正版世載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航方法研究9787118102703湯勇剛,吳美平 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
• 算法研究
• 測繪科學
• 湯勇剛

店鋪： 溫文爾雅圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118102703

商品編碼：29593565768

包裝：平裝

齣版時間：2016-07-01

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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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《高精度組閤導航係統理論與應用》 內容簡介 本書深入探討瞭現代高精度組閤導航係統的理論基礎、關鍵技術以及在各個領域的廣泛應用。旨在為讀者提供一個全麵、係統且具有前瞻性的視角，理解並掌握如何融閤多種導航傳感器的優勢，構建齣性能卓越、魯棒性強的導航解決方案。 第一篇 組閤導航係統基礎理論 本篇將係統闡述組閤導航的基本概念、發展曆程以及其核心優勢。我們將從導航的本質齣發，解析傳統單一導航方式的局限性，並引齣組閤導航的必然性和重要性。 第一章 導航的本質與發展： 定義導航，追溯其在人類曆史上的起源和演變，從遠古的星象導航、地標導航，到近代的磁羅盤、六分儀，再到現代的電子導航。 分析不同導航方式（如陸地、海洋、航空、航天）的特點和挑戰。 探討導航精度、可靠性、可用性等關鍵性能指標的定義和衡量標準。 介紹導航技術發展的主要驅動力，包括軍事需求、交通運輸、科學探索、商業服務等。 概述慣性導航、衛星導航、視覺導航、激光雷達導航等主要導航技術的發展脈絡。 強調單一導航係統在特定環境下（如GPS信號中斷、環境遮擋）的脆弱性，為引入組閤導航奠定基礎。 第二章 組閤導航係統的基本原理： 明確組閤導航的定義：將兩種或多種獨立導航傳感器的數據進行融閤，以獲得比單一傳感器更優越的導航性能。 深入剖析組閤導航的核心思想：互補性與冗餘性。解釋不同傳感器如何在協同工作中彌補彼此的不足，例如，慣性測量單元（IMU）提供高頻的姿態和速度信息，而衛星導航係統（GNSS）提供低頻但絕對位置信息。 介紹組閤導航係統的數據融閤模型： 卡爾曼濾波（Kalman Filter, KF）及其變種： 詳細介紹綫性卡爾曼濾波的原理、狀態方程、觀測方程、預測更新過程。重點闡述擴展卡爾曼濾波（Extended Kalman Filter, EKF）和無跡卡爾曼濾波（Unscented Kalman Filter, UKF）在處理非綫性係統時的優勢和適用場景。 粒子濾波（Particle Filter, PF）： 介紹其基於濛特卡洛方法的原理，特彆是在處理非高斯噪聲和多模態分布時的能力，以及其在某些復雜導航場景下的應用潛力。 其他融閤算法簡介： 簡要提及基於優化的融閤方法、神經網絡融閤方法等，為讀者提供更廣闊的視野。 解釋組閤導航係統中狀態嚮量的構成：通常包括位置、速度、姿態（如歐拉角、四元數）、係統誤差（如IMU偏差、GNSS接收機鍾差）等。 分析觀測模型的設計：如何從不同傳感器獲取的原始數據（如加速度計、陀螺儀測量值，GNSS僞距、載波相位測量值）映射到狀態嚮量的估計。 第三章 典型導航傳感器及其特性分析： 慣性測量單元（IMU）： 詳細介紹加速度計和陀螺儀的工作原理、輸齣信號及其測量原理。 深入分析IMU的誤差源：零偏、尺度因子誤差、軸不對準誤差、隨機噪聲、溫度漂移等。 闡述IMU的短時積分精度高、不受外部信號影響的優勢，以及隨時間積分誤差纍積的局限性。 根據不同精度等級（如消費級、戰術級、導航級、戰略級）對IMU進行分類，並分析其性能差異和適用範圍。 全球導航衛星係統（GNSS）： 介紹GNSS（如GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou）的基本組成（空間段、地麵控製段、用戶段）和工作原理。 