載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航方法研究 9787118102703 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2026

繁體網頁||簡體網頁

☆☆☆☆☆

湯勇剛，吳美平 著

圖書標籤:

• 載波相位差分
• 捷聯慣導
• 組閤導航
• 導航定位
• GNSS
• 誤差分析
• 濾波算法
• 精密定位
• 慣性導航
• 測量與控製

店鋪： 韻讀圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118102703

商品編碼：29762460987

包裝：平裝

齣版時間：2016-07-01

圖書基本信息
圖書名稱	載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航方法研究	作者	湯勇剛,吳美平
定價	50.00元	齣版社	國防工業齣版社
ISBN	9787118102703	齣版日期	2016-07-01
字數		頁碼
版次	1	裝幀	平裝
開本	16開	商品重量	0.4Kg

內容簡介

湯勇剛、吳美平所*的《載波相位時間差分\捷 聯慣導組閤導航方法研究》以地麵車輛和水麵艦艇等 中低動態載體的導航為背景，以衛星導航係統和激光 陀螺捷聯慣導係統構成的組閤導航係統為主要研究對 象，提齣在衛星導航/捷聯慣導組閤導航係統中充分利 用載波相位時間差分信號以改善係統的性能，並對涉 及的主要理論問題和方法進行瞭研究。

作者簡介

目錄

章 緒論 1.1 引言 1.2 問題的提齣和研究意義 1.3 外發展及研究現狀 1.3.1 衛星導航與慣性導航 1.3.2 北鬥衛星導航係統及其組閤導航技術的發展與研究現狀 1.3.3 載波相位時間差分技術的發展及研究現狀 1.3.4 載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航的關鍵技術及其研究現狀 1.4 研究的內容、組織結構和主要貢獻 1.4.1 研究內容及組織結構 1.4.2 主要貢獻第2章 基本原理及數學模型 2.1 載波相位測量的數學模型 2.2 載波相位主要誤差源的時空相關特性 2.3 載波相位時間差分的基本原理和數學模型 2.3.1 載波相位時間差分的基本原理 2.3.2 載波相位時間差分的數學模型 2.4 載波相位時間差分/捷聯慣導組閤的基本原理 2.5 小結第3章 衛星導航/慣導組閤導航係統的全局可觀性分析 3.1 可觀性定義和基本概念 3.1.1 可觀性定義 3.1.2 可觀性與估計精度和濾波器穩定性之間的關係 3.2 非綫性全局可觀性分析 3.2.1 衛星/捷聯慣導組閤導航係統的非綫性係統模型 3.2.2 全局可觀性充分條件 3.3 仿真及實驗驗證 3.3.1 仿真1：衛星導航/高精度慣導係統 3.3.2 仿真2：衛星導航/低精度慣導係統 3.3.3 仿真3：載體作“跳躍”運動 3.3.4 跑車實驗 3.4 小結第4章 載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航算法 4.1 載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航可觀性分析 4.2 組閤導航濾波器 4.2.1 地固坐標係下的捷聯慣導誤差模型 4.2.2 濾波器狀態方程 4.2.3 濾波器觀測方程 4.2.4 測量數據中周跳的處理方法 4.2.5 組閤導航實驗 4.3 降階濾波器 4.3.1 濾波器降階方法 4.3.2 對降階濾波器的實驗驗證 4.4 非完整約束的應用 4.4.1 非完整約束的等效觀測方程 4.4.2 應用非完整約束的實驗驗證 4.5 小結第5章 載波相位時間差分速度估計算法研究 5.1 速度測量及其精度分析 5.1.1 速度測量算法 5.1.2 速度測量的精度分析 5.2 載波相位率的提取 5.2.1 非綫性跟蹤-微分器的基本原理 5.2.2 載波相位率提取算法 5.3 仿真與實驗 5.3.1 非綫性跟蹤-微分器的仿真分析 5.3.2 跑車實驗 5.4 小結第6章 總結與展望 6.1 總結 6.2 研究展望後記附錄A 常用坐標係和時間係統 A.1 常用坐標係的定義 A.2 常用坐標係的相互轉換關係 A.3 時間係統及相互關係參考文獻

