高動態(tài)飛行器SINS/GPS超緊耦合導航技術
定 價：42 元
- 作者：趙欣
- 出版時間：2020/2/1
- ISBN：9787560655185
- 出 版 社：西安電子科技大學出版社
- 中圖法分類：V249.32
- 頁碼：168
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
高動態(tài)飛行器是當前各軍事強國競相發(fā)展的空天結合部新型飛行平臺，而SINS/GPS超緊耦合導航方式能夠很好地滿足此類高動態(tài)及強干擾等復雜條件下飛行器的應用需求，逐漸成為組合導航領域的一個研究熱點，必將成為慣導/衛(wèi)星組合系統(tǒng)的新一代設計模式。本書主要介紹了作者長期從事“組合導航技術”研究的科研項目成果，圍繞著高動態(tài)飛行器SINS/GPS超緊耦合導航系統(tǒng)的構建，詳細介紹了系統(tǒng)所涉及的幾項關鍵技術，即高動態(tài)捷聯(lián)慣導解算技術、高動態(tài)GPS衛(wèi)星信號快速捕獲技術、超緊耦合跟蹤技術、超緊耦合導航智能容錯濾波技術、超緊耦合導航系統(tǒng)在線故障檢測技術和組合導航信息融合算法品質評估技術，同時也融入了作者在該領域多年的研究心得及創(chuàng)新方法。
全書內容分四部分，共八章。第一部分包括第1章和第2章，主要介紹了SINS/GPS超緊耦合導航技術的原理及方法，重點對比分析并設計了可行的超緊耦合結構；第二部分由第3章組成，專門研究了高動態(tài)捷聯(lián)慣導解算算法；第三部分包括第4章和第5章，主要介紹了基于超緊耦合結構的高動態(tài)衛(wèi)星信號捕獲跟蹤技術；第四部分包括第6~8章，針對精度、可靠性及方法評估問題重點闡述了超緊耦合導航信息融合技術及方法，并給出了創(chuàng)新研究的成果。
本書內容翔實，專業(yè)性及針對性強，理論與實踐并重，適合作為航空航天、自動控制、武器系統(tǒng)工程、電子等領域從事組合導航專業(yè)的工程技術人員和科研院所人員的自學參考書，也可作為控制科學與工程學科的研究生教材或參考用書。
高動態(tài)臨近空間飛行器是當前各軍事強國競相發(fā)展的空天結合部新型飛行平臺，其可預見的戰(zhàn)略意義極其深遠，而高精度、高可靠性的導航技術則是制約此類飛行器實現(xiàn)遠距離作戰(zhàn)及其他飛行任務的關鍵環(huán)節(jié)之一。捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)(SINS)/全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)超緊耦合導航技術能夠很好地滿足高動態(tài)及強干擾等復雜條件下的飛行器應用需求，逐漸成為組合導航領域的研究熱點，必將成為慣導/衛(wèi)星組合系統(tǒng)的新一代設計模式。本書對高動態(tài)飛行器SINS/GPS超緊耦合導航關鍵技術進行了介紹，重點講述了高動態(tài)捷聯(lián)慣導解算技術、高動態(tài)GPS衛(wèi)星信號快速捕獲技術、超緊耦合跟蹤技術、超緊耦合導航智能容錯濾波技術、超緊耦合導航系統(tǒng)在線故障檢測技術、組合導航信息融合算法品質評估技術等六項關鍵技術。
第1章系統(tǒng)介紹了高動態(tài)飛行器SINS/GPS超緊耦合導航技術的概況，重點闡述了SINS/GPS超緊耦合技術的國內外研究動態(tài)及關鍵技術。
第2章對SINS/GPS超緊耦合結構進行了分析及設計，給出了不同的超緊耦合結構，并完成了建模研究，對各種結構的性能進行了綜合對比分析，在此基礎上設計了一種基于雙回路的超緊耦合結構，圍繞此結構指出并分析了本書所講述的關鍵問題。
第3章介紹了高動態(tài)捷聯(lián)慣導解算算法。針對高動態(tài)條件對捷聯(lián)解算引入的問題，本章在分析對比幾種姿態(tài)更新算法的基礎上，介紹了一種改進的等效旋轉矢量三子樣多回路迭代算法，通過低動態(tài)和高動態(tài)實驗對算法進行了分析驗證。
