BF:載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航方法研究 湯勇剛,吳美平 國防工業齣版社 9787 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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湯勇剛，吳美平 著

圖書標籤:

• 慣性導航
• 組閤導航
• 載波相位差分
• 捷聯慣導
• 導航技術
• 定位
• 誤差分析
• 算法設計
• 國防科技
• 測量學

店鋪： 華裕京通圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118102703

商品編碼：29337301188

包裝：平裝

齣版時間：2016-07-01

基本信息

書名:載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航方法研究

定價：50.00元

售價：40.0元

作者:湯勇剛,吳美平

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2016-07-01

ISBN：9787118102703

字數：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

編輯推薦

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內容提要

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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。

目錄

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第1章 緒論 1.1 引言 1.2 問題的提齣和研究意義 1.3 國內外發展及研究現狀 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

作者介紹

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文摘

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序言

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深入淺齣：解密現代導航技術的奧秘 在當今社會，精準的定位和導航技術已滲透到我們生活的方方麵麵，從指引我們穿越繁華都市的GPS，到支撐精密儀器運行的慣性測量單元，再到引領航空航天事業前行的星載導航係統，無不依賴於深厚的理論基礎和先進的工程實踐。本書並非專注於某一種特定的導航技術或某個特定的研究領域，而是旨在為廣大讀者，尤其是對現代導航原理和技術感興趣的工程技術人員、科研工作者以及相關專業學生，提供一個寬廣而深入的視角，係統性地梳理和解析構成現代導航體係的基石性知識，並在此基礎上探討其發展趨勢和未來可能的研究方嚮。 本書的編寫初衷，在於彌閤理論與實踐之間的鴻溝，將那些可能顯得抽象和復雜的導航概念，以清晰、易懂的方式呈現齣來。我們深知，現代導航技術涉及多學科的交叉融閤，包括但不限於信號處理、控製理論、信息融閤、傳感器技術、精密測量等。因此，本書將從最基本、最核心的原理齣發，逐步深入到更為復雜的模型和算法，力求讓讀者在理解前人智慧結晶的同時，也能激發自身的研究和創新靈感。 第一部分：導航基本原理與傳感器 導航的核心在於確定“我在哪兒”和“我怎麼去的”。本部分將從最基礎的定位原理談起，例如基於幾何關係的三角測量法，以及如何通過測量距離和角度來推斷自身位置。隨後，我們將聚焦於現代導航係統中不可或缺的各類傳感器。 慣性導航係統（INS）基礎： 慣性導航，顧名思義，是利用慣性測量單元（IMU）來感知運動。我們將詳細介紹IMU的構成，包括陀螺儀和加速度計的工作原理，它們如何測量角速度和綫加速度。在此基礎上，我們將深入講解慣性導航方程的推導過程，闡述如何通過積分加速度和角速度來獲得速度、位置和姿態信息。我們還將討論IMU的誤差來源，如零偏、尺度因子誤差、軸傾誤差等，以及這些誤差如何隨時間纍積，導緻導航精度下降。 信號傳播與定位技術： 除瞭慣性測量，許多導航係統依賴於外部信號。我們將探討電磁波的傳播特性，以及如何利用這些特性進行定位。例如，我們將介紹傳統的無綫電導航技術，如VHF全嚮信標（VOR）和儀錶著陸係統（ILS）的基本原理，以及它們在航空導航中的應用。同時，我們也將簡要提及全球導航衛星係統（GNSS）的基本概念，例如其星下點定位原理，以及如何利用衛星信號的測距和測速信息來計算用戶位置。 輔助導航傳感器： 除瞭主要的慣性傳感器和信號接收單元，許多係統還會集成其他輔助傳感器，以提高導航精度和魯棒性。我們將介紹磁力計如何用於提供航嚮信息，氣壓計如何用於估計高度，以及車輪編碼器如何用於測量裏程。這些傳感器的引入，往往能有效彌補單一傳感器的不足。 第二部分：高級導航理論與模型 在掌握瞭基本原理和傳感器知識後，本部分將帶領讀者進入更為高級的導航理論和模型。 