編輯推薦

文摘

序言

導航定位技術的新探索：融閤與革新 在日益互聯和動態變化的世界中，精確可靠的定位與導航能力已成為眾多現代技術和應用的核心驅動力。從地麵交通的智能調度，到航空航天的安全飛行，再到科學研究的深入探索，無不依賴於精密的導航係統。傳統的導航技術，如慣性導航係統（INS）和全球導航衛星係統（GNSS），各自擁有獨特的優勢，但也存在不可忽視的局限性。例如，GNSS在信號遮擋區域（如室內、峽榖地帶）性能會顯著下降，而INS雖然具備自主導航能力，卻會隨著時間的推移纍積誤差。因此，如何剋服單一導航技術的不足，實現優勢互補，是導航定位領域持續追求的重點。 本書的研究，正是聚焦於這一前沿課題，深入探討瞭兩種關鍵導航技術的融閤之道——載波相位差分技術與捷聯慣導係統的組閤。這種組閤並非簡單的疊加，而是通過精巧的算法設計和係統集成，力求實現一種更強大、更魯棒、更精確的導航解決方案。 第一部分：載波相位差分技術——高精度定位的基石 本部分將首先深入剖析載波相位差分技術（RTK，Real-Time Kinematic）的工作原理及其在實現厘米級乃至毫米級定位方麵的核心優勢。我們將從GNSS信號的基本構成講起，詳細闡述載波相位測量與僞距測量的根本區彆。載波相位測量利用瞭GNSS信號載波的周期性，能夠提供遠超僞距測量的精度。然而，由於載波周期的模糊性（即不知道測量的載波周期是第幾周），直接利用載波相位測量會産生“整周模糊度”問題，這是RTK技術需要重點解決的關鍵難題。 接著，我們將詳細介紹 RTK 技術的核心組成部分，包括基準站（Reference Station）和用戶端（Rover）。基準站通過持續接收GNSS衛星信號，並解算齣其精確的位置，從而獲取到實時的差分改正信息。這些差分改正信息包含瞭剋服整周模糊度所需的關鍵數據，以及對衛星星曆、鍾差等誤差的修正。用戶端則利用接收到的GNSS原始測量數據，並結閤基準站提供的差分改正信息，通過一係列精密的數學模型和解算算法，實現對自身位置的實時高精度測定。 書中將重點闡述常用的整周模糊度固定方法。這包括但不限於：LAMBDA（Least-squares AMBiguity Decorrelation Adjustment）方法、模糊度搜索與診斷（Ambiguity Search and Diagnosis）技術等。我們將分析不同方法的原理、優缺點以及適用的場景，並探討在實際應用中，如何通過多頻段GNSS接收機（如雙頻或三頻接收機）來加速模糊度固定過程，提高係統的實時性和可靠性。多頻段接收機能夠同時接收不同頻率的GNSS信號，提供更多的觀測方程，從而更有效地解決整周模糊度。 此外，本部分還將討論影響RTK係統精度的各種因素，例如：基準站與用戶端之間的距離、大氣延遲（電離層和對流層延遲）、多路徑效應、接收機硬件性能、衛星幾何構型（DOP值）等。我們將深入分析這些誤差源的特性，並介紹相應的誤差抑製和補償技術，如大氣模型的使用、抗多路徑天綫的設計、以及動態DOP監測等，以期為讀者提供一個全麵、深入的RTK技術認知。 第二部分：捷聯慣導係統——自主導航的強大內核 本部分將聚焦於捷聯慣導係統（SINS，Strapdown Inertial Navigation System），闡述其作為一種獨立自主的導航係統所扮演的關鍵角色。我們將從慣性導航的基本原理齣發，詳細介紹慣性測量單元（IMU，Inertial Measurement Unit）的構成，即陀螺儀（Gyroscopes）和加速度計（Accelerometers）。陀螺儀用於測量物體的角速度，而加速度計則測量物體的綫性加速度。 書中將詳細推導捷聯慣導係統的運動學方程。與傳統的平颱式慣導係統不同，捷聯慣導係統將IMU直接固連在被導航的載體上，並通過計算機進行姿態解算。這意味著陀螺儀和加速度計的測量值會隨著載體姿態的變化而變化。捷聯慣導係統的核心在於利用這些測量值，結閤適當的坐標係轉換和積分運算，實時推算齣載體的姿態、速度和位置信息。我們將詳細介紹姿態更新的算法，如四元數法、方嚮餘弦矩陣法等，以及速度和位置的積分方法。 然而，慣性器件的固有限製是SINS係統不可避免的問題。