第4章介紹了高動態(tài)GPS衛(wèi)星信號快速捕獲算法。本章對典型的高動態(tài)衛(wèi)星信號捕獲算法進行了分類介紹，對比分析了算法的各自特點，針對具有提升潛力的基于FFT的捕獲算法，給出了一種快速捕獲算法；同時，進一步介紹了一種SINS輔助GPS信號快速重捕獲方法。
第5章介紹了基于抗差自適應CKF的超緊耦合跟蹤方法。本章首先建立了非線性跟蹤環(huán)路模型，然后介紹了容積卡爾曼濾波CKF算法的基本原理，并將其與典型的非線性UKF算法進行了對比分析；結合自適應技術講述了一種基于抗差自適應的CKF算法，以提高算法在復雜環(huán)境下的適應性能，并將其應用于超緊耦合跟蹤解算過程；利用SINS/GPS超緊耦合導航軟件接收系統(tǒng)平臺，對所設計的超緊耦合結構和提出的跟蹤方法進行了驗證分析。
第6章介紹了SINS/GPS超緊耦合導航智能容錯濾波方法。為解決模型不準確對引入信息融合算法的影響，本章講述了一種基于遺傳模糊控制的智能自適應容錯濾波算法，將模糊控制技術應用于濾波算法中�？紤]到傳統(tǒng)模糊推理系統(tǒng)中自學習能力不足的問題，應用遺傳算法對隸屬度函數(shù)進行了優(yōu)化，建立了更為精確的模糊推理模型，提高了導航系統(tǒng)的定位解算精度和容錯性能。
第7章介紹了SINS/GPS超緊耦合導航系統(tǒng)在線故障檢測方法。為解決高動態(tài)飛行器超緊耦合導航系統(tǒng)的在線故障檢測問題，本章介紹了基于非解析模型的故障檢測技術以及一種基于信度規(guī)則庫(BRB)的導航系統(tǒng)故障檢測方法；考慮到系統(tǒng)實時性的要求，提出了基于期望最大化(EM)算法，推導了BRB系統(tǒng)的參數(shù)在線估計算法，并給出了參數(shù)更新的遞推表達式；同時，為充分利用有用信息，保證系統(tǒng)的導航精度，設計了故障處理及重構方案；利用SINS/GPS超緊耦合導航軟件接收系統(tǒng)平臺，驗證了在線故障檢測方法的有效性。
第8章介紹了組合導航信息融合算法的品質評估方法。本章首先對組合導航信息融合算法的品質性能進行了綜合分析，基于此給出了一套品質指標體系及其定義與表征；然后講述了模糊綜合評判技術，介紹了模糊綜合評判模型，用以評估算法的品質；基于所建立的SINS/GPS超緊耦合導航軟件接收系統(tǒng)，進一步搭建了SINS/GPS超緊耦合系統(tǒng)仿真評估平臺，對三種信息融合算法進行了評估實驗分析。
本書編寫人員有趙欣、何兵、秦偉偉、劉剛。第1章由趙欣、劉剛撰寫，第2章由趙欣、何兵撰寫，第3章由趙欣、秦偉偉撰寫，第4~6章由趙欣撰寫，第7章由趙欣、秦偉偉撰寫，第8章由何兵撰寫，全書由趙欣統(tǒng)稿。需著重指出的是，在本書的撰寫過程中，要特別感謝火箭軍工程大學王仕成教授的支持，部分工作是在王仕成教授的指導下完成的，在此對王教授致以衷心的感謝。此外，本書的部分研究工作得到了國家自然科學基金項目“高超聲速飛行器超緊耦合自主可靠導航方法研究”〔批準號：61503393〕的資助。
本書是作者近年來研究成果的總結，正文最后列出的參考文獻為本書的基本內容提供了素材，并被部分引用，在此，謹向相關作者表示感謝。由于作者水平有限，書中疏漏和不妥之處在所難免，懇請專家和讀者不吝賜教。
第1章 高動態(tài)飛行器SINS/GPS超緊耦合導航技術概述 1
1.1 超緊耦合導航技術的產生背景及意義 1
1.2 SINS/GPS超緊耦合導航技術的國內外研究現(xiàn)狀 3
1.2.1 SINS/GPS超緊耦合技術研究動態(tài) 3
1.2.2 高動態(tài)SINS/GPS超緊耦合關鍵技術研究分析 8
第2章 SINS/GPS超緊耦合結構分析及設計 14
2.1 SINS/GPS集中式超緊耦合結構及建模 14
2.1.1 集中式超緊耦合結構 14
2.1.2 SINS和GPS子系統(tǒng)誤差模型 15
2.1.3 SINS/GPS集中式超緊耦合導航系統(tǒng)模型建立 17
2.2 SINS/GPS級聯(lián)式超緊耦合結構及建模 21
