载波相位时间差分/捷联惯导组合导航方法研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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汤勇刚，吴美平 著

图书标签:

• 载波相位差分
• 捷联惯导
• 组合导航
• 导航技术
• 定位
• 误差分析
• 滤波算法
• GNSS
• 惯性导航
• 测量与控制

店铺： 华文京典专营店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118102703

商品编码：29572890520

包装：平装

出版时间：2016-07-01

基本信息

书名：载波相位时间差分/捷联惯导组合导航方法研究

定价：50.00元

作者：汤勇刚,吴美平

出版社：国防工业出版社

出版日期：2016-07-01

ISBN：9787118102703

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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汤勇刚、吴美平所*的《载波相位时间差分\捷 联惯导组合导航方法研究》以地面车辆和水面舰艇等 中低动态载体的导航为背景，以卫星导航系统和激光 陀螺捷联惯导系统构成的组合导航系统为主要研究对 象，提出在卫星导航/捷联惯导组合导航系统中充分利 用载波相位时间差分信号以改善系统的性能，并对涉 及的主要理论问题和方法进行了研究。

目录

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章 绪论 1.1 引言 1.2 问题的提出和研究意义 1.3 外发展及研究现状 1.3.1 卫星导航与惯性导航 1.3.2 北斗卫星导航系统及其组合导航技术的发展与研究现状 1.3.3 载波相位时间差分技术的发展及研究现状 1.3.4 载波相位时间差分/捷联惯导组合导航的关键技术及其研究现状 1.4 研究的内容、组织结构和主要贡献 1.4.1 研究内容及组织结构 1.4.2 主要贡献第2章 基本原理及数学模型 2.1 载波相位测量的数学模型 2.2 载波相位主要误差源的时空相关特性 2.3 载波相位时间差分的基本原理和数学模型 2.3.1 载波相位时间差分的基本原理 2.3.2 载波相位时间差分的数学模型 2.4 载波相位时间差分/捷联惯导组合的基本原理 2.5 小结第3章 卫星导航/惯导组合导航系统的全局可观性分析 3.1 可观性定义和基本概念 3.1.1 可观性定义 3.1.2 可观性与估计精度和滤波器稳定性之间的关系 3.2 线性全局可观性分析 3.2.1 卫星/捷联惯导组合导航系统的线性系统模型 3.2.2 全局可观性充分条件 3.3 仿真及实验验证 3.3.1 仿真1：卫星导航/高精度惯导系统 3.3.2 仿真2：卫星导航/低精度惯导系统 3.3.3 仿真3：载体作“跳跃”运动 3.3.4 跑车实验 3.4 小结第4章 载波相位时间差分/捷联惯导组合导航算法 4.1 载波相位时间差分/捷联惯导组合导航可观性分析 4.2 组合导航滤波器 4.2.1 地固坐标系下的捷联惯导误差模型 4.2.2 滤波器状态方程 4.2.3 滤波器观测方程 4.2.4 测量数据中周跳的处理方法 4.2.5 组合导航实验 4.3 降阶滤波器 4.3.1 滤波器降阶方法 4.3.2 对降阶滤波器的实验验证 4.4 完整约束的应用 4.4.1 完整约束的等效观测方程 4.4.2 应用完整约束的实验验证 4.5 小结第5章 载波相位时间差分速度估计算法研究 5.1 速度测量及其精度分析 5.1.1 速度测量算法 5.1.2 速度测量的精度分析 5.2 载波相位率的提取 5.2.1 线性跟踪-微分器的基本原理 5.2.2 载波相位率提取算法 5.3 仿真与实验 5.3.1 线性跟踪-微分器的仿真分析 5.3.2 跑车实验 5.4 小结第6章 总结与展望 6.1 总结 6.2 研究展望后记附录A 常用坐标系和时间系统 A.1 常用坐标系的定义 A.2 常用坐标系的相互转换关系 A.3 时间系统及相互关系参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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穿越迷雾，锁定航向：融合时空信息的高精度导航新范式 在浩瀚的宇宙探索、复杂的海底探测、瞬息万变的战场态势，乃至于我们日常生活中精准的自动驾驶，对位置和姿态信息的需求，早已超越了简单的“我在哪里”。