载波相位时间差分/捷联惯导组合导航方法研究 汤勇刚,吴美平 9787118102703 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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汤勇刚，吴美平 著

图书标签:

• 载波相位差分
• 捷联惯导
• 组合导航
• 导航定位
• GNSS
• 误差分析
• 滤波算法
• 精密定位
• 姿态解算
• 惯性导航

店铺： 书逸天下图书专营店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118102703

商品编码：29376425119

包装：平装

出版时间：2016-07-01

基本信息

书名：载波相位时间差分/捷联惯导组合导航方法研究

定价：50.00元

作者：汤勇刚,吴美平

出版社：国防工业出版社

出版日期：2016-07-01

ISBN：9787118102703

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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汤勇刚、吴美平所*的《载波相位时间差分\捷 联惯导组合导航方法研究》以地面车辆和水面舰艇等 中低动态载体的导航为背景，以卫星导航系统和激光 陀螺捷联惯导系统构成的组合导航系统为主要研究对 象，提出在卫星导航/捷联惯导组合导航系统中充分利 用载波相位时间差分信号以改善系统的性能，并对涉 及的主要理论问题和方法进行了研究。

目录

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章 绪论 1.1 引言 1.2 问题的提出和研究意义 1.3 外发展及研究现状 1.3.1 卫星导航与惯性导航 1.3.2 北斗卫星导航系统及其组合导航技术的发展与研究现状 1.3.3 载波相位时间差分技术的发展及研究现状 1.3.4 载波相位时间差分/捷联惯导组合导航的关键技术及其研究现状 1.4 研究的内容、组织结构和主要贡献 1.4.1 研究内容及组织结构 1.4.2 主要贡献第2章 基本原理及数学模型 2.1 载波相位测量的数学模型 2.2 载波相位主要误差源的时空相关特性 2.3 载波相位时间差分的基本原理和数学模型 2.3.1 载波相位时间差分的基本原理 2.3.2 载波相位时间差分的数学模型 2.4 载波相位时间差分/捷联惯导组合的基本原理 2.5 小结第3章 卫星导航/惯导组合导航系统的全局可观性分析 3.1 可观性定义和基本概念 3.1.1 可观性定义 3.1.2 可观性与估计精度和滤波器稳定性之间的关系 3.2 非线性全局可观性分析 3.2.1 卫星/捷联惯导组合导航系统的非线性系统模型 3.2.2 全局可观性充分条件 3.3 仿真及实验验证 3.3.1 仿真1：卫星导航/高精度惯导系统 3.3.2 仿真2：卫星导航/低精度惯导系统 3.3.3 仿真3：载体作“跳跃”运动 3.3.4 跑车实验 3.4 小结第4章 载波相位时间差分/捷联惯导组合导航算法 4.1 载波相位时间差分/捷联惯导组合导航可观性分析 4.2 组合导航滤波器 4.2.1 地固坐标系下的捷联惯导误差模型 4.2.2 滤波器状态方程 4.2.3 滤波器观测方程 4.2.4 测量数据中周跳的处理方法 4.2.5 组合导航实验 4.3 降阶滤波器 4.3.1 滤波器降阶方法 4.3.2 对降阶滤波器的实验验证 4.4 非完整约束的应用 4.4.1 非完整约束的等效观测方程 4.4.2 应用非完整约束的实验验证 4.5 小结第5章 载波相位时间差分速度估计算法研究 5.1 速度测量及其精度分析 5.1.1 速度测量算法 5.1.2 速度测量的精度分析 5.2 