第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 SINS/GPS组合的优越性 2
1.3 SINS/GPS不同组合模式的基本原理与特点 4
1.3.1 SINS/GPS松组合模式 4
1.3.2 SINS/GPS紧组合模式 4
1.3.3 SINS/GPS超紧组合模式 5
1.3.4 SINS/GPS深组合模式 6
1.3.5 SINS/GPS不同组合模式的特性 6
1.4 组合导航系统中卡尔曼滤波器的总体结构 8
1.5 SINS/GPS组合技术的应用前景和发展方向 8
第2章 GPS基本原理与信号源模拟器设计方法 10
2.1 全球定位系统的组成 10
2.2 GPS信号的结构 12
2.2.1 GPS信号的构成 12
2.2.2 本地C/A码生成 13
2.2.3 GPS C/A码信号的特性 14
2.2.4 GPS导航电文 15
2.3 GPS信号功率 16
2.4 GPS定位基本原理 17
2.4.1 GPS绝对定位原理 17
2.4.2 差分GPS定位原理 20
2.5 GPS卫星瞬时位置和速度计算 23
2.5.1 坐标系的定义 24
2.5.2 卫星位置的计算 24
2.5.3 卫星速度的计算 26
2.6 GPS定位系统误差 28
2.7 GPS接收机射频前端 34
2.8 GPS信号源模拟器 36
2.8.1 主要功能 36
2.8.2 GPS信号源模拟器的结构 36
2.8.3 GPS中频信号的数学模型 39
2.8.4 GPS中频信号模拟方案 41
2.8.5 GPS中频信号模拟参数计算 42
2.8.6 导航星模拟器 43
2.8.7 前端滤波器模拟与信号仿真实现 46
第3章 GPS软件接收机设计理论与方法 50
3.1 GPS软件接收机的特点与结构 50
3.1.1 软件接收机的特点 50
3.1.2 软件接收机的结构 51
3.1.3 GPS软件接收机关键组成环节的功能 52
3.2 GPS信号捕获 53
3.2.1 循环相关粗捕获方法 53
3.2.2 基于相位估计的精细捕获方法 54
3.2.3 SINS辅助GPS捕获方法 55
3.3 GPS信号跟踪 55
3.3.1 C/A码跟踪环路 55
3.3.2 载波跟踪环路 57
3.3.3 载波辅助码跟踪环 57
3.4 载噪比估计和锁定检测器 58
3.5 信号解码及观测信息提取 59
3.6 导航定位解算 60
3.6.1 基于多普勒频移观测值的伪距平滑 60
3.6.2 最小二乘PVT解算 60
3.7 GPS软件接收机工作流程与性能测试 61
3.7.1 工作流程 61
3.7.2 性能测试 62
第4章 GPS接收机跟踪环路设计方法 67
4.1 GPS接收机跟踪环路 67
4.1.1 锁相环 67
4.1.2 锁频环 71
4.2 跟踪环路性能门限 72
4.2.1 锁相环跟踪门限 72
4.2.2 码跟踪环跟踪门限 73
4.2.3 锁频环跟踪门限 73
4.3 干扰环境下GPS信号等效载噪比 74
4.4 跟踪环路优化方案 75
4.4.1 热噪声颤动 75
4.4.2 动态应力误差 76
4.4.3 最优跟踪环路方案 79
4.4.4 性能验证 81
4.5 自适应载波跟踪环路设计 85
4.5.1 高动态GPS载波信号跟踪 86
4.5.2 基于UKF的载波跟踪环路 88
4.5.3 自适应UKF载波跟踪方案 89
4.5.4 性能验证 93
第5章 捷联惯导系统基本原理及仿真器设计方法 99
5.1 SINS基本工作原理 99
5.2 惯性器件误差补偿原理 100
5.3 捷联惯导系统的力学编排 101
5.3.1 姿态方程 101
5.3.2 导航位置方程 107
5.3.3 捷联惯导系统力学编排方框图 110
5.4 SINS仿真器设计 110
5.4.1 轨迹发生器 110
5.4.2 惯性器件仿真器 115
5.4.3 导航解算 117
5.4.4 误差处理器 121
第6章 SINS/GPS松、紧组合系统设计理论与方法 122
6.1 SINS/GPS松、紧组合原理 122
6.1.1 松组合 122
6.1.2 紧组合 123
6.2 卡尔曼滤波原理 124
6.3 SINS/GPS松、紧组合滤波器的设计 126
6.3.1 状态方程 126
6.3.2 量测方程 130
6.3.3 方程离散化 133
6.3.4 卡尔曼滤波流程 134
6.4 性能仿真验证 134
6.4.1 仿真条件 134
6.4.2 验证结果 135
第7章 SINS辅助GPS捕获技术 139
7.1 GPS接收信号模型 139
7.2 GPS信号捕获原理 140
7.3 GPS信号捕获性能指标 141
7.3.1 检测概率和虚警概率 141
7.3.2 捕获灵敏度及捕获时间 141
7.4 GPS信号捕获算法性能分析 142
7.4.1 相干捕获 142
7.4.2 非相干捕获 151
7.4.3 差分相干捕获 153
7.5 SINS辅助GPS信号捕获方法 155
7.5.1 SINS辅助GPS捕获方案 155
