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第1章 绪论 1

1.1 导航的概念及其分类 1

1.2 导航技术发展简史 2

1.2.1 天文导航 2

1.2.2 地基无线电导航 4

1.2.3 惯性导航 5

1.2.4 卫星导航 6

1.2.5 组合导航 7

1.3 现代导航技术发展趋势 7

思考题 9

第2章 常用坐标系与时间系统 10

2.1 地球的运动 10

2.1.1 基本概念 10

2.1.2 地球的不规则运动 11

2.2 协议天球坐标系与协议地球坐标系 13

2.2.1 天球坐标系及其转换关系 13

2.2.2 地球坐标系及其转换关系 16

2.3 常用卫星导航坐标系 19

2.4 其他常用坐标系 20

2.5 常用时间系统 22

2.5.1 世界时系统 22

2.5.2 原子时系统 24

2.5.3 频率误差与时钟误差 25

思考题 26

第3章 天文导航基本原理 27

3.1 地面天文导航 27

3.1.1 单星方位与天顶距测量定位 27

3.1.2 双星天顶距测量定位 28

3.1.3 恒星方位联测定向 29

3.2 几何法定位 30

3.2.1 主要测量值及其测量方程 30

3.2.2 近天体与恒星间角距测量定位 32

3.2.3 星光折射测量定位 33

3.3 动力学方法定轨 35

3.4 天体方位测量定姿 37

3.5 X射线脉冲星导航基本原理 38

3.5.1 X射线脉冲星导航的发展历程及其特点 38

3.5.2 X射线脉冲星定位基本原理 39

3.6 常用天文导航敏感器及设备 40

思考题 44

第4章 惯性导航基本原理 45

4.1 平台式惯性导航 45

4.2 单自由度陀螺 46

4.3 加速度计 49

4.4 捷联惯性导航 51

4.5 直线匀加速运动条件下的惯导误差简要分析 52

4.6 惯性器件测量误差模型 53

4.6.1 常值误差、与线加速度和角速度有关的误差 53

4.6.2 随机误差 54

4.6.3 测量误差建模小结 55

4.7 惯性器件及惯导系统 56

思考题 59

第5章 地基无线电导航基本原理 61

5.1 地基无线电水平定向 61

5.2 地基无线电水平定位 63

5.3 地基无线电空中定位 64

5.4 罗兰—C导航系统简介 65

思考题 66

第6章 卫星导航基本原理 67

6.1 卫星定位与授时 67

6.2 卫星定速 68

6.3 卫星定姿 68

6.4 双星定位 70

6.5 卫星导航系统简介 71

思考题 74

第7章 卫星导航信号及其测量原理 75

7.1 伪随机噪声码及测距原理 75

7.1.1 伪随机噪声码的特点及测距原理 75

7.1.2 二进制序列及其运算 76

7.1.3 m序列 78

7.1.4 m序列统计特性 80

7.1.5 GPS伪随机测距码 82

7.1.6 BDS伪随机测距码 83

7.2 导航电文 83

7.3 导航卫星信号结构 85

7.4 多普勒频移测量 86

7.5 载波相位测量 88

思考题 90

第8章 卫星导航方法及精度分析 92

8.1 依据广播星历计算卫星位置和速度 92

8.1.1 倾斜轨道卫星位置计算 92

8.1.2 倾斜轨道卫星速度计算 95

8.1.3 静止地球轨道卫星位置计算 96

8.1.4 静止地球轨道卫星速度计算 97

8.2 大气层传播延迟误差模型 98

8.2.1 电离层延迟误差 98

8.2.2 对流层延迟误差 99

8.3 伪距单点定位及精度分析 100

8.3.1 伪距测量方程及其求解方法 100

8.3.2 伪距单点定位精度分析 102

8.4 伪距变率单点定速及精度分析 103

8.4.1 伪距变率测量方程及其求解方法 103

8.4.2 伪距变率单点定速精度分析 104

8.5 位置与伪距差分定位 105

8.5.1 位置差分定位 105

8.5.2 伪距差分定位 106

8.6 速度与伪距变率差分定速 109

8.7 局域与广域差分定位系统 110

8.8 自主完好性监测 112

思考题 115

第9章 卫星导航精密相对定位 116

9.1 载波相位测量数学模型 116

9.1.1 载波相位测量方程 116

9.1.2 考虑电离层、对流层传播时延误差的载波相位测量方程 117

9.1.3 载波相位差分测量方程 119

9.2 载波相位双差相对定位及精度分析 120

9.3 载波相位双差整周模糊度求解 123

9.3.1 由伪距及载波相位求解模糊度浮点解 124

9.3.2 最小二乘降相关整周搜索 125

9.3.3 双频或多频载波相位双差整周模糊度求解 130

9.4 周跳探测与修复 131

9.4.1 周跳探测方法 131

9.4.2 周跳修复方法 134

思考题 134

第10章 机载捷联惯性／卫星组合导航 135

10.1 组合导航的必要性及其分类 135

10.2 机载捷联惯性／卫星组合导航系统总体方案 137

10.3 机载SINS动态初始粗对准 138

10.3.1 旋转四元数约束方程 138

10.3.2 旋转四元数约束方程的求解 140

10.4 MIMU测量误差模型 143

10.5 动力学模型及状态参数时间更新 143

10.5.1 状态微分方程 143

10.5.2 状态微分方程的积分 145

10.6 误差状态方程及误差状态时间更新 146

10.6.1 误差状态参数的选择 146

10.6.2 误差状态微分方程 147

10.6.3 误差状态离散方程及误差状态预报 148

10.7 GNSS测量方程及误差状态测量更新 149

10.7.1 GNSS测量方程 149

10.7.2 误差状态测量更新 150

10.7.3 状态补偿 150

10.8 试验结果 151

思考题 152

第11章 弹载平台惯性／星敏感器组合导航 153

11.1 应用背景及系统总体方案 153

11.2 纯惯性导航及导弹命中精度简要分析 153

11.3 平台惯性／星敏感器组合导航及导弹命中精度分析 154

11.4 最佳导航星方向及其获取方法 156

思考题 159

附录A 四元数与旋转变换 160

A.1 四元数定义 160

A.2 四元数运算法则 160

A.3 四元数运算规律 161

A.4 矩阵形式的四元数乘法 161

A.5 共轭四元数、单位四元数与倒数四元数 161

A.6 旋转四元数定律 162

A.7 坐标系旋转变换 163

A.8 旋转单位四元数微分方程 164

附录B 浮点残差二次型最小解与最小二乘解的等价性 166

附录C 陀螺仪白噪声随机过程的方差 170

C.1 白噪声连续随机过程的方差 170

C.2 离散化随机过程的方差 170

附录D 英文缩略词表 172

参考文献 174