我们追求的是“我在哪里，以怎样的速度，朝哪个方向，以何种精度在移动”。这种对高精度、全天候、自主式导航的极致渴求，正驱动着导航技术的不断革新。 本书将为您揭示一种极具潜力的导航技术融合范式，它巧妙地结合了两种看似独立却又相辅相成的导航原理，共同构建一个强大而可靠的导航系统。我们将深入探讨如何通过深度挖掘载波相位测量所蕴含的微秒级时间信息，并将其与捷联惯性导航系统（SINS）提供的连续、高频的姿态和速度测量能力有机结合，从而实现前所未有的导航精度和鲁棒性。 第一篇：载波相位测量——时空测量的精度之源 载波相位测量，作为全球导航卫星系统（GNSS）领域最前沿的技术之一，以其独特的优势，正在重塑我们对精确定位的认知。与传统的基于伪码测量的单点定位不同，载波相位测量能够捕捉到卫星信号载波的完整周期信息，从而实现厘米级甚至毫米级的绝对定位精度。然而，这种精度并非唾手可得，它背后蕴含着一系列复杂的信号处理和数据融合挑战。 在这一篇中，我们将首先回顾GNSS信号的传播原理，详细解析其从卫星发射到接收机接收的完整路径。我们将重点关注载波信号的本质，理解其具有极高频率和稳定性的特点，以及如何利用这些特性进行精确测量。 随后，我们将深入探讨载波相位测量的核心机制。这包括： 载波相位观测量的获取：详细介绍接收机如何解调和跟踪卫星信号的载波，以及如何测量接收到的载波相位与本地产生的载波相位之间的差值。我们会深入分析周跳的概念和影响，这是载波相位测量中最棘手的难题之一，因为卫星信号在传播过程中会因为各种原因发生周跳，导致相位观测值产生不连续性。我们将详细介绍周跳探测、修复和保持（PPP-AR）的各种先进算法，例如基于平滑伪距的探测方法、基于多普勒测量值的探测方法、基于观测值历元之间差值的探测方法，以及不同修复策略（如整周模糊度解算）的技术细节。 载波相位测量误差源的分析：深入剖析影响载波相位测量精度的各种误差，包括但不限于卫星轨道误差、卫星钟差、大气延迟（电离层和对流层延迟）、接收机钟差、多路径效应、天线相位中心偏差等。我们会详细介绍每种误差的物理成因，以及它们对相位观测值的影响机制。 精密单点定位（PPP）技术：PPP是利用单台GNSS接收机，通过后处理或实时解算，实现高精度定位的技术。我们将详细介绍PPP的模型构建，包括精密轨道和钟差的应用、大气延迟的精确建模（如利用GIM产品、Klobuchar模型、GPT模型等），以及如何利用载波相位观测值来提高定位精度。我们将重点关注PPP-AR，即在PPP中进行周跳探测和修复，这是实现厘米级甚至更高精度定位的关键。我们会详细介绍PPP-AR的算法流程、不同解算策略（实时PPP-AR vs 动态PPP-AR），以及如何处理动态场景下的周跳。 RTK（实时动态差分）与PPP-RTK：在介绍完PPP的基础上，我们将进一步探讨RTK技术，理解其利用基准站和流动站之间的差分原理，实现实时厘米级定位。同时，我们将重点阐述PPP-RTK的优势，即在PPP框架下融合网络差分信息，克服传统RTK基准站数量限制的缺点，实现更广范围内的实时高精度定位。 第二篇：捷联惯导系统——自主导航的基石 捷联惯性导航系统（SINS）以其内在的自主性、高采样率以及对运动状态的敏感性，成为实现连续、高频导航信息的关键。在GNSS信号可能中断或受到干扰的环境下，SINS能够提供短时间内的可靠导航信息，是构建混合导航系统的不可或缺的组成部分。 在本篇中，我们将系统性地介绍SINS的原理和技术： 惯性测量单元（IMU）：详细介绍IMU的组成，包括陀螺仪（用于测量角速度）和加速度计（用于测量比力）。我们将深入解析不同类型的陀螺仪（如光纤陀螺、MEMS陀螺）和加速度计（如石英摆式、MEMS加速度计）的工作原理、精度指标及其优缺点。 SINS的导航模型：阐述SINS如何利用IMU的测量值，通过积分运算，输出载体的位置、速度和姿态信息。我们将详细介绍姿态更新算法，包括四元数法、方向余弦矩阵法等，以及它们在数值稳定性和计算效率方面的权衡。我们将深入分析位置和速度更新算法，并详细阐述捷联惯导的误差模型，包括系统误差（如尺度因子误差、轴不对准误差）、IMU随机误差（如零偏、噪声、尺度因子随机误差）以及平台误差等。 