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内容简介

　　SINS/GPS组合导航系统被认为是目前导航领域最为理想的组合方式，具有巨大的发展潜力和应用前景，特别是在航空、航天飞行器导航和制导等方面，具有非常重要的作用。
　　《SINS/GPS组合导航技术》主要根据作者与课题组成员多年来的研究成果和国内外SINS/GPS组合导航技术的最新进展撰写而成。全书内容共分12章，重点围绕当前SINS/GPS的松组合、紧组合、超紧组合和深组合四种组合模式，从理论与实际应用的角度，全面、系统地阐述了SINS/GPS组合系统的原理、设计理论与方法及其发展趋势。为便于读者理解、掌握概念内涵，书中列举了大量详细的仿真实例。
　　本书可作为自动控制、导航、制导及测绘等领域的研究者和工程技术人员的参考书，也可作为高等院校相关专业高年级本科生和研究生的教材。

目录

第1章绪论
1.1概述
1.2SINS/GPS组合的优越性
1.3SINS/GPS不同组合模式的基本原理与特点
1.3.1SINS/GPS 松组合模式
1.3.2SINS/GPS紧组合模式
1.3.3SINS/GPS超紧组合模式
1.3.4SINS/GPS深组合模式
1.3.5SINS/GPS不同组合模式的特性
1.4组合导航系统中卡尔曼滤波器的总体结构
1.5SINS/GPS组合技术的应用前景和发展方向
第2章GPS基本原理与信号源模拟器设计方法
2.1全球定位系统的组成
2.2GPS信号的结构
2.2.1GPS信号的构成
2.2.2本地C/A码生成
2.2.3GPS C/A码信号的特性
2.2.4GPS导航电文
2.3GPS信号功率
2.4GPS定位基本原理
2.4.1GPS绝对定位原理
2.4.2差分GPS定位原理
2.5GPS卫星瞬时位置和速度计算
2.5.1坐标系的定义
2.5.2卫星位置的计算
2.5.3卫星速度的计算
2.6GPS定位系统误差
2.7GPS接收机射频前端
2.8GPS信号源模拟器
2.8.1主要功能
2.8.2GPS信号源模拟器的结构
2.8.3GPS中频信号的数学模型
2.8.4GPS中频信号模拟方案
2.8.5GPS中频信号模拟参数计算
2.8.6导航星模拟器
2.8.7前端滤波器模拟与信号仿真实现
第3章GPS软件接收机设计理论与方法
3.1GPS软件接收机的特点与结构
3.1.1软件接收机的特点
3.1.2软件接收机的结构
3.1.3GPS软件接收机关键组成环节的功能
3.2GPS信号捕获
3.2.1循环相关粗捕获方法
3.2.2基于相位估计的精细捕获方法
3.2.3SINS辅助GPS捕获方法
3.3GPS信号跟踪
3.3.1C/A码跟踪环路
3.3.2载波跟踪环路
3.3.3载波辅助码跟踪环
3.4载噪比估计和锁定检测器
3.5信号解码及观测信息提取
3.6导航定位解算
3.6.1基于多普勒频移观测值的伪距平滑
3.6.2最小二乘PVT解算
3.7GPS软件接收机工作流程与性能测试
3.7.1工作流程
3.7.2性能测试
第4章GPS接收机跟踪环路设计方法
4.1GPS接收机跟踪环路
4.1.1锁相环
4.1.2锁频环
4.2跟踪环路性能门限
4.2.1锁相环跟踪门限
4.2.2码跟踪环跟踪门限
4.2.3锁频环跟踪门限
4.3干扰环境下GPS信号等效载噪比
4.4跟踪环路优化方案
4.4.1热噪声颤动
4.4.2动态应力误差
4.4.3最优跟踪环路方案
4.4.4性能验证
4.5自适应载波跟踪环路设计
4.5.1高动态GPS载波信号跟踪
4.5.2基于UKF的载波跟踪环路
4.5.3自适应UKF载波跟踪方案
4.5.4性能验证
第5章捷联惯导系统基本原理及仿真器设计方法
5.1SINS基本工作原理
5.2惯性器件误差补偿原理
5.3捷联惯导系统的力学编排
5.3.1姿态方程
5.3.2导航位置方程
5.3.3捷联惯导系统力学编排方框图
5.4SINS仿真器设计
5.4.1轨迹发生器
5.4.2惯性器件仿真器
5.4.3导航解算
5.4.4误差处理器
第6章SINS/GPS松、紧组合系统设计理论与方法
6.1SINS/GPS松、紧组合原理
6.1.1松组合
6.1.2紧组合
6.2卡尔曼滤波原理
6.3SINS/GPS松、紧组合滤波器的设计
6.3.1状态方程
6.3.2量测方程
6.3.3方程离散化
6.3.4卡尔曼滤波流程
6.4性能仿真验证
6.4.1仿真条件
