高速傳感器輔助導航

內(nèi)容概要

法雷爾編寫的《高速傳感器輔助導航》主要介紹設計和分析輔助導航系統(tǒng)的方法，以及應用該方法所采用的基本原理。全書包含兩部分，共12章。
第Ⅰ部分講解一些必要的理論、概念和工具，涉及參照系、確定性系統(tǒng)、隨機過程、最佳狀態(tài)估計、性能分析、導航系統(tǒng)設計等內(nèi)容；第Ⅱ部分將理論應用于幾個特殊的導航應用中，介紹全球定位系統(tǒng)、基于編碼器的GPS輔助航位推測法、AHRS、輔助慣性導航、LBL和多普勒輔助INS。此外，《高速傳感器輔助導航》還附有關于符號、線性代數(shù)的回顧、GPS衛(wèi)星位置和速度的計算、四元數(shù)的附錄，有助于讀者對基礎理論和概念的理解。
《高速傳感器輔助導航》作為衛(wèi)星導航專業(yè)本科高年級或研究生課程的教科書，也可作為輔助導航及其應用領域工程技術(shù)和科研人員的自學參考書。

作者簡介

Jay
A.Farrell在愛荷華州立大學獲得物理學和電子工程學士學位(1986年)，在Notre
Dame大學獲得電子工程碩士(1988年)和博士學位(1989年)。在Charles
StarkDraper實驗室(1989—1994年)，Jay
A.Farrell是自動交通工具智能學習控制系統(tǒng)方案設計的主要負責人。1990年，JayA.Farrell被授予工程學首席會長最佳技術(shù)發(fā)行獎；1991年和1993年，他因突出的成績和成就獲得榮譽獎。JayA.Farrell是加州大學電子工程系教授和榮譽主席，任IEEE管理系統(tǒng)學會首席財政會長和首席技術(shù)執(zhí)行會長，是IEEE(2008)學會特別會員，出版的技術(shù)刊物超過150部；Jay
A.Farrell是AidedN avigation：GPS with High Rate
Seo(McGraw—Hill，2008)一書的作者，并且是以下這幾本書的聯(lián)合作者：Tlle Global Positioning
System and Interial Navigation(McGraw—Hill，1998)、Adaptive
Approximation Based Control：Unifying Neural，F(xiàn)uzzy and Traditional
Adaptive Approximation Approaches(John Wiley，2006)。

書籍目錄

第Ⅰ部分  理論
  概述
  第1章  緒論
  第2章  參照系
  第3章  確定性系統(tǒng)
  第4章  隨機過程
  第5章  最優(yōu)狀態(tài)估計
  第6章  性能分析
  第7章  導航系統(tǒng)設計
第Ⅱ部分  應用
  概述
  第8章  全球定位系統(tǒng)
  第9章  基于編碼器的GPS輔助航位推測法
  第10章  AHRS
  第11章  輔助慣性導航
  第12章  LBL和多普勒輔助INS
附錄A  符號
附錄B  線性代數(shù)回顧
附錄C  GPS衛(wèi)星位置和速度的計算
附錄D  四元數(shù)
參考文獻