2.2.1 基于辨識器的SINS/GPS超緊耦合結構及模型 21
2.2.2 基于ERC的SINS/GPS超緊耦合結構及模型 24
2.2.3 基于預濾波器的SINS/GPS超緊耦合結構及模型 26
2.3 超緊耦合結構性能對比分析 29
2.4 基于雙回路的SINS/GPS級聯(lián)式超緊耦合結構設計 31
2.5 關鍵問題 34
第3章 高動態(tài)捷聯(lián)慣導解算算法 37
3.1 捷聯(lián)解算基本過程 37
3.2 捷聯(lián)慣導系統(tǒng)姿態(tài)解算算法 38
3.2.1 姿態(tài)更新算法對比 38
3.2.2 等效旋轉矢量法 39
3.3 等效旋轉矢量三子樣多回路迭代算法 39
3.4 算法性能分析 42
3.5 捷聯(lián)解算仿真實驗 43
3.5.1 低動態(tài)實驗 43
3.5.2 高動態(tài)仿真實驗 44
第4章 高動態(tài)GPS衛(wèi)星信號快速捕獲算法 46
4.1 典型GPS信號捕獲算法對比分析 46
4.1.1 典型高動態(tài)GPS衛(wèi)星信號捕獲算法基本原理 46
4.1.2 典型高動態(tài)GPS衛(wèi)星信號捕獲算法對比分析 48
4.2 高動態(tài)GPS信號快速捕獲算法 49
4.2.1 快速捕獲算法基本步驟 49
4.2.2 快速捕獲算法的性能分析 52
4.3 SINS輔助GPS信號快速重捕獲方法 53
4.4 快速捕獲算法仿真實驗 55
4.4.1 基于實測中頻信號的捕獲實驗 55
4.4.2 基于高動態(tài)中頻信號的捕獲實驗 56
第5章 基于抗差自適應CKF的超緊耦合跟蹤方法 59
5.1 非線性跟蹤環(huán)路建模 59
5.2 容積CKF算法 61
5.2.1 容積規(guī)則 61
5.2.2 CKF算法基本流程 62
5.3 CKF與UKF性能對比分析 65
5.4 抗差自適應CKF 66
5.5 SINS/GPS超緊耦合跟蹤性能仿真實驗 70
5.5.1 基于數(shù)字仿真器的弱信號場景實驗 70
5.5.2 基于衛(wèi)星信號模擬器的高動態(tài)場景實驗 78
第6章 SINS/GPS超緊耦合導航智能容錯濾波方法 83
6.1 模糊理論基礎 83
6.2 基于遺傳模糊控制的智能自適應容錯濾波算法 84
6.2.1 模糊自適應容錯擴展卡爾曼濾波 84
6.2.2 遺傳模糊控制系統(tǒng) 86
6.3 超緊耦合導航濾波器狀態(tài)空間模型 88
6.4 超緊耦合導航智能容錯濾波解算實驗 89
6.4.1 實驗條件設置 89
6.4.2 實驗結果及分析 91
第7章 SINS/GPS超緊耦合導航系統(tǒng)在線故障檢測方法 96
7.1 基于BRB的超緊耦合導航系統(tǒng)在線故障檢測 97
7.1.1 BRB基本方法 97
7.1.2 基于BRB的導航系統(tǒng)故障檢測模型 99
7.1.3 故障檢測模型的參數(shù)更新遞推算法 102
7.2 故障處理及重構方法 108
7.3 導航系統(tǒng)故障檢測實驗 108
7.3.1 實驗方案及條件設置 108
7.3.2 實驗結果及分析 109
第8章 組合導航信息融合算法品質評估方法 115
8.1 品質指標體系建立 115
8.1.1 信息融合算法品質性能分析 115
8.1.2 指標體系的定義及表征 117
8.2 基于模糊綜合評判法的融合算法品質評估方法 127
8.2.1 模糊綜合評判法分析 127
8.2.2 模糊綜合評判模型 128
8.3 SINS/GPS超緊耦合系統(tǒng)仿真平臺 131
8.4 實驗分析 132
8.4.1 實驗設置 132
8.4.2 性能指標計算及分析 133
8.4.3 算法品質綜合性能評估結果及分析 134
附錄A 預濾波器量測噪聲方差陣R陣的推導證明 139
附錄B 表達式β^j/Sa的計算 140
參考文獻 142
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