陀螺儀和加速度計的測量過程中會引入零偏（Bias）、尺度因子誤差（Scale Factor Error）、軸不對準誤差（Misalignment Error）以及隨機噪聲等誤差。這些誤差會隨著時間的推移而纍積，導緻SINS係統輸齣的位置、速度和姿態信息逐漸偏離真實值，産生“發散”現象。本部分將深入分析這些誤差源的特性，並介紹慣性器件的標定方法，如常數加速度標定、動態標定等，以及在係統運行時進行誤差補償的策略。 盡管存在誤差纍積的問題，SINS係統依然是實現高頻、高動態環境下精確導航的關鍵技術。它不依賴外部信號，能夠提供連續、穩定的導航信息，尤其是在GNSS信號中斷或失效的情況下，SINS係統可以作為一種重要的備份或補充。 第三部分：融閤之道——載波相位差分與捷聯慣導的協同導航 本部分是本書的核心，將深入探討載波相位差分技術與捷聯慣導係統的組閤方法，即GNSS/INS組閤導航。我們將分析兩種技術各自的優勢與劣勢，並闡釋為何它們的融閤能夠産生“1+1>2”的協同效應。RTK技術能夠提供高精度的實時位置信息，但其對信號覆蓋範圍和環境有一定要求；SINS係統則能提供高頻率、連續的姿態和短時高精度位置信息，但存在長期誤差發散問題。將兩者進行融閤，RTK可以為SINS提供高精度的位置和速度更新，從而有效抑製SINS的誤差纍積；反過來，SINS的高頻動態響應能力可以彌補RTK在信號失鎖期間的導航盲區，並提供更平滑、更穩定的導航輸齣。 我們將重點介紹常用的組閤導航濾波算法，包括： 卡爾曼濾波（Kalman Filter, KF）及其變種： 綫性卡爾曼濾波、擴展卡爾曼濾波（Extended Kalman Filter, EKF）和無跡卡爾曼濾波（Unscented Kalman Filter, UKF）。我們將詳細分析它們在GNSS/INS組閤導航中的應用原理、狀態嚮量的設計、過程噪聲和量測噪聲的協方差矩陣的構建。EKF通過綫性化模型來處理非綫性係統，而UKF則采用一種確定性的采樣方法來近似非綫性函數的概率分布，在非綫性程度較高的係統中通常錶現更優。 粒子濾波（Particle Filter, PF）： 針對非綫性、非高斯係統，粒子濾波提供瞭一種更為通用的解決方案。我們將討論粒子濾波的原理、粒子錶示、重要性采樣和重采樣等關鍵步驟，以及在復雜GNSS/INS組閤導航場景下的適用性。 書中將深入分析不同濾波算法在GNSS/INS組閤導航中的具體實現細節，包括： 緊耦閤（Tight Coupling）與鬆耦閤（Loose Coupling）模式： 緊耦閤模式下，GNSS和INS的原始觀測數據（如僞距、載波相位、IMU測量值）直接輸入到同一個濾波器中進行聯閤解算，能夠最大程度地發揮融閤優勢。鬆耦閤模式下，GNSS和INS分彆獨立進行導航解算，然後將各自的輸齣結果（如位置、速度）輸入到濾波器中進行融閤。我們將分析兩種模式的優缺點、適用場景以及性能差異。 狀態嚮量的設計： 如何閤理地設計組閤導航的狀態嚮量，包含載體的位置、速度、姿態，以及慣性器件的零偏等誤差參數。 量測模型與過程模型的構建： 如何精確地描述GNSS和INS的觀測信息與係統狀態之間的關係，以及係統狀態的演化過程。 模糊度固定對組閤導航的影響： 當RTK處於模糊度固定狀態時，其量測精度極高，對SINS誤差的抑製效果也最顯著。而當模糊度處於模糊狀態（float state）或失鎖時，RTK的量測精度會下降。我們將探討如何根據模糊度固定的狀態來動態調整濾波器的量測模型和噪聲協方差，以優化組閤導航的性能。 此外，本部分還將探討在復雜環境下，如高動態運動、存在強電磁乾擾、GNSS信號嚴重遮擋等情況下，如何優化組閤導航算法，提高係統的魯棒性和可用性。例如，通過引入更先進的誤差建模技術，或采用自適應濾波策略，使係統能夠根據環境變化自動調整濾波參數。 第四部分：實際應用與未來展望 在對GNSS/INS組閤導航的理論和算法進行深入探討之後，本部分將結閤實際應用案例，展示該技術的強大能力。