GPS 学习之别人观

我的观点,一要找准基本不同级别的书,而是集中精力精读几本经典的书。

我最先看的有关GPS的书是Tsui的Fundamentals of global positioning system receivers : a software approach, 我是2001年拿到这本书的,,那时还只有第一版,这本书最大的特色是简单,Tsui的写作技巧很高,读起来很舒服,适合于初学者,上手很快,但缺点也很 明显,就是深度有限,尤其是讲信号跟踪的时候,那部分我感觉还不如不讲,反正我是由于这本书在信号跟踪的处理部分纠结了大概有一年多的时间。2005年出 的第二版我也看了,就是加了两章弱信号的处理,信号跟踪部分还是很烂,而且这本书中的那个所谓BASS跟踪算法也就是一小撮学术界的人在玩,我在美国 ION开会时见过Tsui的学生,和他们聊过,感觉这只是一个发paper的噱头而已,在工业界我知道的没有一家公司用这个东东。

这本书的导航部分也很烂,不是很烂,而是基本没有讲。

并没有贬低Tsui的这本书的意思,Tsui还是我们的前辈,这点我还是有自知之明的,而且搞研究就是要鼓励创新,虽然创新的结果也许在实际中百无一用, 但没准什么时候就能搞出来一个牛顿第四定律。

Tsui的书我可以算是精读了,前前后后断断续续花了有两年多的时间在看这本书。这本书给我最大的帮助明白GPS的基本原理,同时书中的Matlab代码 帮我搞清楚了信号捕获的基本原理和步骤。

我随后看得第二本书是Kaplan的Understanding GPS - Principles and Applications ,也是我自己掏腰包买的一本书,那是在2004年左右,那时还新版还没有出来。这本书的水平要远超Tsui的那本书,我就是看了这本书才弄明白了信号跟踪 的原理。曾经一度迷惑在NCO的软件 实现,这本书在一个奇妙的夜晚帮我打通了任督二脉,从此剩下的一切就如行云流水般自然。所以对这 本书我是感激不尽。

这本书的难度要比Tusi的那本书高,所以个人认为不适合初学者阅读,必须有一定背景以后再去看。而且这本书涵盖的东西很多,没有必要每一个章节都精读, 只需要对自己研究工作相关的部分精读即可。我现在还在时不时翻一番这本书。


在看Kaplan的同时,我又通过老板推荐得到了Misra, P., and Enge, P. 的Global Positioning System - Signals, Measurements, and Performance,这本书我是在2004年底拿到的,应该是第二版,现在国内也已经翻译过来了,我看了但感觉有些地方还是英文原版的比较清楚。

Enge, P是个GPS领域的大大牛人,搞卫星导航的不能不知道,否则会被人笑话的。

这本书的特色是理论讲解扎实,逻辑清楚,涵盖了从卫星信号格式特性,接收机射频,基带,导航算法的几乎所有部分,而且对接收机观测量做了比较详尽的分析, 还讲解了一些载波模糊度的处理,我觉得水平和Kaplan那本书不相上下。难度当然也较高,适合于有一定基础 的 读者。当然如果基础比较好,也可以直接阅读。这本书也是一本值得精读的书。

讲到GPS的图书,就不能不提一本宏篇巨作: 由Bradford W. Parkinson, James J. Spilker 主编的Global positioning system: theory and applications, 这部书不能用“本” 来形容了,必须用“卷”这个词。我看到的有两卷,每一卷都有700多页,内容可以说涵盖了GPS系统的方方面面,真的是从天上到地上,从软件到硬件到算 法,无一不包。这本书因为封皮为蓝色,国外一般把它叫做“蓝宝书“(BlueBook),地位相当于GPS图书中的圣经。Bradford W. Parkinson, James J. Spilker 都是在这个领域牛的一塌糊涂的人。

但这本书最大的缺点是本书的系统性很差。严格来说,这本书应该是一份学术论文 的汇编,不同章节由不同领域的专家完成,所 以写作风格变化很大,看起来很痛苦。这本书绝对不是给初学者看得,如果一个GPS的初学者一开始就立志啃这本书,我敢说他会很快就死的很难看。我觉得要看 这本书必须先精读Kaplan和 Misra, P., and Enge, P. 的书以后,才能尝试,而且要抱着啃不动的思想准备。