SINS的误差传播与补偿：探讨SINS固有的误差累积特性，即随着时间的推移，误差会不断增长。我们将介绍卡尔曼滤波（KF）及其变种，如扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF），在SINS误差分析和补偿中的核心作用。我们将详细阐述如何建立SINS的误差状态方程和量测方程，并利用卡尔曼滤波来估计和补偿系统误差，从而抑制误差的增长。 第三篇：融汇贯通——载波相位与捷联惯导的协同工作 本书的核心价值在于第三篇，我们将详细阐述如何将载波相位测量的高精度绝对位置信息与SINS提供的连续、高频的姿态和速度信息进行融合，构建一个协同工作的导航系统。这种融合能够充分发挥各自的优势，弥补彼此的不足，实现单系统无法企及的导航性能。 本篇将涵盖以下关键内容： 融合策略的设计：我们将探讨不同的融合框架，包括松组合和紧组合。 松组合（Loosely Coupled）：SINS和GNSS分别独立进行导航解算，然后将GNSS的解算结果（如位置、速度）作为外部量测输入到SINS的误差状态卡尔曼滤波中，用于校正SINS的误差。我们将详细分析松组合的优势（实现简单、可移植性好）和劣势（未充分利用GNSS的原始测量信息，对GNSS的依赖性较强）。 紧组合（Tightly Coupled）：将GNSS的原始测量信息（如伪码和载波相位观测值）直接输入到统一的卡尔曼滤波框架中，与SINS的测量信息一同进行状态估计。我们将重点关注紧组合下的载波相位观测值与SINS状态量的融合，如何巧妙地设计量测方程，将载波相位的绝对位置测量信息与SINS解算出的相对位置和速度进行耦合。我们将深入分析紧组合的优势（更高的精度、更强的鲁棒性，能够利用GNSS的部分测量信息）和挑战（系统复杂度高、计算量大）。 载波相位与SINS的量测模型：详细设计如何在卡尔曼滤波框架下，将载波相位观测值转化为有效的量测更新。这包括如何利用载波相位观测值与SINS解算出的位置信息之间的差值，作为卡尔曼滤波的量测输入。我们将重点分析载波相位测量值的精度特性以及它如何有效地约束SINS的误差。 周跳对融合导航系统的影响与处理：在融合系统中，周跳的出现仍然是一个严峻的挑战。我们将探讨周跳发生时，如何通过SINS提供的连续、高频的姿态和速度信息，辅助GNSS的周跳探测和修复，从而提高融合导航系统的鲁棒性。我们将分析SINS如何为GNSS周跳探测提供先验信息，例如利用SINS对载体运动的准确描述，来预测GNSS观测值在时间上的连续性，从而更有效地识别异常的周跳。 动态环境下的融合导航：特别关注在车辆、无人机、船舶等动态载体上的应用。我们将讨论如何在高速运动、剧烈机动以及多径效应严重的复杂环境下，实现稳定可靠的融合导航。例如，分析SINS如何帮助GNSS在低信号质量区域（如城市峡谷、隧道入口）维持导航的连续性，以及GNSS的精确位置信息如何帮助SINS抑制长期误差的积累。 性能评估与验证：介绍常用的融合导航系统性能评估指标，包括定位精度（绝对位置误差、相对位置误差）、速度精度、姿态精度、完好性等。我们将讨论如何设计仿真实验和实际测试场景，来全面验证融合导航系统的性能，并与其他导航系统进行对比分析。 通过本书的学习，读者将能够深刻理解载波相位测量和捷联惯导系统的核心原理，并掌握如何将这两种强大的导航技术有机融合，构建出高精度、高可靠性的组合导航系统。无论是GNSS科研人员、导航工程师，还是对高精度自主导航技术感兴趣的读者，都将从中受益匪浅，为推动相关领域的科技进步贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和印刷质量相当不错，拿到手里沉甸甸的，很有分量感。封面设计简洁大方，虽然主题听起来有些专业性，但整体感觉还是比较严谨和学术的。我特别留意了字体排版，行距和字号都设置得很舒服，长时间阅读下来眼睛不太容易疲劳。不过，对于初次接触这个领域的读者来说，可能需要一个适应过程。书中对一些基础概念的引入处理得比较含蓄，更像是直接进入了核心问题的探讨。我希望作者能在引言部分对该领域的研究现状和重要性做更详尽的铺陈，这样能更好地帮助读者建立起对后续内容的整体认知框架。特别是对于那些想以此书作为入门参考的人来说，有一个清晰的导航图会更有帮助。从目录结构来看，逻辑性是清晰的，章节之间的过渡也比较自然，但如果能增加一些章节小结或关键点回顾，或许能进一步强化读者的理解和记忆。总的来说，从阅读体验上讲，这绝对是一本精心制作的专业书籍。