我們將分析其在以下領域的應用： 自動駕駛汽車： 高精度、高可靠性的定位導航是實現L3/L4/L5級彆自動駕駛的關鍵，GNSS/INS組閤導航能夠提供車輛在隧道、橋梁、城市峽榖等復雜環境下的連續精準定位。 無人機（UAV）導航： 在GPS信號可能受到乾擾或失效的區域，SINS能夠提供自主導航能力，而RTK的融閤則能進一步提升其航跡精度和著陸精度。 形變監測與大地測量： 厘米級甚至毫米級的定位精度對於監測地殼形變、橋梁沉降、大型工程施工等至關重要，GNSS/INS組閤導航能夠實現高動態下的精確測量。 機器人導航： 在室內或GPS信號不可用的環境中，SINS能夠提供自主定位，結閤視覺或激光雷達等傳感器，實現更全麵的環境感知和定位。 最後，本部分將對GNSS/INS組閤導航技術的未來發展進行展望。我們將探討諸如多傳感器融閤（例如，引入視覺裏程計VO、激光雷達SLAM等）、低成本IMU的性能提升、以及下一代GNSS係統（如北鬥三號）的特性對組閤導航的影響等前沿方嚮。我們相信，隨著技術的不斷進步，GNSS/INS組閤導航將在更多領域發揮越來越重要的作用，為人類社會的發展帶來更多可能性。 本書旨在為從事導航定位、機器人、自動駕駛、測繪工程等領域的科研人員、工程師和學生提供一個全麵、深入的技術參考。通過對載波相位差分技術和捷聯慣導係統及其融閤方法的係統性研究，期望能夠激發讀者對導航定位技術創新的思考，並為相關技術的進一步發展貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗上，這本書給我的感覺是“沉浸式學習”。作者通過大量的類比和深入淺齣的語言，成功地將原本抽象難懂的數學模型“具象化”瞭。比如在講解某些時間同步機製的復雜性時，作者引入瞭一個日常生活中非常貼切的場景進行類比，一下子就打破瞭初學者麵對高深理論時的心理障礙。這種敘事技巧的處理非常高明，它照顧到瞭不同知識背景的讀者，確保瞭知識傳遞的有效性。整本書的節奏控製得非常好，既有需要反復推敲的硬核內容，也有幫助放鬆和鞏固理解的總結和討論部分。讀完後，我不僅學到瞭知識，更重要的是，培養瞭一種更嚴謹的邏輯思維方式和解決問題的路徑。這本書不僅僅是一本工具書，它更像是一位良師，引導我以一種更科學、更有條理的方式去審視和解決工程實踐中的挑戰。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和排版實在是一絕，拿到手裏就感覺沉甸甸的，非常紮實。封麵設計簡潔大氣，讓人一看就知道這是一本嚴謹的學術著作。內頁紙張的質感也很好，印刷清晰銳利，即便是那些復雜的公式和圖錶，看起來也毫無壓力。我特彆欣賞作者在章節劃分上的用心，邏輯層層遞進，從基礎理論到具體實現，過渡得非常自然流暢。閱讀過程中，我發現作者似乎非常注重細節，每一個術語的定義、每一個推導過程，都力求準確無誤。這種對學術規範的尊重，使得整本書的專業性得到瞭極大的提升。對於初次接觸這個領域的讀者來說，這樣的書籍能提供一個非常穩固的知識基石，避免瞭因為概念不清而産生的睏惑。而且，書中的插圖繪製得非常精美，它們不僅是文字的補充，更是對抽象概念的直觀展現，極大地輔助瞭理解。總的來說，從書籍本身的製作工藝和閱讀體驗來看，這本書無疑是專業領域中的上乘之作，讓人愛不釋手，願意反復研讀。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排，體現瞭作者深厚的工程實踐背景。它並非純粹的理論堆砌，而是巧妙地將理論模型與實際應用場景緊密結閤。章節中穿插的案例分析，生動地展示瞭如何在真實世界中應用書中所講的理論，比如不同環境噪聲對數據采集的影響，以及係統魯棒性設計的重要性。這些實戰經驗的分享，對於正在進行項目開發或者係統集成的工程師們來說，價值無可估量。我注意到書中對不同方法論的優劣勢進行瞭非常客觀的對比，沒有一味推崇某一種技術，而是基於性能、計算復雜度、硬件資源占用等多個維度進行瞭權衡分析，這體現瞭作者極高的專業素養和客觀態度。這種平衡的視角，幫助讀者建立起更為全麵和辯證的認知框架，避免瞭“隻見樹木不見森林”的片麵性。閱讀它，就像是請教瞭一位經驗豐富的前輩，獲取瞭許多書本上難以直接獲得的“潛規則”和工程智慧。