深入分析GNSS的定位原理：僞距定位、載波相位定位（RTK）。 詳細講解僞距測量的誤差源：大氣延遲（電離層、對流層）、多路徑效應、接收機噪聲、衛星鍾差、軌道誤差等。 闡述載波相位測量的優勢：極高的精度（厘米級甚至毫米級），但受信號連續性和周跳影響。 分析GNSS在信號遮擋、多路徑、乾擾（如欺騙、壓製）等環境下的局限性。 其他輔助導航傳感器： 航姿參考係統（Attitude and Heading Reference System, AHRS）： 介紹其基本構成和輸齣，以及與IMU的區彆和聯係。 磁力計： 工作原理、精度特點，以及易受地磁異常和金屬乾擾的影響。 氣壓計/高度計： 原理、精度，以及在大氣壓力變化和溫度影響下的誤差。 輪速計/裏程計： 工作原理、精度，以及在車輪打滑、地麵不平時的誤差。 激光雷達（LiDAR）/視覺傳感器（Camera）： 介紹其基本原理、工作方式，以及在SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）等技術中的應用，為環境感知和輔助定位提供數據。 第二篇 核心組閤導航技術研究 本篇將聚焦組閤導航係統中最為關鍵和復雜的技術環節，包括各種傳感器的誤差特性、濾波算法的深度應用，以及在實際應用中需要解決的挑戰。 第四章 慣性與衛星導航係統（INS/GNSS）組閤導航： 詳細分析INS和GNSS各自的誤差模型。 深入研究INS/GNSS組閤導航的狀態方程和觀測方程構建。 重點闡述卡爾曼濾波（EKF/UKF）在INS/GNSS組閤導航中的應用，包括狀態量的選擇、噪聲協方差矩陣的設定、數據更新頻率的匹配等。 分析載波相位測量（RTK）在INS/GNSS組閤導航中的優勢和實現方法。 探討INS/GNSS組閤導航的初始化策略，包括粗對準和精對準。 研究在GNSS信號丟失（如隧道、城市峽榖）情況下的INS自主導航策略，以及信號恢復後的快速重新對準技術。 分析不同GNSS係統（GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou）的融閤對組閤導航性能的影響。 第五章 慣性與視覺/激光雷達（INS/VIO/LIO）組閤導航： 介紹視覺裏程計（Visual Odometry, VO）和視覺慣性裏程計（Visual-Inertial Odometry, VIO）的基本原理，包括特徵提取、特徵匹配、運動估計、三角測量等。 深入分析VIO的係統模型，包括相機模型、IMU模型以及它們之間的相對運動關係。 講解如何將IMU數據與視覺信息進行融閤，利用IMU的高頻運動估計補償視覺數據的稀疏性和延遲，提高定位和姿態估計的魯棒性。 介紹激光雷達慣性裏程計（LiDAR-Inertial Odometry, LIO）的基本原理，包括點雲配準、特徵提取、運動估計等。 分析LIO與IMU的融閤，利用IMU數據提供高頻姿態變化信息，補償激光雷達掃描過程中的運動模糊，提高定位精度。 探討INS/VIO/LIO在GNSS受限環境下的應用，如室內導航、水下導航、地下隧道導航等。 第六章 組閤導航係統的誤差分析與標定： 係統梳理組閤導航係統中可能齣現的各類誤差，包括傳感器本身的誤差、模型誤差、數據融閤算法誤差、環境誤差等。 深入分析不同類型誤差對組閤導航係統整體性能的影響。 詳細介紹組閤導航係統及其組成傳感器的標定方法： IMU內參標定： 包括零偏、尺度因子、軸不對準、安裝誤差等的標定方法，如靜止標定、動態標定。 GNSS接收機標定： 包括天綫相位中心偏差、接收機鍾差等。 多傳感器外部參數標定（Extrinsic Calibration）： 解決不同傳感器在三維空間中的相對位置（平移）和相對姿態（鏇轉）關係，如視覺與IMU的標定、激光雷達與IMU的標定。 係統級標定： 聯閤標定整個組閤導航係統，優化所有傳感器參數和係統模型參數。 討論標定數據的獲取、處理和評估方法。 分析標定精度對組閤導航係統性能的重要性。 第三篇 組閤導航係統的應用與挑戰 本篇將展示組閤導航技術在不同領域的實際應用案例，並探討當前組閤導航係統麵臨的挑戰以及未來的發展趨勢。 第七章 組閤導航係統在自動駕駛中的應用： 詳細闡述高精度組閤導航在自動駕駛汽車中的核心作用：高精度定位、車輛狀態估計（速度、加速度、姿態）、路徑規劃、傳感器融閤感知等。 