我在GPS领域已经干了8年了,看这本GPS圣经有时候还是感觉很吃力,但一旦看明白,那学到的东西就不是一丁半点。

这是我认为一个GPS初学者应该阅读的几本GPS经典图书和阅读顺序, Tsui-->Kaplan--->Misra, P., and Enge, P. --->Parkinson。

其他像Denis A.kos的软件接收机的书,也可以作为辅助读物,但不值得花太多时间精读,可以跑跑他那本书的程序,但他的程序都是用matlab写的,跑起来很慢的。

坛子里前些日子有人推荐Nesreen I. Ziedan的GNSS Receivers for Weak Signals,这本书我正在看,而且我不是电子版,而是实体书。这本书给我的感觉是比较晦涩,看起来很吃力,并不是说他的学术水平很高,而是著者的写作 技巧不是太老到。而且这本书绝对不是讲GPS接收机信号处理的基本原理的书,而是一些特殊场合(弱信号)的特殊处理的书。这就决定了这本书也不是给初学者 看得。坛子里大家要有针对性的下载阅读。

最后谈谈和GPS相关但又不是直接讲GPS的书。因为我一直都在搞GPS接收机的设计 ,所以更多从通信系统和信号处理的角度谈谈 自己打看法。

GPS接收机其实涵盖了蛮多的东西,从射频前端,AD中频采样,基带处理(信号捕获和跟踪),导航结算(LS和KF),基本上设计了射频电路,采样原理 (更多的是带通采样),CDMA信号处理,估值理论,环路控制 和同步理论,自适应滤波(KF)等等。所以一个好的研究 者应该具备这个方面的基本功才能更好的展开工作。

Alan V. Oppenheim 的有关信号和系统,以及数字信号处理的经典图示是必读科目,J.K Holmes的Coherent Spread Spectrum Systems 也是需要精读的, Roland Best的有关锁相环的书也值得一读,其他的John Proakis 的数字通信的书也应该读一读,
R.G.Brown 的有关随机信号处理和卡尔曼滤波的书也是一代经典,其他像随机过程,现代线性系统,控制理论,以及状态参数估计的书也是必须要看的。

最后就是阅读ION历年的论文了,这是最后一步,也是和国际水平保持同步的关键一步。

呵呵,可以看出一个好的GPS研发人员需要倾注多大的时间和精力才能功德圆满!

这一切都是一个慢慢积累的过程,我们需要的是潜下心来,假以时日,一定会学有所成。

[1] (美)米斯拉 (Misra, Pratap).  全球定位系统 : 信号、测量与性能 / (美)Pratap Misra, Per Enge著; 罗鸣, 曹冲, 肖雄兵等译 电子工业出版社, 2008
[2] (美)卡普兰 (Kaplan, Elliott D.).  GPS原理与应用 / (美)Elliott D. Kaplan, (美)Christopher J. Hegarty主编; 寇艳红译 电子工业出版社, 2007
[3] 张守信.  GPS 技术与应用 / 张守信主编 国防工业出版社, 2004
[4] 熊志昂.  GPS 技术与工程应用 / 熊志昂等编著 国防工业出版社, 2005
[5] 袁建平.  卫星导航原理与应用 [专著]   / 袁建平等[编著]. -- . -- 北京 : 中国宇航出版社, 2003. -- 363页 ; 20cm

都是中文的,看起来快。Tsui的Fundamentals of global positioning system receivers : a software approach,我也买过中文版,即《GPS软件接收机基础(第2版)中文版》。

Misra和Kaplan的书毫无疑问是最主要的参考书了。水平远高于Tsui的那本小册子。Tsui的书给我印象比较差。我觉得缺乏工程实践了,对实际 工作没什么帮助。书中错误较多。解算程序也缺了不少步骤。除了这些书,还有一个主要参考资料就是开源项目gpstk。gpstk的解算程序至少可以中规中 矩地解算数据,比Tsui的程序强多了。

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