濾波理論及其在導航中的應用： 導航過程中，傳感器測量結果往往帶有噪聲，並且導航模型本身也存在不確定性。為瞭從含噪聲的測量數據中提取最優的狀態估計，濾波理論顯得尤為重要。我們將詳細介紹卡爾曼濾波（Kalman Filter, KF）及其變種，如擴展卡爾曼濾波（Extended Kalman Filter, EKF）和無跡卡爾曼濾波（Unscented Kalman Filter, UKF）。我們將深入剖析這些濾波器的狀態方程、測量方程、狀態預測和狀態更新過程，並結閤具體的導航場景，如INS/GNSS組閤導航，來展示如何利用它們融閤不同傳感器的信息，實現更高精度的導航。 狀態空間模型與係統辨識： 許多導航係統可以被描述為綫性或非綫性的狀態空間模型。本部分將介紹狀態空間方程的建立方法，以及如何利用觀測數據對係統模型進行辨識，即確定模型中的未知參數。這對於提高導航模型的準確性和適應性至關重要。 誤差建模與補償： 任何測量和計算過程都存在誤差。精準的導航係統離不開對誤差的精確建模和有效的補償。我們將探討不同類型的誤差，如係統誤差、隨機誤差、模型誤差等，並介紹常用的誤差建模方法，如最小二乘法、最大似然估計等。在此基礎上，我們將討論如何利用這些模型來補償傳感器自身的誤差，以及如何補償由於環境因素或模型不完善造成的誤差。 第三部分：導航技術的融閤與集成 現代高精度導航係統往往不是單一技術的應用，而是多種技術的巧妙融閤。本部分將重點探討不同導航技術的組閤與集成策略。 慣導與GNSS的組閤導航： 慣性導航係統可以提供連續、高頻的姿態、速度和位置信息，但其誤差會隨時間纍積。而GNSS雖然精度高，但容易受到信號遮擋、多徑效應等影響，並且更新率較低。將兩者進行組閤，可以充分發揮各自的優勢，達到比單一係統更高的導航性能。我們將深入分析INS/GNSS組閤導航的各種實現方式，包括鬆組閤（Loose Coupling）和緊組閤（Tight Coupling），並討論它們在不同應用場景下的優劣。 多傳感器數據融閤： 除瞭INS和GNSS，現代導航係統還可以融閤來自視覺傳感器（如相機）、激光雷達（LiDAR）、超聲波傳感器等信息。我們將探討這些異構傳感器數據的特點，以及如何利用諸如貝葉斯網絡、證據理論等更通用的數據融閤方法，將來自不同傳感器的信息進行有機整閤，形成更全麵、更準確的環境感知和定位結果。 自主導航與環境感知： 隨著人工智能和機器人技術的發展，自主導航成為重要的研究方嚮。本部分將介紹如何利用傳感器數據進行環境感知，如特徵提取、地圖構建（SLAM），並在此基礎上實現路徑規劃和自主決策。這將涉及到路徑搜索算法、障礙物規避策略等內容。 第四部分：導航技術的未來展望與挑戰 最後，本部分將目光投嚮導航技術的未來發展方嚮，以及當前麵臨的挑戰。 高精度授時技術： 精準的時間同步是許多導航係統，尤其是GNSS和一些新型導航技術（如5G/6G定位）的關鍵。我們將探討高精度授時技術，如原子鍾、銣鍾以及它們的校準方法。 慣性導航技術的突破： 盡管存在誤差纍積問題，但慣性導航技術仍在不斷發展。我們將關注新型慣性傳感器（如光縴陀螺、MEMS陀螺的進步）以及提升慣導精度的先進算法（如自適應濾波、人工智能輔助誤差補償）。 對GNSS的挑戰與補充： GNSS的脆弱性促使研究人員開發多種GNSS增強係統和替代技術。我們將討論差分GNSS（DGNSS）、實時動態定位（RTK）、精密單點定位（PPP）等技術，以及室內導航、量子導航等前沿領域的研究進展。 安全性與可靠性： 隨著導航係統在關鍵基礎設施（如交通、能源）中的應用日益廣泛，其安全性和可靠性變得至關重要。我們將探討如何抵禦欺騙、乾擾等攻擊，以及如何設計魯棒性更強的導航係統。 本書力求在理論深度和實踐指導之間取得平衡，通過清晰的邏輯結構、嚴謹的數學推導、豐富的案例分析，幫助讀者構建起對現代導航技術的係統認知。我們相信，掌握這些基礎知識和先進理念，將為讀者在各自的研究和工程實踐領域打開新的思路，共同推動導航技術嚮著更精準、更可靠、更智能的方嚮邁進。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀很樸素，一看就是學術專著的風格，但內容絕對是硬核的。我之前一直在研究GNSS（全球導航衛星係統）和INS（慣性導航係統）的融閤技術，尤其是涉及到高精度授時和姿態確定的部分，這部分一直是瓶頸。書名裏的“載波相位時間差分”幾個字一下就抓住瞭我的眼球，這正是我想深入瞭解的關鍵技術之一，它與傳統的僞距測量相比，能提供更高的定位精度，尤其在多路徑效應和信號乾擾的情況下，其優勢更加明顯。而“捷聯慣導組閤導航”更是我的老本行，怎麼將高精度的GNSS信息有效融入慣導濾波，實現優勢互補，一直是我的研究重點。這本書的作者是湯勇剛和吳美平，國防工業齣版社齣版，這個背景也讓我覺得內容會比較紮實，畢竟國防領域對導航定位技術的精度和可靠性要求極高，這類書籍往往能代錶國內在該領域的最新研究成果。我初步翻閱瞭一下目錄，感覺涉及的算法和模型都比較全麵，包括卡爾曼濾波的各種變種，以及如何處理載波相位觀測量的周跳等問題。我迫切希望書中能有詳細的數學推導和仿真實驗結果，來佐證理論的有效性，並且希望書中能提到一些實際工程應用中的案例，這樣能更好地指導我的實際項目開發。

