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 9787118102703 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:

• 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
• 姿態解算
• 慣性導航

店鋪： 書逸天下圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118102703

商品編碼：29376425119

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

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：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

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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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

作者介紹

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文摘

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序言

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精確製導的基石：融閤捷聯慣導與載波相位差分技術的導航新篇章 在現代高精度導航定位領域，對實時、可靠且不受外部信號影響的自主導航能力的需求日益增長。從無人機、自主駕駛汽車到高精度測量，再到軍事領域的精確製導，都離不開先進的導航技術。傳統的導航係統，如GPS，雖然應用廣泛，但其精度受到衛星信號遮擋、多徑效應以及信號衰減等因素的限製，且在特定環境下可能完全失效。為瞭剋服這些挑戰，科學傢們不斷探索更加魯棒和精確的導航解決方案。 本書深入探討瞭一種將兩種尖端導航技術——捷聯慣導係統（INS）與載波相位差分技術（CPTD）——進行有機融閤的創新方法。這種組閤導航策略旨在通過取長補短，實現比單一係統更高的定位精度、更好的連續性和更強的抗乾擾能力。本書將從理論基礎、關鍵技術、係統實現到應用前景，進行全麵而詳實的闡述，力求為相關領域的科研人員、工程師以及對高精度導航感興趣的讀者提供一份深刻而實用的參考。 第一部分：理論基石與技術解析 本書的開篇將聚焦於構成組閤導航係統的核心技術——捷聯慣導係統（INS）和載波相位差分技術（CPTD）的深入剖析。 捷聯慣導係統（INS）詳解： INS是一種完全自主的導航係統，不依賴外部信號，通過測量載體的加速度和角速度來推算其位置、速度和姿態。本書將詳細介紹INS的基本原理，包括慣性測量單元（IMU）的工作機製（陀螺儀和加速度計的測量原理、誤差源分析），以及導航濾波算法（如卡爾曼濾波及其變種）在INS中的應用。我們將重點解析INS在長期積分過程中存在的誤差纍積問題，這是其單獨使用時麵臨的主要挑戰。同時，本書也將探討不同類型INS（如光縴陀螺INS、MEMS INS）的特點、優勢與劣勢，以及提高INS精度和穩定性的關鍵技術，例如撓性陀螺、激光陀螺等。 載波相位差分技術（CPTD）原理： CPTD是一種基於全球導航衛星係統（GNSS）的差分技術，它利用基準站和用戶端接收到的GNSS衛星信號的載波相位觀測值，通過差分處理消除或減弱大部分共有的誤差項（如衛星鍾差、軌道誤差、大氣延遲等），從而獲得厘米級甚至毫米級的定位精度。本書將係統闡述CPTD的工作原理，包括載波相位觀測模型、差分算法（單差、雙差、多差），以及RTK（實時動態差分）等技術的實現細節。我們還將深入分析影響CPTD精度的關鍵因素，如衛星可見性、基綫長度、多徑效應、接收機性能等，並探討如何通過優化天綫設計、接收機算法以及差分網絡布局來提升CPTD的性能。 第二部分：融閤策略與關鍵技術突破 在紮實掌握瞭INS和CPTD各自的理論基礎後，本書將重點轉嚮如何將這兩種技術進行高效融閤，以實現優勢互補，剋服單一係統的不足。 組閤導航的必要性與優勢： 本部分將詳細闡述為什麼需要將INS與CPTD進行融閤。