评分☆☆☆☆☆

这本书在理论深度上确实达到了相当高的水准，对于那些在相关领域深耕多年的研究人员来说，无疑是一份宝贵的财富。作者对数学模型的推导过程详略得当，很多关键公式的引用和证明都展示了扎实的功底。我欣赏作者在处理复杂算法时所展现出的那种抽丝剥茧的分析能力，使得原本晦涩难懂的原理变得有迹可循。然而，对于实践操作层面的关注略显不足，这是我感到有些遗憾的地方。如果能在某些关键算法之后，附带一些关于参数敏感性分析、实际应用中的误差来源探讨，或是基于常见仿真平台的具体实现建议，那这本书的实用价值将大大提升。毕竟，理论的完美最终还是要接受实践的检验。期待未来能看到作者或相关学者基于此书的理论基础，再出版一本更侧重工程应用的配套教材或手册，真正实现理论与实践的无缝对接。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，简直像进行一场思维的马拉松，节奏紧凑，要求读者必须全神贯注。它的叙事风格非常直接，几乎没有冗余的描述，直奔主题，这对于追求效率的专业人士来说是优点，但对于我这种需要多角度理解才能吸收新知识的读者来说，则需要频繁地查阅其他资料进行辅助理解。我发现，书中某些核心概念的引入略显突兀，可能是因为作者默认读者已经具备了前置知识。比如，在讨论某个优化策略时，对该策略背后的物理意义或历史演变介绍不足，使得读者在理解“为什么选择这个方法”而非“这个方法如何工作”时，会感到一丝困惑。这本书的价值在于其深度和广度兼具的理论探讨，它迫使你跳出固有的思维定式去审视问题。它更像是一份高水平的学术报告汇编，而非一本面向大众的科普读物，定位非常明确，适合特定圈子的深入交流。

评分☆☆☆☆☆

这本书在图表的使用上显得有些保守，这对于理解复杂的时空关系和信号处理过程来说，是一个小小的障碍。例如，在介绍时间同步或空间解算的流程时，一个精心绘制的系统架构图往往胜过千言万语的文字描述。虽然文字描述是严谨的，但缺乏足够的视觉辅助，使得某些动态过程的理解需要读者在脑海中进行复杂的空间构建。我注意到，某些关键算法的流程图如果有更清晰的步骤划分和分支逻辑标识，将会极大地降低读者的理解门槛。此外，数据可视化方面也可以加强，比如用对比图来展示不同方法的性能差异，这比单纯罗列性能指标更有说服力。总体而言，内容是顶尖的，但如果能在呈现方式上更加注重对非文本信息的有效利用，这本书的传播范围和影响力可能会更上一层楼，真正做到“图文并茂”的学术典范。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，这本书的参考文献部分做得非常扎实和详尽，这体现了作者严谨的学术态度和对领域内历史脉络的清晰掌握。每一次理论的阐述或方法的提出，都能清晰地溯源到相关的经典文献，这为读者提供了进一步深入研究的宝贵线索。然而，一个让我略感不便的地方是，书中对于某些新近研究成果的引用相对较少。导航技术是一个发展迅速的领域，新的传感器技术、新的滤波算法层出不穷，如果能在现有成熟理论的基础上，适当地融入一些近五年内最具代表性的创新工作，这本书的时代性和前沿性将会得到更好的平衡。它现在更像是一部奠基性的经典著作，我期待它能在未来的修订版中，能够更积极地拥抱最新的技术进展，从而保持其在行业内的持续领先地位。这会让读者感觉自己不仅学到了基础，也跟上了时代的最快步伐。