GNSS與慣性及多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)原理

內(nèi)容概要

　　本書(shū)著重使讀者理解導(dǎo)航系統(tǒng)是如何工作的，而不是拘泥于工程的細(xì)節(jié)，著重于作為各種導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)的物理原理，如何根據(jù)這些原理產(chǎn)生導(dǎo)航結(jié)果，這些原理怎樣結(jié)合共同支撐組合導(dǎo)航，誤差源的產(chǎn)生機(jī)理及誤差補(bǔ)償。后續(xù)章節(jié)以前面章節(jié)材料為基礎(chǔ)，各部分內(nèi)容相互參照。
　　本書(shū)分為四大部分。第一部分是定性介紹，第二部分闡述導(dǎo)航及組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，第三部分講述導(dǎo)航系統(tǒng)，首先是慣性導(dǎo)航，然后是衛(wèi)星導(dǎo)航，最后是其他導(dǎo)航技術(shù)。第四部分講述組合導(dǎo)航，包括故障檢測(cè)與完好性監(jiān)測(cè)。陽(yáng)錄中包括向量、矩陣、統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)以及全書(shū)的符號(hào)與縮略語(yǔ)列表。

作者簡(jiǎn)介

作者：保羅D.格魯夫（Paul D.Groves） 譯者：李濤 練軍想 曹聚亮 吳文啟  保羅D.格魯夫（Paul D.Groves），擁有牛津大學(xué)物理學(xué)學(xué)士學(xué)位（享有一級(jí)榮譽(yù)生稱號(hào)）、原子與激光實(shí)驗(yàn)物理學(xué)碩士（牛津郡）和博士學(xué)位。自從1997年1月加人防御評(píng)估與研究署后，他一直積極致力于導(dǎo)航系統(tǒng)的研究。2001年7月，他轉(zhuǎn)到QinetiQ公司，并在本書(shū)寫(xiě)作期間，成為自主制導(dǎo)與遠(yuǎn)程信息處理團(tuán)隊(duì)下屬導(dǎo)航與定位算法研究組的主要科學(xué)家。