7.5.2 SINS辅助GPS信号粗捕获 156
7.5.3 SINS辅助GPS信号精捕获 158
7.6 SINS辅助GPS信号捕获性能分析 161
7.6.1 计算量 161
7.6.2 捕获时间 162
7.6.3 辅助信息不确定度 163
7.7 性能仿真验证 165
7.7.1 仿真条件 165
7.7.2 验证结果 165
第8章 SINS辅助GPS信号跟踪技术 169
8.1 SINS/GPS超紧组合导航系统的结构 169
8.2 SINS/GPS超紧组合导航系统的实现方案 170
8.3 SINS/GPS超紧组合导航系统信号跟踪方法 172
8.3.1 SINS辅助载波环跟踪方法 172
8.3.2 SINS辅助码环的实现方法 175
8.4 SINS辅助GPS接收机跟踪性能分析 177
8.4.1 跟踪环路的结构 177
8.4.2 SINS辅助跟踪环路的等效带宽 178
8.4.3 SINS辅助环路的跟踪性能 180
8.4.4 SINS辅助环路的抗干扰能力 181
8.5 SINS/GPS超紧组合导航系统数学模型的建立 186
8.5.1 超紧组合系统状态方程 186
8.5.2 超紧组合系统量测方程 189
8.5.3 性能仿真验证 189
8.6 SINS辅助GPS高灵敏度频域跟踪方法 196
8.6.1 基于FFT的频域载波跟踪 196
8.6.2 SINS辅助GPS高灵敏度频域载波跟踪方法 197
8.6.3 仿真测试及性能验证 203
第9章 SINS辅助GPS抗干扰技术 207
9.1 GPS干扰信号及抗干扰技术 207
9.1.1 典型GPS干扰信号 207
9.1.2 GPS干扰抑制技术 208
9.2 基于自适应调零天线的干扰抑制技术 210
9.2.1 自适应天线阵的基本结构 210
9.2.2 接收信号模型 210
9.2.3 天线阵列方向图 211
9.2.4 功率倒置算法 213
9.2.5 仿真结果分析 214
9.3 基于子空间投影的空时二维滤波 216
9.3.1 空时联合处理技术原理 216
9.3.2 子空间投影滤波 218
9.3.3 仿真结果分析 218
9.4 基于时频分析的干扰抑制算法 221
9.4.1 LFM干扰信号模型 222
9.4.2 基于时频分析的参数估计 223
9.4.3 仿真结果分析 223
9.5 SINS/GPS超紧组合系统误差建模与环路带宽优化设计 227
9.5.1 SINS辅助跟踪环路误差建模 227
9.5.2 SINS辅助跟踪环路带宽优化设计 233
9.6 基于阵列天线的抗干扰SINS/GPS超紧组合方案 236
9.6.1 干扰检测 236
9.6.2 基于特征分析的功率倒置算法 237
9.6.3 GPS信号导向矢量估计 239
9.6.4 系统抗干扰性能测试 239
第10章 基于低等级IMU的SINS/GPS超紧组合系统方案设计 241
10.1 误差相关性分析 241
10.2 基于误差解相关方法的SINS/GPS超紧组合系统设计 242
10.2.1 伪距率误差解相关方法 243
10.2.2 伪距误差解相关方法 245
10.2.3 组合滤波器模型 245
10.3 基于低等级IMU的SINS/GPS超紧组合系统方案 247
10.4 系统性能验证 248
10.4.1 仿真环境和参数设置 248
10.4.2 高动态环境 249
10.4.3 强干扰环境 251
第11章 SINS/GPS超紧组合系统完好性监测算法 254
11.1 基于最小二乘残差的RAIM算法 254
11.1.1 最小二乘残差检测原理 254
11.1.2 故障检测可用性分析 256
11.1.3 单星故障隔离 257
11.2 SINS/GPS超紧组合系统的RAIM算法 259
11.2.1 层次滤波器结构 259
11.2.2 故障检测与隔离算法 261
11.2.3 可用性分析 262
11.3 算法验证 262
第12章 基于矢量跟踪的SINS/GPS深组合系统技术 267
12.1 卫星信号的标量跟踪与矢量跟踪 267
12.1.1 标量跟踪结构 267
12.1.2 矢量跟踪结构 267
12.1.3 矢量跟踪算法 269
12.2 深组合数据处理方法 270
12.3 SINS/GPS相干深组合模型与结构 273
12.3.1 SINS和GPS伪距／伪距率的关系 273
12.3.2 相关输出与位置／速度的关系 275
12.3.3 SINS/GPS集中式相干深组合 277
12.3.4 SINS/GPS分布式相干深组合 278
12.4 SINS/GPS非相干深组合建模与设计 279
12.4.1 信号矢量跟踪环节 280
12.4.2 组合导航处理器 283
12.5 深组合系统性能验证 286
12.5.1 仿真条件 286
12.5.2 验证结果 286
12.6 SINS/GPS深组合低载噪比自适应矢量跟踪算法设计 290
12.6.1 自适应矢量跟踪结构设计 290
12.6.2 自适应矢量跟踪算法 291
12.6.3 性能仿真验证 293
参考文献 298