載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航方法研究 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
• 導航技術
• 定位
• 誤差分析
• 濾波算法
• GNSS
• 慣性導航
• 測量與控製

店鋪： 華文京典專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118102703

商品編碼：29572890520

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 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 完整約束的應用 4.4.1 完整約束的等效觀測方程 4.4.2 應用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 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 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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穿越迷霧，鎖定航嚮：融閤時空信息的高精度導航新範式 在浩瀚的宇宙探索、復雜的海底探測、瞬息萬變的戰場態勢，乃至於我們日常生活中精準的自動駕駛，對位置和姿態信息的需求，早已超越瞭簡單的“我在哪裏”。我們追求的是“我在哪裏，以怎樣的速度，朝哪個方嚮，以何種精度在移動”。這種對高精度、全天候、自主式導航的極緻渴求，正驅動著導航技術的不斷革新。 本書將為您揭示一種極具潛力的導航技術融閤範式，它巧妙地結閤瞭兩種看似獨立卻又相輔相成的導航原理，共同構建一個強大而可靠的導航係統。我們將深入探討如何通過深度挖掘載波相位測量所蘊含的微秒級時間信息，並將其與捷聯慣性導航係統（SINS）提供的連續、高頻的姿態和速度測量能力有機結閤，從而實現前所未有的導航精度和魯棒性。 第一篇：載波相位測量——時空測量的精度之源 載波相位測量，作為全球導航衛星係統（GNSS）領域最前沿的技術之一，以其獨特的優勢，正在重塑我們對精確定位的認知。與傳統的基於僞碼測量的單點定位不同，載波相位測量能夠捕捉到衛星信號載波的完整周期信息，從而實現厘米級甚至毫米級的絕對定位精度。然而，這種精度並非唾手可得，它背後蘊含著一係列復雜的信號處理和數據融閤挑戰。 在這一篇中，我們將首先迴顧GNSS信號的傳播原理，詳細解析其從衛星發射到接收機接收的完整路徑。我們將重點關注載波信號的本質，理解其具有極高頻率和穩定性的特點，以及如何利用這些特性進行精確測量。 隨後，我們將深入探討載波相位測量的核心機製。這包括： 載波相位觀測量的獲取：詳細介紹接收機如何解調和跟蹤衛星信號的載波，以及如何測量接收到的載波相位與本地産生的載波相位之間的差值。我們會深入分析周跳的概念和影響，這是載波相位測量中最棘手的難題之一，因為衛星信號在傳播過程中會因為各種原因發生周跳，導緻相位觀測值産生不連續性。我們將詳細介紹周跳探測、修復和保持（PPP-AR）的各種先進算法，例如基於平滑僞距的探測方法、基於多普勒測量值的探測方法、基於觀測值曆元之間差值的探測方法，以及不同修復策略（如整周模糊度解算）的技術細節。 載波相位測量誤差源的分析：深入剖析影響載波相位測量精度的各種誤差，包括但不限於衛星軌道誤差、衛星鍾差、大氣延遲（電離層和對流層延遲）、接收機鍾差、多路徑效應、天綫相位中心偏差等。我們會詳細介紹每種誤差的物理成因，以及它們對相位觀測值的影響機製。 精密單點定位（PPP）技術：PPP是利用單颱GNSS接收機，通過後處理或實時解算，實現高精度定位的技術。我們將詳細介紹PPP的模型構建，包括精密軌道和鍾差的應用、大氣延遲的精確建模（如利用GIM産品、Klobuchar模型、GPT模型等），以及如何利用載波相位觀測值來提高定位精度。我們將重點關注PPP-AR，即在PPP中進行周跳探測和修復，這是實現厘米級甚至更高精度定位的關鍵。我們會詳細介紹PPP-AR的算法流程、不同解算策略（實時PPP-AR vs 動態PPP-AR），以及如何處理動態場景下的周跳。 RTK（實時動態差分）與PPP-RTK：在介紹完PPP的基礎上，我們將進一步探討RTK技術，理解其利用基準站和流動站之間的差分原理，實現實時厘米級定位。同時，我們將重點闡述PPP-RTK的優勢，即在PPP框架下融閤網絡差分信息，剋服傳統RTK基準站數量限製的缺點，實現更廣範圍內的實時高精度定位。 第二篇：捷聯慣導係統——自主導航的基石 捷聯慣性導航係統（SINS）以其內在的自主性、高采樣率以及對運動狀態的敏感性，成為實現連續、高頻導航信息的關鍵。在GNSS信號可能中斷或受到乾擾的環境下，SINS能夠提供短時間內的可靠導航信息，是構建混閤導航係統的不可或缺的組成部分。 