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第1章 概论 1

1.1 导航卫星系统组成 1

1.1.1 空间星座部分 1

1.1.2 地面监控部分 2

1.1.3 用户设备部分 3

1.2 各国卫星导航系统概况 5

1.2.1 全球定位系统 5

1.2.2 欧盟“伽利略”系统 7

1.2.3 俄罗斯“格洛纳斯”系统 8

1.2.4 中国“北斗”卫星导航系统 9

1.3 卫星导航系统的应用 11

1.4 载体姿态测量方法 14

1.4.1 惯性测姿 15

1.4.2 基线矢量测姿 15

1.4.3 导航卫星的测姿 17

1.4.4 组合测姿 18

1.5 基于导航卫星的载体姿态测量应用 19

第2章 基于导航卫星的姿态测量基础知识 20

2.1 卫星信号和导航电文 20

2.2 卫星信号误差源分析 23

2.2.1 卫星信号源误差 23

2.2.2 卫星传播途径误差 24

2.2.3 卫星接收机误差 25

2.3 导航卫星观测方程 25

2.3.1 伪距测量的观测方程 26

2.3.2 载波相位测量的观测方程 27

2.3.3 观测方程的线性化 29

2.4 导航卫星定位方式 31

2.4.1 导航卫星定位方式分类 31

2.4.2 导航卫星载波相位相对定位 32

2.5 坐标系及其转换 36

2.5.1 常用的坐标系 36

2.5.2 常用坐标系之间的转换 38

2.6 载体姿态测量原理 40

2.6.1 单基线姿态测量原理 41

2.6.2 双基线姿态测量原理 43

2.7 天线配置 43

2.7.1 天线配置方法 44

2.7.2 天线配置方案对姿态的影响 45

2.8 姿态估计误差分析 47

2.8.1 姿态角估计方法分类 47

2.8.2 最小二乘估计偏差分析 47

2.9 基于载波双差方程的直接欧拉角解算方法 49

2.9.1 姿态测量观测方程建立 49

2.9.2 姿态解算模型建立 50

2.9.3 最小二乘估计姿态角 51

2.9.4 解算误差分析 52

第3章 载体姿态测量模糊度求解 54

3.1 整周模糊度求解常用方法 54

3.1.1 基于测量域的整周模糊度求解 55

3.1.2 基于观测域的整周模糊度求解 55

3.1.3 基于位置域的整周模糊度求解 55

3.1.4 基于模糊度空间的整周模糊度搜索 56

3.2 蚁群进化算法的整周模糊度求解 57

3.2.1 蚁群进化算法介绍 57

3.2.2 利用最小二乘估计法求整周模糊度浮点解 58

3.2.3 基于蚁群进化算法的搜索整周模糊度固定解 59

3.2.4 算法伪代码描述及实验结果 61

3.3 粒子群优化算法的整周模糊度逆向求解 65

3.3.1 粒子群优化算法介绍 66

3.3.2 粒子群优化算法搜索基线初始姿态角 66

3.3.3 逆向求解整周模糊度 68

3.3.4 粒子群优化算法描述及实验结果 69

3.4 模糊度检验 73

3.4.1 常用的模糊度检验法 73

3.4.2 基线航向角层次校验法 74

第4章 基于双频接收机的载体姿态测量 76

4.1 多频测量值组合 76

4.2 双频传统组合方式 79

4.3 双频解算方法 81

4.3.1 直接双频解算法 81

4.3.2 多频整周模糊度算法 83

4.3.3 “北斗”双频MTRC算法 84

4.3.4 “北斗”双频BFR-3DS2算法 87

4.3.5 LAMBDA算法和TCAR算法相结合 89

第5章 导航卫星与惯性导航组合的姿态测量 90

5.1 惯性导航系统概述 90

5.1.1 惯性传感器技术 91

5.1.2 惯导系统测姿原理 92

5.1.3 GNSS/INS姿态融合 93

5.2 捷联式惯导系统 94

5.2.1 捷联式惯导系统基本原理 95

5.2.2 捷联式导航姿态求解 96

5.2.3 系统误差方程建立 99

5.3 GNSS/INS组合导航数据处理 101

5.3.1 GNSS/INS松组合系统方法 101

5.3.2 GNSS/INS紧组合系统方法 103

5.3.3 GNSS/INS深组合 105

5.4 GNSS/INS组合导航误差分析及其改进措施 106

5.4.1 GNSS误差模型 106

5.4.2 INS误差模型 109

5.4.3 GNSS/INS接收机位置误差模型 113

5.4.4 利用INS加速度辅助GNSS信号跟踪 113

5.4.5 实时INS校准 115

第6章 卫星信号的获取及预处理 118

6.1 接收机数据格式 118

6.2 载体姿态测量所需的数据 119

6.3 数据预处理 124

6.3.1 数据粗差的剔除 124

6.3.2 基于小波变换的数据去噪 126

6.4 周跳探测与修复 128

6.4.1 周跳概述 128

6.4.2 常用周跳探测和修复法 132

6.4.3 基于序列学习的周跳探测与修复 136

第7章 嵌入式载体姿态测量系统的设计 141

7.1 系统总体设计 141

7.2 嵌入式硬件设计 142

7.2.1 惯性测姿模块 142

7.2.2 GPS测姿模块 143

7.2.3 处理器模块 144

7.2.4 数字倾角仪模块 147

7.2.5 串口通信模块 147

7.2.6 人机接口模块 149

7.2.7 电源模块 149

7.3 嵌入式软件设计 151

附录 GPS术语及定义 155

参考文献 176