北京航空航天大學(xué)-先進(jìn)綜合導(dǎo)航(復(fù)習(xí)資料)

第1章概述什么是導(dǎo)航？導(dǎo)航就是安全有效的從一個(gè)地點(diǎn)到達(dá)另一個(gè)地點(diǎn).“導(dǎo)航”指的是采用定位手段和控制方法確定運(yùn)動(dòng)載體當(dāng)前位置和目標(biāo)位置，并參照地理和環(huán)境信息引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)載體沿著合理的航線，抵達(dá)目的地的過程。簡(jiǎn)言之，導(dǎo)航就是引導(dǎo)航行。為什么需要導(dǎo)航？定位是人類社會(huì)活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、軍事活動(dòng)的重要支撐。高精度定位是地球科學(xué)研究的基礎(chǔ)，內(nèi)部地球物理、地殼運(yùn)動(dòng)、海洋活動(dòng)、地震等都需要毫米級(jí)精度的定位；邊界劃分、土地測(cè)量、工程建設(shè)等需要厘米甚至毫米級(jí)精度的定位。日常生活中人們更需要連續(xù)實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位。行人在陌生的城市、森林和無垠的沙漠戈壁需要導(dǎo)航、定位和定向，車輛行進(jìn)在陌生的道路和城市需要參照、需要導(dǎo)航，艦船航行在浩瀚的海洋需要標(biāo)志和定向指引，飛行器遨游太空也需要導(dǎo)航定位。1、個(gè)人位置服務(wù)當(dāng)你進(jìn)入不熟悉的地方時(shí)，你可以使用裝有北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片的手機(jī)或車載衛(wèi)星導(dǎo)航裝置找到你要走的路線。2、氣象應(yīng)用北斗導(dǎo)航衛(wèi)星氣象應(yīng)用的開展，可以促進(jìn)中國(guó)天氣分析和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣候變化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，也可以提高空間天氣預(yù)警業(yè)務(wù)水平，提升中國(guó)氣象防災(zāi)減災(zāi)的能力。3、道路交通管理衛(wèi)星導(dǎo)航將有利于減緩交通阻塞，提升道路交通管理水平。通過在車輛上安裝衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)和數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)，車輛的位置信息就能在幾秒鐘內(nèi)自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)到中心站。4、鐵路智能交通衛(wèi)星導(dǎo)航將促進(jìn)傳統(tǒng)運(yùn)輸方式實(shí)現(xiàn)升級(jí)與轉(zhuǎn)型。5、海運(yùn)和水運(yùn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將在任何天氣條件下，為水上航行船舶提供導(dǎo)航定位和安全保障。同時(shí)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特有的短報(bào)文通信功能將支持各種新型服務(wù)的開發(fā)。6、航空運(yùn)輸通過將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的有效結(jié)合，將為航空運(yùn)輸提供更多的安全保障。7、應(yīng)急救援北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除導(dǎo)航定位外，還具備短報(bào)文通信功能，通過衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備可及時(shí)報(bào)告所處位置和受災(zāi)情況，有效縮短救援搜尋時(shí)間，提高搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)效，大大減少人民生命財(cái)產(chǎn)損失?，F(xiàn)代主要導(dǎo)航系統(tǒng)INS：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)CNS：天文導(dǎo)航系統(tǒng)TAN：地形輔助導(dǎo)航RNS：無線電導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS：全球?qū)Ш较到y(tǒng)新導(dǎo)航定位技術(shù)典型的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)1.測(cè)距系統(tǒng)2.伏爾(VOR)導(dǎo)航系統(tǒng)3.多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)4.聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)JTIDS5.