在本篇中，我們將係統性地介紹SINS的原理和技術： 慣性測量單元（IMU）：詳細介紹IMU的組成，包括陀螺儀（用於測量角速度）和加速度計（用於測量比力）。我們將深入解析不同類型的陀螺儀（如光縴陀螺、MEMS陀螺）和加速度計（如石英擺式、MEMS加速度計）的工作原理、精度指標及其優缺點。 SINS的導航模型：闡述SINS如何利用IMU的測量值，通過積分運算，輸齣載體的位置、速度和姿態信息。我們將詳細介紹姿態更新算法，包括四元數法、方嚮餘弦矩陣法等，以及它們在數值穩定性和計算效率方麵的權衡。我們將深入分析位置和速度更新算法，並詳細闡述捷聯慣導的誤差模型，包括係統誤差（如尺度因子誤差、軸不對準誤差）、IMU隨機誤差（如零偏、噪聲、尺度因子隨機誤差）以及平颱誤差等。 SINS的誤差傳播與補償：探討SINS固有的誤差纍積特性，即隨著時間的推移，誤差會不斷增長。我們將介紹卡爾曼濾波（KF）及其變種，如擴展卡爾曼濾波（EKF）和無跡卡爾曼濾波（UKF），在SINS誤差分析和補償中的核心作用。我們將詳細闡述如何建立SINS的誤差狀態方程和量測方程，並利用卡爾曼濾波來估計和補償係統誤差，從而抑製誤差的增長。 第三篇：融匯貫通——載波相位與捷聯慣導的協同工作 本書的核心價值在於第三篇，我們將詳細闡述如何將載波相位測量的高精度絕對位置信息與SINS提供的連續、高頻的姿態和速度信息進行融閤，構建一個協同工作的導航係統。這種融閤能夠充分發揮各自的優勢，彌補彼此的不足，實現單係統無法企及的導航性能。 本篇將涵蓋以下關鍵內容： 融閤策略的設計：我們將探討不同的融閤框架，包括鬆組閤和緊組閤。 鬆組閤（Loosely Coupled）：SINS和GNSS分彆獨立進行導航解算，然後將GNSS的解算結果（如位置、速度）作為外部量測輸入到SINS的誤差狀態卡爾曼濾波中，用於校正SINS的誤差。我們將詳細分析鬆組閤的優勢（實現簡單、可移植性好）和劣勢（未充分利用GNSS的原始測量信息，對GNSS的依賴性較強）。 緊組閤（Tightly Coupled）：將GNSS的原始測量信息（如僞碼和載波相位觀測值）直接輸入到統一的卡爾曼濾波框架中，與SINS的測量信息一同進行狀態估計。我們將重點關注緊組閤下的載波相位觀測值與SINS狀態量的融閤，如何巧妙地設計量測方程，將載波相位的絕對位置測量信息與SINS解算齣的相對位置和速度進行耦閤。我們將深入分析緊組閤的優勢（更高的精度、更強的魯棒性，能夠利用GNSS的部分測量信息）和挑戰（係統復雜度高、計算量大）。 載波相位與SINS的量測模型：詳細設計如何在卡爾曼濾波框架下，將載波相位觀測值轉化為有效的量測更新。這包括如何利用載波相位觀測值與SINS解算齣的位置信息之間的差值，作為卡爾曼濾波的量測輸入。我們將重點分析載波相位測量值的精度特性以及它如何有效地約束SINS的誤差。 周跳對融閤導航係統的影響與處理：在融閤係統中，周跳的齣現仍然是一個嚴峻的挑戰。我們將探討周跳發生時，如何通過SINS提供的連續、高頻的姿態和速度信息，輔助GNSS的周跳探測和修復，從而提高融閤導航係統的魯棒性。我們將分析SINS如何為GNSS周跳探測提供先驗信息，例如利用SINS對載體運動的準確描述，來預測GNSS觀測值在時間上的連續性，從而更有效地識彆異常的周跳。 動態環境下的融閤導航：特彆關注在車輛、無人機、船舶等動態載體上的應用。我們將討論如何在高速運動、劇烈機動以及多徑效應嚴重的復雜環境下，實現穩定可靠的融閤導航。例如，分析SINS如何幫助GNSS在低信號質量區域（如城市峽榖、隧道入口）維持導航的連續性，以及GNSS的精確位置信息如何幫助SINS抑製長期誤差的積纍。 性能評估與驗證：介紹常用的融閤導航係統性能評估指標，包括定位精度（絕對位置誤差、相對位置誤差）、速度精度、姿態精度、完好性等。我們將討論如何設計仿真實驗和實際測試場景，來全麵驗證融閤導航係統的性能，並與其他導航係統進行對比分析。 通過本書的學習，讀者將能夠深刻理解載波相位測量和捷聯慣導係統的核心原理，並掌握如何將這兩種強大的導航技術有機融閤，構建齣高精度、高可靠性的組閤導航係統。無論是GNSS科研人員、導航工程師，還是對高精度自主導航技術感興趣的讀者，都將從中受益匪淺，為推動相關領域的科技進步貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書在圖錶的使用上顯得有些保守，這對於理解復雜的時空關係和信號處理過程來說，是一個小小的障礙。例如，在介紹時間同步或空間解算的流程時，一個精心繪製的係統架構圖往往勝過韆言萬語的文字描述。雖然文字描述是嚴謹的，但缺乏足夠的視覺輔助，使得某些動態過程的理解需要讀者在腦海中進行復雜的空間構建。我注意到，某些關鍵算法的流程圖如果有更清晰的步驟劃分和分支邏輯標識，將會極大地降低讀者的理解門檻。此外，數據可視化方麵也可以加強，比如用對比圖來展示不同方法的性能差異，這比單純羅列性能指標更有說服力。總體而言，內容是頂尖的，但如果能在呈現方式上更加注重對非文本信息的有效利用，這本書的傳播範圍和影響力可能會更上一層樓，真正做到“圖文並茂”的學術典範。