6.4.2验证结果
第7章SINS辅助GPS捕获技术
7.1GPS接收信号模型
7.2GPS信号捕获原理
7.3GPS信号捕获性能指标
7.3.1检测概率和虚警概率
7.3.2捕获灵敏度及捕获时间
7.4GPS信号捕获算法性能分析
7.4.1相干捕获
7.4.2非相干捕获
7.4.3差分相干捕获
7.5SINS辅助GPS信号捕获方法
7.5.1SINS辅助GPS捕获方案
7.5.2SINS辅助GPS信号粗捕获
7.5.3SINS辅助GPS信号精捕获
7.6SINS辅助GPS信号捕获性能分析
7.6.1计算量
7.6.2捕获时间
7.6.3辅助信息不确定度
7.7性能仿真验证
7.7.1仿真条件
7.7.2验证结果
第8章SINS辅助GPS信号跟踪技术
8.1SINS/GPS超紧组合导航系统的结构
8.2SINS/GPS超紧组合导航系统的实现方案
8.3SINS/GPS超紧组合导航系统信号跟踪方法
8.3.1SINS辅助载波环跟踪方法
8.3.2SINS辅助码环的实现方法
8.4SINS辅助GPS接收机跟踪性能分析
8.4.1跟踪环路的结构
8.4.2SINS辅助跟踪环路的等效带宽
8.4.3SINS辅助环路的跟踪性能
8.4.4SINS辅助环路的抗干扰能力
8.5SINS/GPS超紧组合导航系统数学模型的建立
8.5.1超紧组合系统状态方程
8.5.2超紧组合系统量测方程
8.5.3性能仿真验证
8.6SINS辅助GPS高灵敏度频域跟踪方法
8.6.1基于FFT的频域载波跟踪
8.6.2SINS辅助GPS高灵敏度频域载波跟踪方法
8.6.3仿真测试及性能验证
第9章SINS辅助GPS抗干扰技术
9.1GPS干扰信号及抗干扰技术
9.1.1典型GPS干扰信号
9.1.2GPS干扰抑制技术
9.2基于自适应调零天线的干扰抑制技术
9.2.1自适应天线阵的基本结构
9.2.2接收信号模型
9.2.3天线阵列方向图
9.2.4功率倒置算法
9.2.5仿真结果分析
9.3基于子空间投影的空时二维滤波
9.3.1空时联合处理技术原理
9.3.2子空间投影滤波
9.3.3仿真结果分析
9.4基于时频分析的干扰抑制算法
9.4.1LFM干扰信号模型
9.4.2基于时频分析的参数估计
9.4.3仿真结果分析
9.5SINS/GPS超紧组合系统误差建模与环路带宽优化设计
9.5.1SINS辅助跟踪环路误差建模
9.5.2SINS辅助跟踪环路带宽优化设计
9.6基于阵列天线的抗干扰SINS/GPS超紧组合方案
9.6.1干扰检测
9.6.2基于特征分析的功率倒置算法
9.6.3GPS信号导向矢量估计
9.6.4系统抗干扰性能测试
第10章基于低等级IMU的SINS/GPS超紧组合系统方案设计
10.1误差相关性分析
10.2基于误差解相关方法的SINS/GPS超紧组合系统设计
10.2.1伪距率误差解相关方法
10.2.2伪距误差解相关方法
10.2.3组合滤波器模型
10.3基于低等级IMU的SINS/GPS超紧组合系统方案
10.4系统性能验证
10.4.1仿真环境和参数设置
10.4.2高动态环境
10.4.3强干扰环境
第11章SINS/GPS超紧组合系统完好性监测算法
11.1基于最小二乘残差的RAIM算法
11.1.1最小二乘残差检测原理
11.1.2故障检测可用性分析
11.1.3单星故障隔离
11.2SINS/GPS超紧组合系统的RAIM算法
11.2.1层次滤波器结构
11.2.2故障检测与隔离算法
11.2.3可用性分析
11.3算法验证
第12章基于矢量跟踪的SINS/GPS深组合系统技术
12.1卫星信号的标量跟踪与矢量跟踪
12.1.1标量跟踪结构
12.1.2矢量跟踪结构
12.1.3矢量跟踪算法
12.2深组合数据处理方法
12.3SINS/GPS相干深组合模型与结构
12.3.1SINS和GPS伪距/伪距率的关系
12.3.2相关输出与位置/速度的关系
12.3.3SINS/GPS集中式相干深组合
12.3.4SINS/GPS分布式相干深组合
12.4SINS/GPS非相干深组合建模与设计
12.4.1信号矢量跟踪环节
12.4.2组合导航处理器
12.5深组合系统性能验证
12.5.1仿真条件
12.5.2验证结果
12.6SINS/GPS深组合低载噪比自适应矢量跟踪算法设计
12.6.1自适应矢量跟踪结构设计
12.6.2自适应矢量跟踪算法
12.6.3性能仿真验证
参考文献