全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用（1）陸地應(yīng)用，主要包括車輛導(dǎo)航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測(cè)、地球物理資源勘探、工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、市政規(guī)劃控制等；（2）海洋應(yīng)用，包括遠(yuǎn)洋船最佳航程航線測(cè)定、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測(cè)量以及海洋平臺(tái)定位、海平面升降監(jiān)測(cè)等；（3）航空航天應(yīng)用，包括飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援和載人航天器防護(hù)探測(cè)等。導(dǎo)航定位歷史中國(guó)古代人早已采用目視法觀測(cè)北斗星進(jìn)行定向，大約在公元前2697年，黃帝和炎帝聯(lián)軍與蚩尤戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，已經(jīng)發(fā)明了指南車。公元27-97年間，發(fā)明了地磁指南針，也稱為“司南”，即利用地磁場(chǎng)南北極屬性，將兩極磁體做成羅盤，羅盤的指針能給出任一方向的方位或角度值（南北極除外）。我國(guó)古代指南針為我國(guó)與世界交流作出了重要貢獻(xiàn)，無論是秦漢時(shí)期中國(guó)與朝鮮和日本的海上往來，隋唐五代中國(guó)與阿拉伯各國(guó)之間的貿(mào)易往來，宋代航行在南太平洋和印度洋航線上的大量中國(guó)商船隊(duì)，還是明代初期航海家鄭和“七下西洋”，指南針都發(fā)揮了重要作用。具有科學(xué)意義的物理定位始于牛頓建立的力學(xué)原理。1852年，傅科根據(jù)牛頓力學(xué)原理制成供姿態(tài)測(cè)量用的陀螺儀，1906年安休茲制成陀螺方向儀，1907年又制成陀螺羅盤。1923年舒拉擺原理的建立為慣導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)，1954年慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在飛機(jī)上試飛成功。之后，液浮陀螺、撓性陀螺、激光陀螺、光纖陀螺以及捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。第2章組合導(dǎo)航基本原理為什么進(jìn)行組合導(dǎo)航每種導(dǎo)航系統(tǒng)都有各自的獨(dú)特性能和局限性。把幾種不同的系統(tǒng)組合在一起，就能利用多種信息源，互相補(bǔ)充，構(gòu)成一種有冗余度和導(dǎo)航準(zhǔn)確度更高的多功能系統(tǒng)。組合導(dǎo)航的定義將慣性導(dǎo)航、無線電導(dǎo)航、天文導(dǎo)航或衛(wèi)星導(dǎo)航等多種或兩種系統(tǒng)組合在一起，形成的一種綜合導(dǎo)航系統(tǒng)，稱之為組合導(dǎo)航系統(tǒng)。為什么以慣導(dǎo)作為主導(dǎo)航系統(tǒng)組合導(dǎo)航的幾種方式及優(yōu)缺點(diǎn)組合導(dǎo)航的基本要求組合導(dǎo)航的組合方式組合導(dǎo)航的組合方式--組合特點(diǎn)組合導(dǎo)航的組合方式—性能對(duì)比組合導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)組合導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)--誤差建模組合導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)--信息融合組合導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)—容錯(cuò)技術(shù)第3章GNSS基本原理和誤差模型GNSS誤差分析GNSS誤差建模第4章INS的原理及誤差模型慣導(dǎo)的組成比力方程穩(wěn)定平臺(tái)的作用不同參考坐標(biāo)系統(tǒng)定義和轉(zhuǎn)換方法坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換INS系統(tǒng)捷聯(lián)式慣導(dǎo)和平臺(tái)式慣導(dǎo)INS系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)的必要性慣導(dǎo)系統(tǒng)在進(jìn)入導(dǎo)航工作狀態(tài)之前都需要建立初始基準(zhǔn)，如控制平臺(tái)旋轉(zhuǎn)使得平臺(tái)坐標(biāo)系與導(dǎo)航坐標(biāo)系重合，這種建立初始基準(zhǔn)的過程稱為慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)。捷聯(lián)慣性*系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)的目的是建立捷聯(lián)矩陣的初始值.慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差源慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差模型第5章組合導(dǎo)航信息融合方法組合導(dǎo)航常用的融合方法卡爾曼濾波方程卡爾曼濾波對(duì)噪聲的要求新息的物理意義第6章組合導(dǎo)航方式、方法和濾波器設(shè)計(jì)組合導(dǎo)航的松組合和緊組合核心方程和狀態(tài)（變量）選擇觀測(cè)方程濾波處