捷联惯导和GPS紧组合及系统误差补偿技术

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 全球定位系统的基本原理与误差特性 1
1.1.1 GPS定位的基本要素 1
1.1.2 GPS定位的方法 2
1.1.3 GPS的误差源和误差特性 5
1.2 捷联惯导系统的基本原理与误差特性 9
1.2.1 捷联惯导的算法 9
1.2.2 捷联解算中的坐标系 11
1.2.3 捷联惯导的误差源和误差特性 12
1.3 GPS和捷联惯导组合导航系统的原理与研究现状 15
1.3.1 GPS和捷联惯导的互补特性 15
1.3.2 GPS和捷联惯导进行组合的数学工具 16
1.3.3 GPS和捷联惯导组合导航系统的研究现状 17
第2章 载波相位时间差分的分析及其在导航中的应用研究 20
2.1 载波相位的特点及载波相位时间差分的概念与分析 20
2.1.1 GPS伪距和载波相位的误差分析与比较 20
2.1.2 载波相位在导航中应用的条件分析 22
2.1.3 载波相位时间差分的概念与性能分析 23
2.2 载波相位时间差分的观测方程推导与分析 24
2.2.1 载波相位时间差分的观测方程推导 25
2.2.2 周跳对载波相位时间差分观测量的影响及其处理方法探讨 27
2.3 由载波相位时间差分解算精密速度的试验研究 28
2.3.1 基于载波相位时间差分的精密速度解算方法 28
2.3.2 由载波相位时间差分解算的精密速度的误差分析 30
2.3.3 由载波相位时间差分解算精密速度的试验研究 32
2.4 载波相位时间差分和捷联惯导的紧组合导航系统的试验研究 34
2.4.1 载波相位时间差分和捷联惯导紧组合导航系统的方案设计 35
2.4.2 载波相位时间差分和捷联惯导紧组合导航系统的试验结果 36
2.4.3 载波相位时间差分和捷联惯导组合的优势及问题分析 38
第3章 基于载波相位时间差分、伪距和捷联惯导的组合导航新方案设计与实现 40
3.1 实现载波相位时间差分、伪距和捷联惯导组合的数学工具探讨 40
3.1.1 双速卡尔曼滤波 42
3.1.2 双速卡尔曼滤波的优点 44
3.2 载波相位时间差分、伪距和捷联惯导组合导航系统的方案设计 44
3.2.1 基于双速卡尔曼滤波的系统组合方案设计 45
3.2.2 系统组合方案设计中待解决的问题探讨 46
3.3 误差方程推导的扰动分析方法研究 47
3.3.1 坐标变换矩阵的扰动规律 47
3.3.2 矢量的扰动规律 49
3.3.3 标量的扰动规律 49
3.4 基于惯导误差方程的双速卡尔曼滤波系统方程推导 49
3.4.1 惯导误差方程的概述及讨论 50
3.4.2 惯性传感器的测量误差建模 51
3.4.3 重力误差建模 52
3.4.4 GPS天线相位中心和捷联惯导间的杆臂误差建模 53
3.4.5 双速卡尔曼滤波系统方程的状态空间表达式 53
3.5 基于载波相位时间差分的高速卡尔曼滤波测量方程推导 55
3.5.1 载波相位时间差分的观测方程的矩阵表达式推导 55
3.5.2 载波相位时间差分的观测方程的扰动分析 56
3.5.3 高速卡尔曼滤波测量方程的状态空间表达式 60
3.6 基于伪距的低速卡尔曼滤波测量方程推导 60
3.6.1 经过误差补偿的伪距观测方程 61
3.6.2 伪距观测方程的扰动分析 61
3.6.3 低速卡尔曼滤波测量方程的状态空间表达式 63
第4章 GPS辅助的惯性传感器随机误差的在线补偿理论与试验研究 64
4.1 惯性传感器中随机误差的建模方法研究 64
4.1.1 惯性传感器中随机误差建模的传统方法讨论 64
4.1.2 惯性传感器中随机误差的辨识方法探讨 66
4.1.3 惯性传感器中随机误差建模的新方法 68
4.2 惯性传感器中有色噪声的随机微分方程描述 70
4.2.1 推导有色噪声的随机微分方程描述的一般步骤 70
4.2.2 零偏不稳定性的随机微分方程描述推导 72
4.2.3 随机游走的随机微分方程描述推导 72
4.2.4 斜坡误差的随机微分方程描述推导 73
4.3 惯性传感器中有色噪声的等价建模理论研究 74
4.3.1 随机微分方程的等价性定理及其证明 74
4.3.2 惯性传感器中多种有色噪声的等价模型推导 76
4.4 GPS辅助的惯性传感器随机误差的在线补偿方法研究 78
4.4.1 在组合导航中补偿惯性传感器随机误差的可行性分析 78
4.4.2 惯性传感器随机误差在线补偿的总体方案设计 80
4.4.3 惯性传感器中白噪声的处理方法探讨 82
4.4.4 惯性传感器中量化噪声的处理方法研究 83
4.4.5 惯性传感器中有色噪声的补偿方法研究 86
4.5 GPS辅助的惯性传感器随机误差的在线补偿试验研究 89
4.5.1 试验测试的方法与步骤 89
4.5.2 惯性传感器随机误差参数的确定 90
4.5.3 惯性传感器中随机误差的处理与建模 91
4.5.4 动态测试的结果与分析 91
本章附录 93
附录一 引理A的证明 93
附录二 引理B的证明 96
附录三 等价性定理的证明 97
第5章 GPS辅助的捷联惯导动基座初始对准新方法及试验研究 98
5.1 捷联惯导动基座初始对准技术概述 98
5.1.1 捷联惯导动基座初始对准的基本特点 98
5.1.2 本章待研究的两个问题 99
5.2 捷联惯导大航向误差条件下的动基座初始对准方法研究 100
5.2.1 大航向误差条件下动基座初始对准的一种经典方法分析 100
5.2.2 大航向误差条件下一种新的动基座粗对准方法研究 102
5.2.3 动基座精对准方法研究 107
5.2.4 动基座初始对准的卡尔曼滤波校正方法探讨 108
5.2.5 大航向误差条件下动基座初始对准的试验结果 109
5.3 载波相位时间差分辅助的捷联惯导动基座初始对准方法研究 111
5.3.1 载波相位时间差分辅助的动基座初始对准方案设计 111
5.3.2 载波相位时间差分辅助的动基座初始对准试验结果 114
本章附录 116
第6章 车载导航试验及分析 119
6.1 车载导航试验的设备、目标与方案 119
6.1.1 车载导航试验的试验设备 119
6.1.2 车载导航试验的目标与方案 120
6.2 车载导航系统的导航性能评估方法 123
6.2.1 评估车载导航系统性能的导航参考量 123
6.2.2 车载导航系统的滑行能力评估 123
6.2.3 车载导航系统的导航精度评估 124
6.3 导航参考量缺失情况下的导航误差拟合 124
6.3.1 导航误差拟合的方法 125
6.3.2 导航误差拟合精度的试验验证 126
6.4 车载导航系统的滑行能力分析与比较 128
6.4.1 车载导航系统滑行能力的半仿真试验分析 128
6.4.2 车载导航系统滑行能力的现场试验分析 131
6.4.3 试验结论及分析 135
6.5 车载导航系统的导航精度与误差分析 136
6.5.1 车载导航试验的静态试验结果 136
6.5.2 良性GPS观测环境下的动态试验结果 142
6.5.3 恶劣GPS观测环境下的动态试验结果 148
6.5.4 试验结论及分析 154
参考文献 156