評分☆☆☆☆☆

這本書的學術深度令人印象深刻，它顯然是基於作者多年研究的沉澱。書中對一些前沿理論的探討，特彆是關於誤差補償和狀態估計優化方麵的內容，展現瞭作者走在學科前沿的視野。我特彆關注瞭其中關於某些新型濾波算法的改進部分，作者不僅僅是引用瞭現有的成熟方案，更在此基礎上提齣瞭自己的獨到見解和創新性的修正，這些創新點如果能在實踐中得到驗證，無疑會對該領域産生積極影響。這種原創性的貢獻，使得這本書超越瞭一般綜述或教程的範疇，而更像是一份具有裏程碑意義的學術專著。對於研究生或者青年科研工作者而言，這本書中的某些章節甚至可以作為自己未來研究方嚮的靈感來源。它所揭示的那些尚未完全解決的問題和潛在的研究熱點，為後來者指明瞭新的探索方嚮，這種前瞻性是極其寶貴的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的行文風格，可以說是教科書式的典範，嚴謹、精確，幾乎沒有一句廢話。作者似乎有一種將復雜問題抽絲剝繭的能力，他總能用最精煉的語言描述最核心的原理。我尤其佩服作者在處理那些經典算法時的那種深入骨髓的剖析，他不僅展示瞭“是什麼”，更深入地探討瞭“為什麼會是這樣”，以及“在特定約束條件下應該如何調整”。這種深度解讀，遠超一般教材的層麵，更像是名傢對學科精髓的個人總結和提煉。對於有一定基礎，希望在某個特定方嚮上尋求突破的專業人士來說，這本書簡直就是一本“武功秘籍”。它不像某些流行的暢銷書那樣追求快速的“速成”，而是要求讀者沉下心來，一步一個腳印地去消化吸收。讀完一個章節後，我總有一種茅塞頓開的感覺，仿佛對整個學科的脈絡又清晰瞭一層，這種充實的閱讀感受，是其他許多讀物無法給予的。