章節(jié)摘錄

　　本章介紹全球定位系統(tǒng)（GPS）、模型方程和系統(tǒng)特征，所用的符號將會在隨后的章節(jié)中使用。本章展示了有興趣的讀者在實時導航系統(tǒng)中理解和利用GPS所必需和必要的技術(shù)信息。本章討論3種GPS定位方法：標準GPS、差分GPS（DGPS）和載波相位DGPS。對于每一種定位方法，都將討論定位精度。本章將介紹GPS的實時單點定位算法技術(shù)。每次采樣將被獨立地考慮（即沒有濾波）。這種介紹方法能夠直接討論GPS的定位精度和算法方法。通過對GPS數(shù)據(jù)進行濾波，可以獲得明顯的好處。GPS作為輔助信號的應用將在第9章和11章進行介紹。本章假設某些必需的量（如衛(wèi)星的位置）是可以計算的。這些計算在附錄C中進行描述。本章的提綱如下：8.1節(jié)提供GPS系統(tǒng)和GPS信號特征的概述；8.2節(jié)討論GPS的偽距觀測量、相關的符號和通過同時進行的一系列偽距測量來確定接收機天線位置的方法；8.3節(jié)討論接收機的基本測量和偽距、載波相位的構(gòu)成，以及基本測量中的多普勒觀測量；8.2節(jié)～8.3節(jié)將介紹和使用GPS測量誤差的各種符號；8.4節(jié)介紹各種各樣的誤差源的主要特點；GPS測量誤差對定位估計精度的影響將在8.5節(jié)進行分析；8.6節(jié)討論雙頻接收機的使用；8.7節(jié)討論偽距觀測量的載波相位平滑；8.8節(jié)討論差分GPS處理的各種方法；8.9節(jié)對整周模糊度算法進行討論。8.1 GPS概述 GPS是一種全天候的、全球的、連續(xù)覆蓋的星基無線導航系統(tǒng)。GPS提供幾乎是全球統(tǒng)一的精度。另外，GPS接收機的價格也比較合理。8.1.1 GPS系統(tǒng) GPS主要包括三大部分：空間部分、控制部分和用戶部分?？臻g部分由GPS衛(wèi)星組成。衛(wèi)星圍繞地球軌道運行，地球軌道由6個周期為12小時（11小時58分）的軌道面組成，每個軌道面有4顆衛(wèi)星（名義上）。這些軌道面是傾角為55°的近乎圓形的軌道，距離地球表面約20200 km。這6個軌道面圍繞地球赤道以60°等間隔分布。這樣的星座可以確保（除非有障礙物）位于地球任何地方的用戶在任何時間至少可以觀測到4顆衛(wèi)星。因為衛(wèi)星軌道并非是靜止軌道，所以對應于地球上的固定接收機的幾何相關的衛(wèi)星也是不斷變化的。這種幾何位置的變化導致定位結(jié)果也在變化，但是是可以預測的，位置的定位估計精度由一系列固定的衛(wèi)星決定。衛(wèi)星發(fā)出經(jīng)過編碼的無線電信號，GPS接收機對其解碼以確定重要的系統(tǒng)參數(shù)?？刂撇糠重撠煿芾砜臻g部分的健康和狀態(tài)。它由位于世界各地的跟蹤站系統(tǒng)，包括6個監(jiān)測站和1個主控站組成。地面監(jiān)測站測量來自衛(wèi)星的信號并把信號傳給主控站。地面主控站確定每一顆衛(wèi)星的軌道模型和衛(wèi)星時鐘校正參數(shù)。這些參數(shù)（和其他數(shù)據(jù)）被傳輸給衛(wèi)星，然后衛(wèi)星將這些參數(shù)播發(fā)給用戶。用戶部分由天線和接收機組成。傳統(tǒng)上，接收機包含三個主要的部分。其射頻前端對從GPS天線發(fā)送的輸入信號主要完成三階段工作：信號放大、濾波和將GPS信號頻譜變換到較低頻域。接收機的基帶部分有數(shù)個并行的通道處理來自射頻前端的輸出信號。每一個通道跟蹤一顆衛(wèi)星的信號，確定一些基本的通道變量并且根據(jù)衛(wèi)星信號確定數(shù)據(jù)位?；镜耐ǖ雷兞看_定傳輸時間和載波相位。進一步的說明見8.3節(jié)。數(shù)據(jù)位描述了一些計算必需的信息，像衛(wèi)星位置和速度、衛(wèi)星鐘差和衛(wèi)星的健康狀況。接收機的導航部分用衛(wèi)星的位置和測得的從衛(wèi)星到接收機的信號傳輸時間來估算位置、速度和用戶的時間。傳統(tǒng)接收機的三階段對于先進的接收機來說沒有那么明顯的區(qū)分。例如，一臺先進的接收機可以使用輔助導航算法找到或跟蹤來自其他衛(wèi)星的較弱信號。GPS提供兩個層次的服務：標準定位服務（SPS）和精密定位服務（PPS）。SPS是一種定位和時間服務，對所有的GPS用戶，它可以提供連續(xù)的、全球覆蓋的沒有直接費用的服務。這個層次的服務是（現(xiàn)在）通過L1頻率提供粗捕獲（C／A）和導航數(shù)據(jù)信息。SPS的全部工作能力是在1993年晚期實現(xiàn)的。使用SPS服務的典型GPS位置估計精度將在8.4.10節(jié)討論。PPS僅美國政府授權(quán)的用戶才能使用，它提供更精確的位置、速度和時間服務。這項服務受一項被稱為反欺騙（AS）的技術(shù)控制。某些高級GPS接收機在沒有PPS授權(quán)的情況下也可以跟蹤L2頻率的信號，但是性能要降低一些，從而允許民間用戶使用這兩個頻率。GPS接收機是被動式操作（也就是說，接收機不需要發(fā)射任何信號），因此，GPS空間部分可以為無限用戶提供服務。GPS系統(tǒng)是一個視線系統(tǒng)。如果接收機和某個衛(wèi)星的路徑之間有遮擋，則接收機就不可能接收到衛(wèi)星信號。例如，一個典型的GPS接收機在室內(nèi)、在水下運載工具中或在濃密的植被下將不起作用。

圖書封面

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