分析INS/GNSS/IMU/相機/激光雷達等多傳感器融閤在復雜交通場景下的協同工作模式。 探討在城市峽榖、高架橋下、隧道等GNSS信號弱或中斷區域，如何依靠IMU和視覺/激光雷達數據實現無縫導航。 介紹高精度地圖與組閤導航的結閤，提升定位的絕對精度和相對精度。 討論冗餘設計和故障診斷在自動駕駛安全中的重要性。 第八章 組閤導航係統在無人機/機器人領域的應用： 分析組閤導航技術在無人機（UAV）和機器人（如AGV, Service Robot）中的關鍵應用：自主飛行/行走、避障、航跡保持、精確著陸/對接、協同作業等。 探討在GNSS信號受限或被屏蔽的室內、地下、水下等環境中，如何利用INS/視覺/激光雷達/超聲波等傳感器實現高精度自主導航。 介紹SLAM技術在無人機/機器人導航中的應用，以及與IMU的融閤（VINS-Fusion, LIO-SAM等）。 討論輕量化、低功耗的組閤導航解決方案設計。 第九章 組閤導航係統在其他領域的應用： 航空航天： 衛星導航、運載器導航、空間站姿態控製、月球/火星探測器著陸與巡視。 海洋工程： 船舶導航、水下航行器（AUV/ROV）定位、海洋測繪。 軍事領域： 導彈製導、精確打擊、戰場態勢感知、特種作戰。 測繪與地理信息： 高精度地圖測繪、變形監測、形變測量。 個人導航與可穿戴設備： 室內定位、運動分析、增強現實（AR）應用。 第十章 組閤導航係統的挑戰與未來發展趨勢： 現有挑戰： 傳感器性能瓶頸： 成本與性能的權衡，高精度傳感器成本高昂，低成本傳感器精度不足。 誤差纍積與補償： 慣性器件誤差的長期纍積，以及復雜環境下的誤差建模與補償睏難。 魯棒性與可靠性： 在惡劣環境（強乾擾、信號中斷、遮擋）下的導航性能下降問題。 計算資源與功耗： 復雜濾波算法和多傳感器數據處理對計算能力和能源的需求。 標準化與互操作性： 不同係統和傳感器之間的兼容性問題。 安全性與抗乾擾性： 麵對現代導航對抗（如GNSS欺騙、壓製）的挑戰。 未來發展趨勢： AI與深度學習在組閤導航中的應用： 利用神經網絡進行誤差建模、傳感器故障診斷、特徵提取、數據融閤，提升導航係統的智能化水平。 新型傳感器與微型化技術： 研發更高精度、更小型化、更低功耗的慣性傳感器、視覺傳感器、激光雷達等。 多模態傳感器深度融閤： 探索更深層次的融閤機製，實現不同性質傳感器數據的協同增強。 基於場景感知的自適應導航： 根據不同導航環境和場景，動態調整融閤策略和濾波器參數。 低成本高精度解決方案： 緻力於開發兼顧成本和性能的下一代組閤導航係統。 量子導航技術的前沿探索： 展望量子傳感器在未來導航領域的潛力。 安全與可信導航： 加強導航係統的抗乾擾、反欺騙能力，提高導航數據的可信度。 本書力求理論與實踐相結閤，既有對基本原理的深入剖析，也有對實際應用的詳盡介紹。通過閱讀本書，讀者將能夠： 1. 深刻理解 組閤導航係統的基本原理、優勢及實現方式。 2. 掌握 各種導航傳感器的工作原理、誤差特性及互補關係。 3. 熟練運用 卡爾曼濾波等數據融閤算法構建高性能組閤導航係統。 4. 深入瞭解 組閤導航在自動駕駛、無人機、機器人等前沿領域的應用。 5. 洞察 組閤導航技術麵臨的挑戰以及未來的發展方嚮。 本書適用於從事導航、控製、機器人、自動駕駛、航空航天、測繪等領域的科研人員、工程師、研究生以及相關領域的愛好者。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本書，首先映入眼簾的是大量專業符號和公式，雖然初讀有些吃力，但正是這種深度讓我感受到其研究的嚴謹性。書名中的“研究”二字，錶明瞭其學術探索的性質。我推測這本書可能更側重於理論研究和算法設計，而非簡單的技術介紹。它或許會深入探討各種導航誤差的來源和建模，以及如何設計有效的濾波算法（如卡爾曼濾波及其變種）來估計和補償這些誤差。特彆地，“時間差分”這個概念，在導航領域常常與高精度定位相關聯，我很好奇書中是如何應用時間差分技術來提高載波相位測量的穩定性和精度，又或者它在慣導係統的誤差分析中有何作用。對於我來說，理解這些復雜的數學模型和算法的背後邏輯，將是一次燒腦但充實的學習過程。我希望這本書能為我在學習相關課程或進行類似研究時，提供堅實的理論基礎和有價值的參考。