書(shū)籍目錄

第1部分　緒論
　第1章　緒論
　　1.1什么是導(dǎo)航
　　1.2慣性導(dǎo)航
　　1.3無(wú)線電和衛(wèi)星導(dǎo)航
　　1.4特征匹配
　　1.5完整的導(dǎo)航系統(tǒng)
　　參考文獻(xiàn)
第2部分　導(dǎo)航數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
　第2章　坐標(biāo)系、運(yùn)動(dòng)學(xué)和地球
　　2.1坐標(biāo)系
　　2.2運(yùn)動(dòng)學(xué)
　　2.3地球表面形狀和重力模型
　　2.4坐標(biāo)系變換
　　參考文獻(xiàn)
　　參考書(shū)目
　　尾注
　第3章　卡爾曼濾波
　　3.1緒論
　　.3.2卡爾曼濾波算法和模型
　　3.3卡爾曼濾波實(shí)現(xiàn)中的問(wèn)題
　　3.4卡爾曼濾波的擴(kuò)展
　　參考文獻(xiàn)
　　參考書(shū)目
　　尾注
第3部分　導(dǎo)航系統(tǒng)
　第4章　慣性傳感器
　　4.1加速度計(jì)
　　4.2陀螺儀
　　4.3慣性測(cè)量單元
　　4.4誤差特性
　　參考文獻(xiàn)
　第5章　慣性導(dǎo)航
　　5.1慣性系導(dǎo)航方程
　　5.2地球系導(dǎo)航方程
　　5.3當(dāng)?shù)貙?dǎo)航系導(dǎo)航方程
　　5.4導(dǎo)航方程的精確計(jì)算
　　5.5初始化和對(duì)準(zhǔn)
　　5.6慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差傳播
　　5.7平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)
　　5.8平面慣性導(dǎo)航系統(tǒng)
　　參考文獻(xiàn)
　　參考書(shū)目
　　尾注
　第6章　衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)
　　6.1衛(wèi)星導(dǎo)航的基礎(chǔ)
　　6.2gps
　　6.3glonass
　　6.4galileo
　　6.5區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)
　　6.6 gnss的互操作性
　　參考文獻(xiàn)
　　參考書(shū)目
　第7章　衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)處理、誤差及空間幾何分布
　　7.1衛(wèi)星導(dǎo)航幾何分布
　　7.2接收機(jī)硬件及天線
　　7.3測(cè)距處理器
　　7.4測(cè)距誤差源
　　7.5導(dǎo)航處理器
　　參考文獻(xiàn)
　　參考書(shū)目
　　尾注
　第8章　衛(wèi)星導(dǎo)航高級(jí)應(yīng)用
　　8.1差分gnss
　　8.2載波相位定位與定姿
　　8.3低信噪比環(huán)境
　　8.4多路徑抑制
　　8.5信號(hào)監(jiān)測(cè)
　　8.6半無(wú)碼跟蹤
　　參考文獻(xiàn)
　第9章　陸基無(wú)線電導(dǎo)航
　　9.1點(diǎn)源系統(tǒng)
　　9.2羅蘭
　　9.3儀表著陸系統(tǒng)
　　9.4城市與室內(nèi)定位
　　9.5相對(duì)導(dǎo)航
　　9.6跟蹤
　　9.7聲納收發(fā)器
　　參考文獻(xiàn)
　第10章　航位推算，姿態(tài)和高度測(cè)量
　　10.1姿態(tài)測(cè)量
　　10.2高度和深度測(cè)量
　　10.3里程計(jì)
　　10.4步行航位推算
　　10.5多普勒雷達(dá)和聲納
　　10.6其他航位推算技術(shù)
　　參考文獻(xiàn)
　第11章　特征匹配
　　11.1地形參考導(dǎo)航
　　11.2圖像匹配
　　11.3地圖匹配
　　11.4其他特征匹配技術(shù)
　　參考文獻(xiàn)
　　參考書(shū)目
第4部分　組合導(dǎo)航
　第12章　ins／gnss組合導(dǎo)航
　　12.1組合結(jié)構(gòu)
　　12.2系統(tǒng)模型與狀態(tài)選擇
　　12.3測(cè)量模型
　　12.4關(guān)于ins／gnss組合的進(jìn)一步討論.
　　參考文獻(xiàn)
　　參考書(shū)目
　　尾注
　第13章　d侶對(duì)準(zhǔn)與零速修正
　　13.1傳遞對(duì)準(zhǔn)
　　13.2未知航向時(shí)的準(zhǔn)靜態(tài)對(duì)準(zhǔn)
　　13.3偽靜基座精對(duì)準(zhǔn)與零速修正
　　參考文獻(xiàn)
　　參考書(shū)目
　第14章　多傳感器組合導(dǎo)航
　　14.1組合結(jié)構(gòu)
　　14.2陸基無(wú)線電導(dǎo)航
　　14.3航跡推算、姿態(tài)和高度測(cè)量
　　14.4特征匹配
　　參考文獻(xiàn)
　第15章　故障檢測(cè)與完好性監(jiān)測(cè)
　　15.1故障模式
　　15.2范圍檢查
　　15.3卡爾曼濾波器測(cè)量新息
　　15.4直接一致性檢查
　　15.5完好性監(jiān)測(cè)的檢定
　　參考文獻(xiàn)
　附錄a向量和矩陣
　　a.1向量介紹
　　a.2矩陣介紹
　　a.3特殊矩陣類型
　　a.4逆矩陣
　　a.5向量和矩陣的微分
　　參考文獻(xiàn)
　附錄b統(tǒng)計(jì)方法
　　b.1均值、方差和標(biāo)準(zhǔn)偏差
　　r 2概率密度函數(shù)
　　b.3高斯分布
　　b.4zc分布
參考文獻(xiàn)
符號(hào)表
矩陣
向量
標(biāo)量
上、下標(biāo)
限定詞
縮略語(yǔ)表