载波相位率的提取 5.2.1 非线性跟踪-微分器的基本原理 5.2.2 载波相位率提取算法 5.3 仿真与实验 5.3.1 非线性跟踪-微分器的仿真分析 5.3.2 跑车实验 5.4 小结第6章 总结与展望 6.1 总结 6.2 研究展望后记附录A 常用坐标系和时间系统 A.1 常用坐标系的定义 A.2 常用坐标系的相互转换关系 A.3 时间系统及相互关系参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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精确制导的基石：融合捷联惯导与载波相位差分技术的导航新篇章 在现代高精度导航定位领域，对实时、可靠且不受外部信号影响的自主导航能力的需求日益增长。从无人机、自主驾驶汽车到高精度测量，再到军事领域的精确制导，都离不开先进的导航技术。传统的导航系统，如GPS，虽然应用广泛，但其精度受到卫星信号遮挡、多径效应以及信号衰减等因素的限制，且在特定环境下可能完全失效。为了克服这些挑战，科学家们不断探索更加鲁棒和精确的导航解决方案。 本书深入探讨了一种将两种尖端导航技术——捷联惯导系统（INS）与载波相位差分技术（CPTD）——进行有机融合的创新方法。这种组合导航策略旨在通过取长补短，实现比单一系统更高的定位精度、更好的连续性和更强的抗干扰能力。本书将从理论基础、关键技术、系统实现到应用前景，进行全面而详实的阐述，力求为相关领域的科研人员、工程师以及对高精度导航感兴趣的读者提供一份深刻而实用的参考。 第一部分：理论基石与技术解析 本书的开篇将聚焦于构成组合导航系统的核心技术——捷联惯导系统（INS）和载波相位差分技术（CPTD）的深入剖析。 捷联惯导系统（INS）详解： INS是一种完全自主的导航系统，不依赖外部信号，通过测量载体的加速度和角速度来推算其位置、速度和姿态。本书将详细介绍INS的基本原理，包括惯性测量单元（IMU）的工作机制（陀螺仪和加速度计的测量原理、误差源分析），以及导航滤波算法（如卡尔曼滤波及其变种）在INS中的应用。我们将重点解析INS在长期积分过程中存在的误差累积问题，这是其单独使用时面临的主要挑战。同时，本书也将探讨不同类型INS（如光纤陀螺INS、MEMS INS）的特点、优势与劣势，以及提高INS精度和稳定性的关键技术，例如挠性陀螺、激光陀螺等。 载波相位差分技术（CPTD）原理： CPTD是一种基于全球导航卫星系统（GNSS）的差分技术，它利用基准站和用户端接收到的GNSS卫星信号的载波相位观测值，通过差分处理消除或减弱大部分共有的误差项（如卫星钟差、轨道误差、大气延迟等），从而获得厘米级甚至毫米级的定位精度。本书将系统阐述CPTD的工作原理，包括载波相位观测模型、差分算法（单差、双差、多差），以及RTK（实时动态差分）等技术的实现细节。我们还将深入分析影响CPTD精度的关键因素，如卫星可见性、基线长度、多径效应、接收机性能等，并探讨如何通过优化天线设计、接收机算法以及差分网络布局来提升CPTD的性能。 第二部分：融合策略与关键技术突破 在扎实掌握了INS和CPTD各自的理论基础后，本书将重点转向如何将这两种技术进行高效融合，以实现优势互补，克服单一系统的不足。 组合导航的必要性与优势： 本部分将详细阐述为什么需要将INS与CPTD进行融合。INS能够提供连续、高频的姿态和短时高精度位置信息，尤其是在GNSS信号短暂丢失的情况下，INS可以凭借其惯性测量能力维持导航的连续性，避免“失忆”。而CPTD则能提供全局、高精度的绝对位置信息，并对INS的误差进行校正，有效抑制INS的长期漂移。我们将通过理论分析和仿真实验，量化展示融合导航在精度、连续性和鲁棒性方面的显著提升。 融合滤波算法研究： 组合导航的核心在于如何有效地融合来自不同传感器的信息。本书将重点介绍并深入分析适用于INS与CPTD融合的滤波算法。 