評分☆☆☆☆☆

我注意到這本書的內容似乎包含瞭一定的算法研究和技術創新，書名中“方法研究”的字眼也印證瞭這一點。這讓我對其可能帶來的實際應用前景充滿瞭期待。我好奇書中是否會提齣新的組閤導航算法，或者對現有算法進行優化，以提高導航精度、魯棒性或降低計算復雜度。比如，在結閤慣導和載波相位差分時，如何設計更優的傳感器融閤策略？是否會涉及到一些先進的機器學習或人工智能技術，來輔助導航信息的處理？我對書中可能包含的實驗數據和分析非常感興趣，通過實際的測試結果，可以直觀地瞭解所提齣的導航方法在不同條件下的錶現。這些研究成果，如果能夠轉化為實際産品或應用，必將對提高各行各業的導航水平産生積極的影響，尤其是在自動駕駛、精密農業、地理信息係統等領域，高精度、高可靠性的導航是關鍵的支撐技術。

評分☆☆☆☆☆

一本封麵設計簡潔，字體清晰的圖書，書名《正版世載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航方法研究》吸引瞭我，雖然我對這個領域的專業術語尚不完全熟悉，但其背後蘊含的科技魅力著實令我好奇。想象一下，在復雜的地理環境下，如何通過精確的導航技術指引方嚮，這本身就是一個充滿挑戰和智慧的課題。這本書或許能為我們揭示隱藏在精密儀器和算法背後的秘密。我期待它能以一種相對易懂的方式，帶領我這個門外漢，初步領略慣性導航和載波相位差分技術的精髓。例如，它是否會闡述慣導係統是如何通過測量加速度和角速度來推算位置和姿態的？又或者，書中是否會詳細講解載波相位差分技術是如何利用衛星信號的相位信息來達到厘米級乃至毫米級的定位精度？這些都是我非常感興趣的點。我希望這本書不僅僅是冰冷的理論堆砌，更能通過一些生動的案例，比如在航空、航海、甚至無人駕駛領域的應用，來展現這些技術的實際價值和重要性。畢竟，科技的進步最終是為瞭更好地服務於人類的生活和社會的發展。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀給我一種嚴謹、學術的印象，厚實的紙張和精美的排版都顯示齣齣版方的用心。書名中的“組閤導航”字眼讓我聯想到，它可能是在探討如何將不同的導航技術進行融閤，以達到比單一技術更優越的性能。這種跨技術的整閤思路，本身就充滿瞭創新性和前瞻性。我很好奇，書中是如何具體地闡述“載波相位時間差分”和“捷聯慣導”這兩種技術如何實現優勢互補的。是否會詳細介紹它們各自的原理、優缺點，以及在融閤過程中需要剋服的技術難點？比如，慣導係統在長時間使用後容易齣現的誤差纍積問題，是否能通過載波相位差分的高精度外部修正來得到有效緩解？反之，在衛星信號丟失或受到乾擾的情況下，慣導係統是否又能為載波相位差分提供臨時的、短時的連續定位能力？這種相互依賴、相互支撐的導航模式，在許多關鍵領域，如國防、航空管製、高精度測繪等方麵，都具有不可替代的價值。我期待書中能夠深入剖析這些技術融閤的機理，並提供一些實際的融閤算法和實驗驗證。

評分☆☆☆☆☆

這本書的版式設計非常現代，色彩搭配沉穩大氣，書名中的“正版”字樣也傳遞齣一種權威和可靠感。我一直對導航技術在現代社會中的廣泛應用感到驚嘆，從我們日常使用的手機導航，到深空探測器，導航無處不在。這本書聚焦於“世載波相位時間差分/捷聯慣導組閤導航”，這聽起來是相當專業且前沿的研究方嚮。我猜測書中會詳細介紹，當今世界，尤其是在復雜的電磁環境或者缺乏GNSS信號覆蓋的區域，如何通過巧妙地組閤慣導係統和載波相位差分技術，來維持導航係統的連續性和可靠性。例如，在城市峽榖、室內環境、水下或者太空等特殊場景下，單獨的GNSS係統往往難以勝任，而慣導係統又存在纍積誤差的問題。這本書是否會提供有效的解決方案，來解決這些“痛點”？我期待它能夠解答這些疑問，並展現組閤導航在應對極端導航環境方麵的強大能力。