INS能夠提供連續、高頻的姿態和短時高精度位置信息，尤其是在GNSS信號短暫丟失的情況下，INS可以憑藉其慣性測量能力維持導航的連續性，避免“失憶”。而CPTD則能提供全局、高精度的絕對位置信息，並對INS的誤差進行校正，有效抑製INS的長期漂移。我們將通過理論分析和仿真實驗，量化展示融閤導航在精度、連續性和魯棒性方麵的顯著提升。 融閤濾波算法研究： 組閤導航的核心在於如何有效地融閤來自不同傳感器的信息。本書將重點介紹並深入分析適用於INS與CPTD融閤的濾波算法。 擴展卡爾曼濾波（EKF）： 作為最常用的融閤算法之一，EKF在處理非綫性係統時錶現齣色，我們將詳細解析EKF在INS/CPTD融閤中的狀態方程、測量方程構建，以及其在實際應用中的參數調整和收斂性分析。 無跡卡爾曼濾波（UKF）： 針對EKF在非綫性係統中的綫性化誤差，UKF采用無跡變換，能夠更好地逼近非綫性係統的統計特性，本書將探討UKF在融閤過程中的優勢以及其計算復雜度的權衡。 粒子濾波（PF）： 在處理具有復雜概率分布的非綫性、非高斯係統時，PF展現齣強大的能力。本書將介紹PF的基本原理，以及其在INS/CPTD融閤中的應用潛力，尤其是在GNSS信號惡劣條件下的錶現。 其他先進融閤算法： 此外，本書還將介紹一些前沿的融閤技術，例如容積卡爾曼濾波、基於圖優化的融閤方法等，並分析它們在特定場景下的適用性。 誤差建模與校正： 準確的誤差建模是實現高精度融閤導航的關鍵。本書將深入研究INS的各種誤差源（如零偏、尺度因子、軸不對準、隨機噪聲等）及其隨時間的變化規律，並重點闡述如何利用CPTD的絕對位置信息對INS的誤差進行在綫校正。例如，利用CPTD提供的精確位置來估計INS的速度和位置誤差，進而更新INS的狀態。同時，我們也需要考慮CPTD自身的誤差，如接收機噪聲、多徑效應等，並探討如何在融閤框架中進行有效的誤差抑製。 GNSS信號中斷與恢復策略： 在實際應用中，GNSS信號中斷（如隧道、城市峽榖、強乾擾環境）是常見的挑戰。本書將深入研究在GNSS信號中斷期間，如何最大化利用INS的自主導航能力，並設計有效的策略來平滑地恢復與CPTD的融閤。這包括對INS漂移率的準確估計、長期預測以及在GNSS信號恢復後如何快速、準確地重新對齊INS和CPTD的狀態。 第三部分：係統實現與應用展望 在理論和算法層麵取得突破後，本書將轉嚮實際係統的設計、實現以及該技術在各個領域的應用前景。 硬件平颱與集成設計： 本部分將探討構建INS/CPTD組閤導航係統的硬件架構。包括IMU的選型與標定、GNSS接收機的選型（多頻、多模接收機）、天綫設計，以及數據采集與處理單元的軟硬件集成。我們將討論不同IMU和GNSS接收機組閤的優劣，以及如何優化硬件接口和數據傳輸速率，以滿足實時高精度導航的需求。 軟件開發與係統優化： 詳細介紹組閤導航軟件係統的開發流程，包括傳感器數據預處理、濾波算法的實現、導航解算、以及用戶接口的設計。我們將討論軟件的實時性、可靠性和可擴展性，以及如何通過代碼優化和並行計算來提升係統的處理能力。 實際場景下的性能評估與驗證： 本部分將展示如何設計實驗方案，在各種實際應用場景（如道路測試、飛行測試、海洋測繪等）下對組閤導航係統的性能進行全麵評估。包括靜態精度測試、動態精度測試、連續性評估、抗乾擾能力測試等。我們將提供具體的測試數據和分析結果，以證明該組閤導航方法在不同環境下的優越性。 應用前景與未來發展： 最後，本書將展望INS/CPTD組閤導航技術的廣闊應用前景。 自動駕駛領域： 在L3至L5級彆自動駕駛中，高精度、高可靠性的定位是關鍵。INS/CPTD融閤能提供在GNSS失效時的冗餘和連續性，保障車輛安全。 無人係統（無人機、水下機器人等）： 對於GNSS信號無法覆蓋或容易受乾擾的環境，INS/CPTD組閤導航能提供自主、高精度的導航能力。 高精度測量與測繪： 在航空攝影測量、地形測繪、形變監測等領域，厘米級甚至毫米級的定位精度至關重要。 軍事應用： 精確製導武器、無人偵察機、以及單兵定位係統等，都需要不受外部環境影響的高精度自主導航能力。 智慧城市與工業物聯網： 在精細化城市管理、智能倉儲、工業自動化等場景下，高精度定位也能發揮重要作用。 本書的研究工作，通過理論創新、算法優化和實際驗證，為實現更強大、更可靠的高精度導航係統提供瞭堅實的技術基礎。它不僅是對現有導航技術的一次重要梳理和提升，更預示著未來導航領域的發展方嚮，旨在為各個行業提供更加精準、高效和自主的導航解決方案，從而推動科技進步和社會發展。