扩展卡尔曼滤波（EKF）： 作为最常用的融合算法之一，EKF在处理非线性系统时表现出色，我们将详细解析EKF在INS/CPTD融合中的状态方程、测量方程构建，以及其在实际应用中的参数调整和收敛性分析。 无迹卡尔曼滤波（UKF）： 针对EKF在非线性系统中的线性化误差，UKF采用无迹变换，能够更好地逼近非线性系统的统计特性，本书将探讨UKF在融合过程中的优势以及其计算复杂度的权衡。 粒子滤波（PF）： 在处理具有复杂概率分布的非线性、非高斯系统时，PF展现出强大的能力。本书将介绍PF的基本原理，以及其在INS/CPTD融合中的应用潜力，尤其是在GNSS信号恶劣条件下的表现。 其他先进融合算法： 此外，本书还将介绍一些前沿的融合技术，例如容积卡尔曼滤波、基于图优化的融合方法等，并分析它们在特定场景下的适用性。 误差建模与校正： 准确的误差建模是实现高精度融合导航的关键。本书将深入研究INS的各种误差源（如零偏、尺度因子、轴不对准、随机噪声等）及其随时间的变化规律，并重点阐述如何利用CPTD的绝对位置信息对INS的误差进行在线校正。例如，利用CPTD提供的精确位置来估计INS的速度和位置误差，进而更新INS的状态。同时，我们也需要考虑CPTD自身的误差，如接收机噪声、多径效应等，并探讨如何在融合框架中进行有效的误差抑制。 GNSS信号中断与恢复策略： 在实际应用中，GNSS信号中断（如隧道、城市峡谷、强干扰环境）是常见的挑战。本书将深入研究在GNSS信号中断期间，如何最大化利用INS的自主导航能力，并设计有效的策略来平滑地恢复与CPTD的融合。这包括对INS漂移率的准确估计、长期预测以及在GNSS信号恢复后如何快速、准确地重新对齐INS和CPTD的状态。 第三部分：系统实现与应用展望 在理论和算法层面取得突破后，本书将转向实际系统的设计、实现以及该技术在各个领域的应用前景。 硬件平台与集成设计： 本部分将探讨构建INS/CPTD组合导航系统的硬件架构。包括IMU的选型与标定、GNSS接收机的选型（多频、多模接收机）、天线设计，以及数据采集与处理单元的软硬件集成。我们将讨论不同IMU和GNSS接收机组合的优劣，以及如何优化硬件接口和数据传输速率，以满足实时高精度导航的需求。 软件开发与系统优化： 详细介绍组合导航软件系统的开发流程，包括传感器数据预处理、滤波算法的实现、导航解算、以及用户接口的设计。我们将讨论软件的实时性、可靠性和可扩展性，以及如何通过代码优化和并行计算来提升系统的处理能力。 实际场景下的性能评估与验证： 本部分将展示如何设计实验方案，在各种实际应用场景（如道路测试、飞行测试、海洋测绘等）下对组合导航系统的性能进行全面评估。包括静态精度测试、动态精度测试、连续性评估、抗干扰能力测试等。我们将提供具体的测试数据和分析结果，以证明该组合导航方法在不同环境下的优越性。 应用前景与未来发展： 最后，本书将展望INS/CPTD组合导航技术的广阔应用前景。 自动驾驶领域： 在L3至L5级别自动驾驶中，高精度、高可靠性的定位是关键。INS/CPTD融合能提供在GNSS失效时的冗余和连续性，保障车辆安全。 无人系统（无人机、水下机器人等）： 对于GNSS信号无法覆盖或容易受干扰的环境，INS/CPTD组合导航能提供自主、高精度的导航能力。 高精度测量与测绘： 在航空摄影测量、地形测绘、形变监测等领域，厘米级甚至毫米级的定位精度至关重要。 军事应用： 精确制导武器、无人侦察机、以及单兵定位系统等，都需要不受外部环境影响的高精度自主导航能力。 智慧城市与工业物联网： 在精细化城市管理、智能仓储、工业自动化等场景下，高精度定位也能发挥重要作用。 本书的研究工作，通过理论创新、算法优化和实际验证，为实现更强大、更可靠的高精度导航系统提供了坚实的技术基础。它不仅是对现有导航技术的一次重要梳理和提升，更预示着未来导航领域的发展方向，旨在为各个行业提供更加精准、高效和自主的导航解决方案，从而推动科技进步和社会发展。