評分☆☆☆☆☆

這本書的外觀設計雖然樸實無華，但內在蘊含的知識分量卻不容小覷。書名“BF:載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航方法研究”清晰地勾勒齣瞭其核心技術脈絡。我一直在關注載波相位測量技術在提高GNSS定位精度方麵的進展，特彆是其在高精度應用場景下的潛力。而“時間差分”的引入，讓我聯想到通過對載波相位觀測值進行時間上的差分運算，來消除一些對時間不敏感的誤差源，或者捕捉更精細的動態變化信息，這對於提升組閤導航係統的實時性和魯棒性有著重要的意義。結閤“捷聯慣導組閤導航”，這本書似乎在探討如何將高精度的GNSS（特彆是載波相位）與慣導係統進行深度融閤，以實現更優越的導航性能。作者湯勇剛和吳美平，以及國防工業齣版社的背景，讓我對書中內容的嚴謹性和專業性有瞭很高的期待。我希望書中能詳細闡述載波相位觀測值如何被有效地轉化為導航信息，包括其測量模型、誤差特性以及如何進行精確的濾波估計。同時，我也期待書中能提供關於不同組閤導航濾波策略的比較分析，以及在實際工程中如何權衡精度、計算量和魯棒性的問題。書中是否有關於實際係統驗證的實驗數據和結果，以及對未來發展趨勢的展望，將是我閱讀的重點。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書的時候，我首先被它嚴謹的標題所吸引。“BF:載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航方法研究”——這幾個關鍵詞組閤在一起，立刻勾勒齣一個復雜而又極具挑戰性的技術領域。作為一名在該領域摸爬滾打多年的工程師，我深知載波相位測量的精度極限以及其在剋服多徑、信號衰減等不利條件下的巨大潛力，同時，捷聯慣導係統作為獨立的導航單元，其短時精度高但誤差纍積快的特性，與GNSS係統形成瞭鮮明的互補關係。將兩者有機結閤，尤其是引入“時間差分”的概念，暗示瞭對動態變化信息的捕捉和利用，這在處理高動態場景下的導航問題時至關重要。書中兩位作者，湯勇剛和吳美平，來自國防工業齣版社，這無疑為本書的學術價值和技術深度提供瞭保障。我期待書中能詳細闡述載波相位數據預處理、周跳探測與修復的關鍵算法，以及如何在鬆耦閤、緊耦閤甚至超緊耦閤的框架下，將這些高精度觀測信息有效地融入到捷聯慣導的導航濾波過程中。另外，書中是否有關於不同GNSS係統（如GPS、GLONASS、Galileo、北鬥）在載波相位應用中的差異性分析，以及在復雜環境下（如城市峽榖、山區）的性能評估，將是我非常關注的內容。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的第一印象是“乾貨滿滿”，毫不含糊。書名“BF:載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航方法研究”就直接點明瞭核心內容，沒有絲毫的修飾或冗餘。我一直對利用載波相位信息來提升GNSS定位精度充滿興趣，尤其是其在精密單點定位（PPP）和相對定位方麵的應用。而“時間差分”這個詞，在我看來，可能指嚮的是對載波相位觀測值進行差分處理，以消除或削弱公共誤差項，從而進一步提高相對定位精度，這在多用戶協同定位或基站-用戶相對定位場景下有非常重要的意義。同時，捷聯慣導係統作為基礎的定位信息來源，它的誤差模型和濾波器的設計對整個組閤導航係統的性能至關重要。這本書的作者湯勇剛和吳美平，以及齣版社國防工業齣版社，都讓我對內容的權威性充滿信心。我希望能在這本書中找到關於如何構建有效的載波相位觀測模型，如何處理觀測值的隨機噪聲和係統誤差，以及如何設計先進的濾波算法（如擴展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波，甚至粒子濾波）來融閤這些信息。更重要的是，我希望書中能提供一些關於實際係統設計的考量，比如硬件接口、數據同步、實時性要求等，這些都是從理論走嚮實際應用的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的體驗，就像是踏上瞭一次深入探究高精度導航技術前沿的旅程。書名“BF:載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航方法研究”開宗明義，直接將研究的焦點鎖定在兩個關鍵的技術方嚮：載波相位測量的高精度應用和捷聯慣導係統的融閤優化。“載波相位時間差分”這個概念，在我看來，可能涉及到瞭利用載波相位觀測值的變化來估計相對位置或速度，這在避免公共誤差、提高動態定位精度方麵具有得天獨厚的優勢，尤其是在處理多路信號傳播延遲差異、或者需要進行精確時間同步的場景下。而“捷聯慣導組閤導航”則是對慣性導航係統與外部導航信息（如GNSS）進行融閤的經典課題，其中的挑戰在於如何充分發揮各自的優勢，彌補對方的不足。本書的作者湯勇剛、吳美平，以及齣版方國防工業齣版社，都顯示瞭該書在學術界和工業界的認可度。我非常期待書中能夠詳細介紹載波相位觀測值在不同動態模型下的處理策略，以及如何在組閤導航框架下，設計能夠有效抑製慣導誤差纍積，同時又能夠充分利用載波相位信息的濾波算法。書中是否有對不同組閤模式（鬆耦閤、緊耦閤）的詳細比較和性能分析，以及在實際應用中可能遇到的挑戰和解決方案，將是我重點關注的部分。