GPS/INS组合导航定位及其应用PDF电子书下载

第一章 GPS与INS导航定位初论 1

1.1 导航与导航系统的简短回顾 1

1.1.1 导航 2

1.1.2 无线电导航与惯性导航系统 2

1.1.3 卫星导航系统 2

1.2 GPS导航与精密定位 4

1.2.1 GPS概况 4

1.2.2 GPS导航定位的基本原理 6

1.2.3 GPS精密定位 8

1.3 INS导航与精密定位 9

1.3.1 惯性导航的基本原理 9

1.3.2 惯导系统的基本结构及发展 11

1.3.3 INS精密定位与惯性大地测量 16

1.4 GPS/INS组合导航定位及其发展 22

1.4.1 GPS/INS组合系统的提出 22

1.4.2 GPS/INS组合的优点 25

1.4.3 GPS/INS组合系统的发展 28

2.1 数学基础 33

第二章 GPS/INS导航定位理论基础 33

2.2 导航定位常用坐标系及其相互关系 38

2.2.1 INS常用坐标系及其相互关系 38

2.2.2 GPS测量中的坐标系统和时间系统 44

2.3 四元数代数理论及其在SINS/GPS中的应用 48

2.3.1 四元数代数 49

2.3.2 四元数在SINS/GPS问题中的应用 54

第三章 地球形状及其外部重力场 60

3.1 地球的几何形状及其数学描述 60

3.1.1 大地水准面和参考椭球面 60

3.1.2 参考椭球上的主要面和线及曲率半径 62

3.1.3 大地坐标系和空间直角坐标系及其变换 65

3.2 地球引力场和重力场及其时间导数 68

3.2.1 地球引力场及其时间导数 68

3.2.2 地球重力场及地球重力场模型 70

3.3 应用于GPS/INS技术中的重力向量计算模型 74

3.3.1 正常引力位与正常重力位 75

3.3.2 当地水平坐标系力学编排中的正常重力公式 76

3.3.3 地固直角坐标系力学编排中的正常重力模型 78

3.3.4 惯性坐标系中的正常引力模型 83

3.3.5 减弱扰动重力场影响的几个方法 85

第四章 惯导系统的导航定位方程及其解算 89

4.1 导航参数状态空间模型 89

4.1.1 惯性坐标系里表示的导航方程 89

4.1.2 地固坐标系里表示的导航方程 92

4.1.3 当地水平坐标系里表示的导航方程 93

4.1.4 INS用于重力梯度测量的状态空间模型 95

4.2 坐标变换矩阵的解算 98

4.2.1 坐标变换矩阵微分方程的解法 98

4.2.2 坐标变换矩阵的四元数积分解法 100

4.2.3 坐标变换矩阵的数值积分解法 101

4.3 地固坐标系中的力学编排 105

4.4 游移方位坐标系中的力学编排 112

第五章 GPS测量技术与方法 122

5.1 GPS定位的状态空间模型 122

5.1.1 动态建模 124

5.1.2 动态GPS的状态空间模型 125

5.2 伪距导航与精度分析 131

5.2.1 伪距导航（定位）解算 132

5.2.2 伪随机码测距与导航接收机工作原理 134

5.2.3 GPS卫星的导航电文和卫星位置、钟差计算 148

5.2.4 导航定位的精度估计及最佳选星 154

5.3 美国政府对GPS的控制 158

5.4.1 载波相位测量 160

5.4 GPS载波相位测量和多普勒测量 160

5.4.2 多普勒测量 165

5.5 GPS定位的主要误差源分析 168

5.5.1 卫星星历误差 168

5.5.2 卫星钟差的误差 169

5.5.3 接收机钟差 169

5.5.4 接收机的测量误差 169

5.5.5 多路径效应误差 170

5.5.6 电离层延迟误差 170

5.5.7 对流层传播延迟误差 173

5.6 差分GPS与相对定位法 174

5.6.1 差分GPS方法 175

5.6.2 提高伪距精度的方法 179

5.6.3 GPS相对定位 182

5.7 相位整周模糊度参数解算与周跳修复 187

5.7.1 初始整周模糊度N的确定 188

5.7.2 周跳探测与修复 189

5.8 用于组合系统的GPS观测量及其误差源分析 193

5.8.1 GPS动态定位发展过程的简单小结 194

5.8.2 可应用于组合系统的GPS观测量及其误差源分析 195

5.9 GPS定位方法的最新发展 199

5.9.1 定位模式的进展 199

5.9.2 GPS动态定位OTF算法的新进展 204

5.10 导航／定位／通讯卫星系统与GPS的新政策 208

第六章 GPS/INS组合系统的理论设计 213

6.1 系统组合原理 213

6.1.1 经典组合方法 213

6.1.2 采用卡尔曼滤波器的组合方法 215

6.2 GPS与INS硬件一体化组合 216

6.3 GPS与SINS软件组合方式 219

6.3.1 组合方案 220

6.3.2 双差相位观测值闭环校正组合方法 224

6.4 分布式滤波与全组合滤波 229

6.4.1 问题描述 229

6.4.2 全组合滤波法 230

6.4.3 分布式滤波法 231

6.4.4 应用示例——GPS/INS组合滤波器 232

6.5 INS用于周跳检测与模糊度参数修复 235

6.6 应用GPS速度信息提高惯性平台姿态精度 237

6.6.1 关于惯性平台 237

6.6.2 用GPS速度辅助提高惯性平台水平姿态精度 238

6.6.3 用卡尔曼滤波估计平台水平失准误差 240

第七章 组合系统的误差估计与质量控制 242

7.1 组合系统误差状态方程 242

7.1.1 误差状态模型 243

7.1.2 惯性坐标系（i）中的误差状态方程 245

7.1.3 地固坐标系（e）中的误差状态方程 248

7.1.4 当地水平坐标系（L）中的误差状态方程 252

7.1.5 组合系统中有关GPS的误差状态变量 256

7.2 组合系统误差估计与最优滤波的实现 257

7.2.1 SINS/GPS组合系统Kalman滤波算法的实现 258

7.2.2 一个数值稳定性高、快速高效的Kalman滤波算法 265

7.3 组合系统Kalman滤波器的可测性分析方法 271

7.4 组合系统的统计质量控制理论 275

7.4.2 SINS/GPS滤波器的质量控制方法 276

7.4.1 统计质量控制方法概述 276

7.4.3 SINS/GPS滤波器的可靠性分析 281

第八章 GPS/INS应用技术 284

8.1 测定三维运动轨迹及刚体运动参数 284

8.1.1 质点运动和刚体运动方程 284

8.1.2 刚体运动参数的测定 286

8.1.3 应用领域探讨 287

8.2 姿态信息测定 290

8.3.1 利用SINS数据提取局部曲率参数的原理及数学模型 292

8.3 运动轨迹局部曲率参数测定 292

8.3.2 应用领域探讨 298

8.4 扰动重力与垂线偏差测量 299

8.4.1 概述 299

8.4.2 状态空间法估计重力扰动矢量 301

8.4.3 SINS、GPS数据直接求差法估计重力扰动矢量 307

8.4.4 用GPS双差相位观测量直接计算载体运动加速度 311

8.4.5 SINS/GPS动态重力测量的分辨率和误差分析 316

8.5 相对大地水准面求定与GPS/INS水准方法 325

8.6 GPS/INS应用介绍 328

8.6.1 公路监测系统 328

8.6.2 地下油气管道监测 331

8.6.3 航天航空遥感 332

8.6.4 机载重力测量 333

8.6.5 矿井测量 335

8.6.6 激光断面测量 335

8.6.7 飞机进场着陆中的应用 337