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   碼跟蹤環(huán)路的慣性和載波輔助也可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)，這時(shí)可以基于這兩個(gè)偽距率的誤差標(biāo)準(zhǔn)差，構(gòu)建一個(gè)針對(duì)這兩個(gè)偽距率的加權(quán)平均。由于高動(dòng)態(tài)應(yīng)用需要嚴(yán)格的時(shí)間同步，因此載波跟蹤的慣性輔助是不常見(jiàn)的。一種方法是存儲(chǔ)并恢復(fù)預(yù)相關(guān)信號(hào)采樣，以便同步的IMU測(cè)量能夠用于慣性輔助，但這需要使用軟件接收機(jī)。 組合算法的接收機(jī)時(shí)鐘估計(jì)，可以通過(guò)類似于INS閉環(huán)校正的方式來(lái)反饋校正接收機(jī)時(shí)鐘本身、卡爾曼濾波器狀態(tài)在反饋校正后清零。反饋校正可以在每次迭代時(shí)進(jìn)行，或者以一定時(shí)間間隔進(jìn)行，或者當(dāng)估計(jì)值超過(guò)了預(yù)定義的門(mén)限后進(jìn)行。在對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行校正時(shí)必須注意任何時(shí)間延遲的影響，并禁止源自GNSS卡爾曼濾波器的任何時(shí)鐘反饋。由于在卡爾曼濾波器中對(duì)時(shí)鐘狀態(tài)沒(méi)有作任何近似，因此接收機(jī)時(shí)鐘的閉環(huán)校正對(duì)系統(tǒng)性能沒(méi)有影響。 校正后的慣性導(dǎo)航參數(shù)也可以用于GNSS完好性監(jiān)測(cè)（見(jiàn)第15章）和GNSS周跳檢測(cè)（見(jiàn)8.2.1節(jié)）。如果載波環(huán)沒(méi)有慣性輔助，則通過(guò)比較ADR的變化和INS估計(jì)的偽距率，可以檢測(cè)周跳。 12.1.5 深組合 INS／GNSS深組合導(dǎo)航與7.5.3節(jié)討論的GNSS導(dǎo)航與跟蹤組合等效。圖12.6給出了具有閉環(huán)INS校正的深組合結(jié)構(gòu)。碼和載波NCO指令由校正后的慣性導(dǎo)航參數(shù)生成。衛(wèi)星位置和速度以及各種GNSS誤差取自導(dǎo)航電文。GNSS接收機(jī)的相關(guān)器累加輸出Is和Qs，直接輸入給組合算法?；诳柭鼮V波器的組合算法估計(jì)INS和GNSS誤差。與其他結(jié)構(gòu)相同，校正后的慣性導(dǎo)航參數(shù)構(gòu)成組合導(dǎo)航結(jié)果。 與GNSS的導(dǎo)航及跟蹤相比，INS／GNSS深組合具有如下優(yōu)點(diǎn)：只需要估計(jì)INS導(dǎo)航結(jié)果的誤差，而不估計(jì)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。這就允許采用低的跟蹤帶寬，進(jìn)而增強(qiáng)了抵抗噪聲的能力。深組合還可以在少于4顆GNSS衛(wèi)星的情況下工作一段時(shí)間。 與緊耦合的組合導(dǎo)航相比，當(dāng)偽距或者偽距率輸出間隔大于跟蹤時(shí)間常數(shù)時(shí)，深組合不存在因舊的I和Q測(cè)量數(shù)據(jù)而導(dǎo)致權(quán)值下降的問(wèn)題；當(dāng)輸出間隔不大于跟蹤時(shí)間常數(shù)時(shí)，也不存在降低卡爾曼濾波器增益的問(wèn)題。因此通過(guò)改變測(cè)量權(quán)值，深組合與ATC一樣可適用于不同的C／N0水平。當(dāng)信號(hào)短時(shí)中斷時(shí)，深組合也可以閉合碼和載波頻率跟蹤。由于去除了跟蹤環(huán)路濾波和組合濾波的級(jí)聯(lián)，因此深組合是一個(gè)最優(yōu)的組合結(jié)構(gòu)。

編輯推薦

《GNSS與慣性及多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)原理》詳細(xì)介紹了各種導(dǎo)航定位用傳感器和設(shè)備。除了慣性傳感器和衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)以外，作者還討論了大量其他導(dǎo)航定位技術(shù)中使用的傳感器和設(shè)備，介紹了其工作原理，給出了其誤差模型。如陸基無(wú)線電導(dǎo)航中，就包括羅蘭及差分羅蘭系統(tǒng)、儀表著陸系統(tǒng)、WLAN室內(nèi)定位、UWB室內(nèi)定位等。在航位推算系統(tǒng)中，則涵蓋磁羅盤(pán)、氣壓和雷達(dá)高度計(jì)、里程計(jì)、多普勒雷達(dá)、聲納、測(cè)速儀等。書(shū)中還討論了各種特征匹配導(dǎo)航系統(tǒng)。

圖書(shū)封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

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