评分☆☆☆☆☆

读完关于这方面研究的书籍，我通常会关注其对“时间差分”这一概念处理的精妙之处。在导航系统中，时间同步和差分技术是保证连续性和精度的基石。我非常想知道，作者是如何将载波相位测量中固有的模糊度定解问题与捷联惯导系统的高频敏感性结合起来的。这本书如果能清晰地勾勒出从原始观测数据到高精度定位结果的完整处理流程，那就太棒了。我尤其关注的是，在动态环境下，例如飞机或无人机快速机动时，惯导的漂移如何被相位差分数据实时校正，以及这种校正的延迟和精度表现如何。理想情况下，书中应该提供一套严谨的数学模型，将两者无缝集成，而不是简单地将两个独立系统的结果简单地加权平均。我推测，本书可能在卡尔曼滤波或粒子滤波的应用上有所创新，特别是在处理GNSS信号丢失或信号质量下降时的“守信”能力。我对那些能将复杂的物理过程转化为可操作的软件框架的描述，有着近乎痴迷的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

对于一本探讨组合导航的书籍来说，其对系统架构的阐述深度决定了它的实用价值。我关注的重点在于“组合”的方式。是松耦合、紧耦合还是深层次的自适应融合？我希望作者能详细阐述不同耦合策略的优劣，特别是在计算资源有限或环境约束严格的场景下，如何做出最优选择。捷联惯导（SINS）的精度高度依赖于初始对准和平台误差补偿，而载波相位（CP）则依赖于接收机性能和卫星几何分布。这本书如果能提供一套有效的机制来量化和平衡这两种误差的相对权重，那么它就超越了一般的教科书水平。我设想，或许书中会有一个专门的章节讨论如何利用惯导的高频信息来辅助相位锁定，或者如何利用相位信息来约束惯导的零偏和比例因子随温度的变化。这种双向的、互补的机制设计，才是组合导航的精髓所在。如果能配上一些关于传感器标定的具体步骤和经验教训，那就更完美了。

评分☆☆☆☆☆

从技术文档的角度来看，我期待这本书在逻辑组织和符号规范上达到极高的水准。导航算法的推导极其依赖于清晰的数学表达，任何模糊不清的符号定义都可能导致实践中的巨大偏差。我非常希望作者能采用国际通用的导航学符号体系，确保读者在引用或复现实验时能够做到零障碍。此外，虽然书名聚焦于方法研究，但我更希望看到这些方法是如何在实际的测试环境中得到验证的。例如，是否进行了长时静态测试，动态飞行测试，以及在城市峡谷等恶劣环境下的性能评估？仅仅停留在理论层面，往往无法体现出一种“方法”的真正价值。我期待能看到关于数据预处理、异常值剔除以及时间同步延迟校正的实用技巧，这些往往是决定项目成败的关键所在，却常常被学术论文所忽略。这本书如果能成为一本兼具理论严谨性和工程实用性的“工具书”，那它将是无价的。

评分☆☆☆☆☆

研究“载波相位时间差分”与“捷联惯导”的结合，意味着研究的是一种对时间依赖性极强的、高精度的定位方案。我特别关注的是，在不依赖传统GNSS基准站实时差分修正（RTK）的情况下，这种“自含式”的组合方案如何维持其长期稳定性。时间差分的核心在于利用前后时刻的测量值差异来消除某些系统误差，但惯导的误差累积速度非常快，如何设计一个高效的融合滤波器来有效利用这种时间结构，是一个巨大的挑战。我猜测，书中可能会引入先进的非线性滤波技术，比如扩展卡尔曼滤波（EKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）甚至是更现代的滑动窗口优化方法。如果能深入探讨在极低信噪比条件下，相位解算结果的可靠性如何影响整个组合导航的性能指标，以及如何通过惯导辅助提高捕获速度，那么这本书将为解决实际的“高可靠性”导航问题提供坚实的理论基础和实践指导。这种对极限性能的探索，是我对这类专业著作最看重的部分。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名和作者信息看起来非常专业，聚焦于一个高精尖的技术领域——载波相位和捷联惯导的组合导航。作为一名对精确测量和定位技术感兴趣的读者，我发现这个主题本身就充满了吸引力。我期望这本书能够深入浅出地剖析这两种技术如何协同工作，尤其是在现代导航系统中所扮演的关键角色。我特别好奇，作者是如何平衡理论深度和工程实践的。如果书中能详细介绍如何处理数据融合过程中的误差源，比如如何有效地进行状态估计和滤波设计，那对我来说将是极具价值的。我猜想，这本书的读者群体应该包括研究生、科研人员以及在航空航天、精密测量行业工作的工程师。如果内容能涵盖最新的算法进展，比如基于优化的松耦合或紧耦合策略，那么它无疑能成为该领域的必备参考书。我希望能看到具体的案例分析或者仿真结果，用以佐证文中所述方法的有效性和鲁棒性。总而言之，我对这种交叉学科的深度研究抱有很高的期待，希望它不仅是理论的堆砌，更能指导实际工程问题的解决。