評分☆☆☆☆☆

對於一本探討組閤導航的書籍來說，其對係統架構的闡述深度決定瞭它的實用價值。我關注的重點在於“組閤”的方式。是鬆耦閤、緊耦閤還是深層次的自適應融閤？我希望作者能詳細闡述不同耦閤策略的優劣，特彆是在計算資源有限或環境約束嚴格的場景下，如何做齣最優選擇。捷聯慣導（SINS）的精度高度依賴於初始對準和平颱誤差補償，而載波相位（CP）則依賴於接收機性能和衛星幾何分布。這本書如果能提供一套有效的機製來量化和平衡這兩種誤差的相對權重，那麼它就超越瞭一般的教科書水平。我設想，或許書中會有一個專門的章節討論如何利用慣導的高頻信息來輔助相位鎖定，或者如何利用相位信息來約束慣導的零偏和比例因子隨溫度的變化。這種雙嚮的、互補的機製設計，纔是組閤導航的精髓所在。如果能配上一些關於傳感器標定的具體步驟和經驗教訓，那就更完美瞭。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名和作者信息看起來非常專業，聚焦於一個高精尖的技術領域——載波相位和捷聯慣導的組閤導航。作為一名對精確測量和定位技術感興趣的讀者，我發現這個主題本身就充滿瞭吸引力。我期望這本書能夠深入淺齣地剖析這兩種技術如何協同工作，尤其是在現代導航係統中所扮演的關鍵角色。我特彆好奇，作者是如何平衡理論深度和工程實踐的。如果書中能詳細介紹如何處理數據融閤過程中的誤差源，比如如何有效地進行狀態估計和濾波設計，那對我來說將是極具價值的。我猜想，這本書的讀者群體應該包括研究生、科研人員以及在航空航天、精密測量行業工作的工程師。如果內容能涵蓋最新的算法進展，比如基於優化的鬆耦閤或緊耦閤策略，那麼它無疑能成為該領域的必備參考書。我希望能看到具體的案例分析或者仿真結果，用以佐證文中所述方法的有效性和魯棒性。總而言之，我對這種交叉學科的深度研究抱有很高的期待，希望它不僅是理論的堆砌，更能指導實際工程問題的解決。

評分☆☆☆☆☆

讀完關於這方麵研究的書籍，我通常會關注其對“時間差分”這一概念處理的精妙之處。在導航係統中，時間同步和差分技術是保證連續性和精度的基石。我非常想知道，作者是如何將載波相位測量中固有的模糊度定解問題與捷聯慣導係統的高頻敏感性結閤起來的。這本書如果能清晰地勾勒齣從原始觀測數據到高精度定位結果的完整處理流程，那就太棒瞭。我尤其關注的是，在動態環境下，例如飛機或無人機快速機動時，慣導的漂移如何被相位差分數據實時校正，以及這種校正的延遲和精度錶現如何。理想情況下，書中應該提供一套嚴謹的數學模型，將兩者無縫集成，而不是簡單地將兩個獨立係統的結果簡單地加權平均。我推測，本書可能在卡爾曼濾波或粒子濾波的應用上有所創新，特彆是在處理GNSS信號丟失或信號質量下降時的“守信”能力。我對那些能將復雜的物理過程轉化為可操作的軟件框架的描述，有著近乎癡迷的興趣。

評分☆☆☆☆☆

研究“載波相位時間差分”與“捷聯慣導”的結閤，意味著研究的是一種對時間依賴性極強的、高精度的定位方案。我特彆關注的是，在不依賴傳統GNSS基準站實時差分修正（RTK）的情況下，這種“自含式”的組閤方案如何維持其長期穩定性。時間差分的核心在於利用前後時刻的測量值差異來消除某些係統誤差，但慣導的誤差纍積速度非常快，如何設計一個高效的融閤濾波器來有效利用這種時間結構，是一個巨大的挑戰。我猜測，書中可能會引入先進的非綫性濾波技術，比如擴展卡爾曼濾波（EKF）、無跡卡爾曼濾波（UKF）甚至是更現代的滑動窗口優化方法。如果能深入探討在極低信噪比條件下，相位解算結果的可靠性如何影響整個組閤導航的性能指標，以及如何通過慣導輔助提高捕獲速度，那麼這本書將為解決實際的“高可靠性”導航問題提供堅實的理論基礎和實踐指導。這種對極限性能的探索，是我對這類專業著作最看重的部分。

評分☆☆☆☆☆

從技術文檔的角度來看，我期待這本書在邏輯組織和符號規範上達到極高的水準。導航算法的推導極其依賴於清晰的數學錶達，任何模糊不清的符號定義都可能導緻實踐中的巨大偏差。我非常希望作者能采用國際通用的導航學符號體係，確保讀者在引用或復現實驗時能夠做到零障礙。此外，雖然書名聚焦於方法研究，但我更希望看到這些方法是如何在實際的測試環境中得到驗證的。例如，是否進行瞭長時靜態測試，動態飛行測試，以及在城市峽榖等惡劣環境下的性能評估？僅僅停留在理論層麵，往往無法體現齣一種“方法”的真正價值。我期待能看到關於數據預處理、異常值剔除以及時間同步延遲校正的實用技巧，這些往往是決定項目成敗的關鍵所在，卻常常被學術論文所忽略。這本書如果能成為一本兼具理論嚴謹性和工程實用性的“工具書”，那它將是無價的。