前言/序言

　　以GPS为代表的全球卫星导航定位系统，具有全球性、全天候、高精度、实时定位等优点，但其存在着易受干扰、动态环境中可靠性差以及数据输出频率较低等不足之处；SINS是一种自主性强、隐蔽性好、抗干扰能力强、短时精度高的导航系统，能够独立提供载体所需的全部导航参数，但其最大的缺陷是导航误差随时间积累。可见，SINS与GPS各有所长，在性能上具有很强的互补性。SINS/GPS组合在众多组合导航系统中堪称“黄金组合”，而且随着组合程度的加深，SINS/GPS组合系统的总体性能要远优于各独立系统，被认为是目前导航领域最为理想的组合方式。根据组合结构、信息交换及组合程度的不同，SINS和GPS的组合可分为松组合、紧组合、超紧组合和深组合。虽然目前松组合、紧组合这两种组合模式应用较为广泛，但随着运载体机动性能的不断提高以及作战环境的复杂化，为满足高动态用户（飞机、导弹、航天器等）及强噪声干扰环境下的应用需求，进一步提高组合导航系统的精度和可靠性，近年来，以紧组合为基础发展起来的新一代组合概念——超紧组合和深组合，已成为SINS/GPS组合导航技术发展的重要方向，具有巨大的发展潜力和应用前景，特别是在航空、航天飞行器导航和制导等方面，具有非常重要的作用。本书正是为适应这些技术领域的需要而撰写的。
　　此前，国内外出版了一些有关SINS/GPS组合导航技术的著作与教材，绝大多数只用有限篇幅讲述了SINS/GPS组合导航的基本原理与个别组合方法，对SINS/GPS组合导航的基本理论、组合模式与方法的讲述不够系统、全面。多年来，在国家自然科学基金（61074157、61111130198、61233005）、航空科学基金（20090151004、20130151004）、卫星应用研究院创新基金（2014_CXJJDH_01）等项目的资助下，作者会同课题组成员对SINS/GPS组合导航技术进行了系统而深入的研究,本书是对这些研究成果的系统汇总；同时，也吸取了一些国际最新研究成果，围绕SINS/GPS组合导航技术的有关概念、原理与方法进行了系统阐述，注重从读者易于理解及工程应用的角度出发，反映当前SINS/GPS组合导航技术的新成就及今后的发展趋向。
　　本书共分12章。第1章简述了SINS/GPS不同组合模式的基本原理、特点及其发展趋势；第2章讲述了GPS基本原理与信号源模拟器的设计方法；第3章讲述了GPS软件接收机的设计理论与方法；第4章讲述了GPS接收机跟踪环路设计方法；第5章讲述了捷联惯导系统的基本原理及仿真器设计方法；第6章讲述了SINS/GPS松、紧组合系统设计理论与方法；第7章讲述了SINS辅助GPS捕获技术；第8章讲述了SINS辅助GPS信号跟踪技术；第9章讲述了SINS辅助GPS抗干扰技术；第10章讲述了基于低等级IMU的SINS/GPS超紧组合系统方案设计；第11章讲述了SINS/GPS超紧组合系统完好性监测算法；第12章讲述了基于矢量跟踪的SINS/GPS深组合一体化系统技术。
　　本书是作者及课题组多年研究成果的结晶。书中部分内容采用了北京航空航天大学李亚峰、纪新春、于洁、宋帅、谢佳硕士学位论文以及孙兆妍毕业设计论文的研究成果。此外，本书部分内容还参考了国内外同行专家、学者的最新研究成果，作者对他们为本书作出的贡献表示诚挚的谢意！
　　尽管作者力求使本书能更好地满足读者的要求，但因内容涉及面广，限于水平，书中不足之处在所难免，诚望读者批评指正。
　　作者
　　2014年10月
　　工业和信息化部“十二五”规划专著版式示例



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