評分☆☆☆☆☆

這本書在理論深度上確實達到瞭相當高的水準，對於那些在相關領域深耕多年的研究人員來說，無疑是一份寶貴的財富。作者對數學模型的推導過程詳略得當，很多關鍵公式的引用和證明都展示瞭紮實的功底。我欣賞作者在處理復雜算法時所展現齣的那種抽絲剝繭的分析能力，使得原本晦澀難懂的原理變得有跡可循。然而，對於實踐操作層麵的關注略顯不足，這是我感到有些遺憾的地方。如果能在某些關鍵算法之後，附帶一些關於參數敏感性分析、實際應用中的誤差來源探討，或是基於常見仿真平颱的具體實現建議，那這本書的實用價值將大大提升。畢竟，理論的完美最終還是要接受實踐的檢驗。期待未來能看到作者或相關學者基於此書的理論基礎，再齣版一本更側重工程應用的配套教材或手冊，真正實現理論與實踐的無縫對接。

評分☆☆☆☆☆

我不得不說，這本書的參考文獻部分做得非常紮實和詳盡，這體現瞭作者嚴謹的學術態度和對領域內曆史脈絡的清晰掌握。每一次理論的闡述或方法的提齣，都能清晰地溯源到相關的經典文獻，這為讀者提供瞭進一步深入研究的寶貴綫索。然而，一個讓我略感不便的地方是，書中對於某些新近研究成果的引用相對較少。導航技術是一個發展迅速的領域，新的傳感器技術、新的濾波算法層齣不窮，如果能在現有成熟理論的基礎上，適當地融入一些近五年內最具代錶性的創新工作，這本書的時代性和前沿性將會得到更好的平衡。它現在更像是一部奠基性的經典著作，我期待它能在未來的修訂版中，能夠更積極地擁抱最新的技術進展，從而保持其在行業內的持續領先地位。這會讓讀者感覺自己不僅學到瞭基礎，也跟上瞭時代的最快步伐。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，簡直像進行一場思維的馬拉鬆，節奏緊湊，要求讀者必須全神貫注。它的敘事風格非常直接，幾乎沒有冗餘的描述，直奔主題，這對於追求效率的專業人士來說是優點，但對於我這種需要多角度理解纔能吸收新知識的讀者來說，則需要頻繁地查閱其他資料進行輔助理解。我發現，書中某些核心概念的引入略顯突兀，可能是因為作者默認讀者已經具備瞭前置知識。比如，在討論某個優化策略時，對該策略背後的物理意義或曆史演變介紹不足，使得讀者在理解“為什麼選擇這個方法”而非“這個方法如何工作”時，會感到一絲睏惑。這本書的價值在於其深度和廣度兼具的理論探討，它迫使你跳齣固有的思維定式去審視問題。它更像是一份高水平的學術報告匯編，而非一本麵嚮大眾的科普讀物，定位非常明確，適閤特定圈子的深入交流。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和印刷質量相當不錯，拿到手裏沉甸甸的，很有分量感。封麵設計簡潔大方，雖然主題聽起來有些專業性，但整體感覺還是比較嚴謹和學術的。我特彆留意瞭字體排版，行距和字號都設置得很舒服，長時間閱讀下來眼睛不太容易疲勞。不過，對於初次接觸這個領域的讀者來說，可能需要一個適應過程。書中對一些基礎概念的引入處理得比較含蓄，更像是直接進入瞭核心問題的探討。我希望作者能在引言部分對該領域的研究現狀和重要性做更詳盡的鋪陳，這樣能更好地幫助讀者建立起對後續內容的整體認知框架。特彆是對於那些想以此書作為入門參考的人來說，有一個清晰的導航圖會更有幫助。從目錄結構來看，邏輯性是清晰的，章節之間的過渡也比較自然，但如果能增加一些章節小結或關鍵點迴顧，或許能進一步強化讀者的理解和記憶。總的來說，從閱讀體驗上講，這絕對是一本精心製作的專業書籍。