也有不少讀者提出，希望在《GPS原理與接收機設計》的改進版中還能閱讀到關于GPS現代化信號、BOC調制和接收機對BOC調制信號處理算法等這些體現著當代全球導航衛星系統（GNSS）新氣象、新技術方面內容的介紹，而您現在正在翻閱的《全球導航衛星系統原理——GPS、格洛納斯和伽利略系統》能滿足這些讀者的一部分要求。如今的GNSS不再只是美國的GPS或者現代化GPS唱獨角戲（盡管仍是重頭戲），而是一個還主要包括俄羅斯重建后的現代化GLONASS、歐洲含苞欲放的Galileo和我國正昂首闊步向前進的北斗衛星導航系統等在內的一個系統之系統。根據作者所掌握的情況，這本書將是全球第一本真正全面、透徹地介紹GNSS的書籍。
第1章將描述GNSS特別是其中的GPS、GLONASS和Galileo三大系統的概況，讓讀者對GNSS的系統構成、發展狀況和工作原理等有一個總體的認識。為了幫助讀者判斷是否有足夠的GPS基礎知識來理解本書內容，作者的一個建議是試讀1.1節，如果對這一節特別是其中關于GNSS接收機設計的1.1.4節的內容不甚了解，對諸如偽碼、相關器、碼跟蹤環、載波跟蹤環、數據解調、位同步、幀同步等這些術語基本上不知所云，那么讀者最好應當首先閱讀《GPS原理與接收機設計》等這一類相關書籍，或者至少能在需要時可隨手參閱這些書籍。
第2章將詳盡地探討BOC調制技術，重點是計算BOC調制信號的功率譜密度和自相關函數，分析這兩個函數波形的特點，定性地指出由此所帶來的BOC調制信號的優越性能。一方面為了讓BOC調制技術與傳統GPS/GLONASS信號所采用的調制技術做比較，另一方面為了準備一些關于數字通信系統信號調制的基礎知識，我們在第2章將從對較為熟悉的BPSK調制的介紹開始。第3章將接著探討其他形式的BOC調制，包括MBOC調制的TMBOC和CBOC兩種實現方式以及恒包絡AltBOC調制。此外，第3章的最后還將介紹能將多個信號調制到同一個載波上的Interplex和CASM兩種復用調制方式。第2章和第3章內容的理論性較強，讀者需要有一定的數學基礎才能理解其中大量的公式推導，而參閱附錄C至附錄E也可起到一定的幫助作用。
第4章至第6章將依次密集地介紹GPS、GLONASS和Galileo三大系統的所有各個衛星導航信號，包括GPS的L1 C/A、L1/L2 P(Y)、L2C、L1/L2 M、L5C和L1C信號及其NAV、CNAV和CNAV-2電文，GLONASS的C/A和P碼信號及其導航電文，以及Galileo的E1-B/C、E6-B/C和E5a/b信號及其F/NAV和I/NAV電文。不管讀者現在對這些術語是否熟悉，可到時一定會十分清晰地理解它們的含義。作者在此想指出這三章內容與作為它們重要參考文獻的各個信號界面控制文件（ICD）之間的關系：一方面，幾百頁完整地介紹若干衛星信號的結構和導航電文的官方式ICD無可取代，它們對一切有著最后的解釋權；另一方面，這三章不但簡要地描述了這些信號幾乎所有的重要內容和特點，而且還加注了ICD所沒有的、對它們的詮釋和理解。
第7章至第9章將介紹GNSS的測量與定位，這部分知識對GNSS接收機的研發有著非常高的實際應用價值。第7章將計算GNSS衛星在相應GNSS時空坐標系中的位置，第8章將分析體現著從接收機至各顆可見衛星距離信息的GNSS測量值及其誤差源，于是第9章就可以接著討論適用于不同情況的單一GNSS、聯合GNSS和差分GNSS等多種定位算法及其定位精度。為了讓這三章的內容具有連貫性和完整性，我們必定不得不重復《GPS原理與接收機設計》中一些相關章節的部分內容。
第10章將首先總結一下聯合GNSS的優勢與挑戰，然后介紹一些用來定量評估GNSS信號性能的方法，比如通過均方根帶寬、等效矩形帶寬、譜分離系數、碼跟蹤譜靈敏度系數、等效載噪比、信干噪比、S曲線和多徑誤差包絡等參量，來衡量BPSK和BOC等調制信號的碼跟蹤精度、互操作性、抗干擾和抗多徑等多方面性能，最后歸納現代化GNSS所具有的一些優良特性和發展趨勢。希望這一章能為我國北斗衛星導航系統今后的建設發展提供他國成功經驗和先進設計理念，希望北斗系統繼續朝國際先進性、兼容性與互操作性、開放性和獨立性的正確方向前進。
通過對大量公開發表的GNSS書籍、期刊論文、會議論文、學位論文、專利等文獻資料和無數公開的國際互聯網網頁的研讀，作者才把這些知識匯集起來而寫成這一專著。因此，本書每一章的最后均列出了一堆參考文獻，以指出相應原文或者相關知識點的參考來源，只是變動性較強的互聯網網址不便在此列出。
本書語言平實，表達清晰，內容豐富，信息量巨大，又思想深刻。它不但非常適合作為本科生高年級和研究生的教材或教材參考書，而且是所有與GNSS/北斗衛星導航系統開發、GNSS/北斗接收機研發和GNSS/北斗應用等方面有關的工程技術人員和科技工作者都應當配備的參考用書。對于書中提及但未能予以充分展開討論的許多想法、技術，它們可作為碩士生、博士生的研究課題之用。希望這本書的出版能給我國北斗衛星導航系統的開發與應用事業添磚加瓦，貢獻自己的一份力量。
感謝父親謝逸仙、母親傅珠珍對我的養育和教導，他們對我勤奮進取的言傳身教是我能利用最近四年的空余時間寫完這本書的動力源泉。在一字一句寫書期間，我也得到了女兒謝海納、兒子謝天佑和妻子對我的理解與支持。感謝美國加州州立大學的劉教授、紹興縣人力資源和社會保障局的沈龍先生、浙江大學城市學院的謝澤烽先生、紹興市第一中學分校的鮑國棟先生等對文獻資料的搜索、獲取和對全書文字的通讀、校正。電子工業出版社的譚海平先生對該書的進展與出版一直予以了最大的關心、幫助和支持，他對書中的內容安排也提出了一些寶貴意見，在此深表感謝。我在寫書期間還得到了許多同事、親友和《GPS原理與接收機設計》讀者的支持，在此均對他們表示誠摯的謝意！
由于作者水平有限，又時間倉促，因而書中必定會出現一些不妥和錯誤，敬請讀者不吝指正，電子郵件可發送至gang.xie.1999@stanfordalumni.org與我直接聯系。由于讀者來信較多，若不能一一回復，敬請原諒。

作者
2013年7月于美國加州橙縣