全源定位、导航与授时

本书系统介绍了全源定位导航与授时及其相关技术。全书共15章，第1~4章介绍了全源定位导航与授时相关基础知识，包括导航中的基本模型与算法、基于传播与测量的方法等；第5~8章详细介绍了全源定位导航与授时的计算方法，包括全源PNT的解决方案、时钟、轨道计算和姿态确定；第9~12章介绍了四种定位导航方式，包括地形参考导航、现代天文导航、基于图像和视觉的导航、重力异常与磁异常参考的导航；第13~15章介绍了两种PNT技术和PNT系统的实时系统和软件开发方法。

第1章 引言与概述 1.1 全源定位导航与授时的原因 1.2 互补PNT技术和全源PNT 1.3 通用全源PNT架构 1.4 本书结构 参考文献 第2章 基础 2.1 引言 2.2 坐标系 2.3 姿态与坐标变换的数学表示 2.3.1 三种常用的姿态表述 2.3.2 内部与相关向量积符号 2.3.3 DCM 2.3.4 欧拉角 2.3.5 绕任意轴旋转 2.3.6 四元数 2.4 ECI系修正 2.4.1 地轴旋转岁差 2.4.2 地球转动轴章动 2.4.3 标准J2000 ECI到真实日期ECI的转换 2.5 地球模型、地球重力场模型、地球磁场模型 2.5.1 地球模型 2.5.2 地球引力模型和世界磁模型 2.5.3 大地测量位置转化为ECEF位置 2.5.4 ECEF转换为大地测量位置 2.5.5 基于精确方程的ECEF与大地测量转换算法 2.5.6地球重力场模型 2.5.7 地磁场模型 2.6 卡尔曼滤波及其变化 2.6.1 卡尔曼滤波 2.6.2 扩展卡尔曼滤波（EKF） 2.6.3 通用传播预测校正架构和UKF粒子滤波 2.6.4卡尔曼滤波应用中的实际问题 参考文献 第3章 各种基于传播的解决方法 3.1 常数和近似常数参数的传播模型 3.1.1 随机游走与一阶马尔可夫过程 3.1.2 李亚普诺夫微分和代数方程 3.2 时钟与时钟传播和误差模型 3.2.1 概述 3.2.2 时间和频率误差、Allan方差和功率谱密度(PSD) 3.2.3 时钟传播的合理模型 3.3 惯性测量单元(IMU)陀螺和加速度计误差参数模型 3.4 姿态传播和误差模型 3.4.1 角速度和姿态运动学 3.4.2 姿态传播数值积分算法 3.4.3 欧拉角姿态传播 3.4.4 姿态传播误差模型 3.5 基于载体系速度和姿态航向传感器的导航 3.5.1 引言 3.5.2 导航方程 3.5.3 误差模型 3.6 惯性导航与误差模型 3.6.1 引言 3.6.2 ECI系导航方程和误差模型 3.6.3 ECEF系(或其他地球固定系)导航方程和误差方程 3.6.4当地水平系惯性导航方程和误差方程 参考文献 第4章 各种基于测量的解决方法 4.1 引言 4.2使用距离和距离速率测量的PNT 4.2.1 双向测距和时间转换 4.2.2 简单的测距定位 4.2.3 测距网络协同PNT 4.3 使用伪量程测量的PNT 4.3.1 同步单向测距(伪距)和PNT(GNSS) 4.3.2 异步单向测距(伪距)和PNT(SOOP) 4.4 使用角度测量确定位置和姿态 4.4.1 引言 4.4.2 使用角度测量确定姿态 4.4.3 通过角度测量确定位置和姿态 4.5 通用地形参考 4.5.1 简单案例:规范平台上的传感器 4.5.2 捷联式传感器:地球重力异常与地球磁场 4.5.3捷联传感器:斜距传感器 4.6 基于地理参考图像的导航:测量方程 4.6.1 作为图像锚点采集的地理参考图像 4.6.2 图像锚点的测量模型 参考文献 第5章 全源PNT解决方案:卡尔曼滤波融合 5.1 引言 5.2 卡尔曼滤波与全源PNT算法体系 5.3 故障和威胁管理架构 5.3.1 PFA和PMD 5.3.2 持续性测试同时降低PFA和PMA 5.3.3 控制与响应 5.3.4 每个四级中的故障检测、控制、隔离和响应 5.4 建立全源PNT系统的步骤 参考文献 第6章 集成时钟 6.1 引言 6.2 架构 6.3 传播解和线性化误差模型 6.4 集成时钟的更新 6.5 集成时钟仿真实例 参考文献 第7章 航天器姿态确定 7.1 引言 7.2 恒星惯性姿态确定(SIAD) 7.2.1 系统概念 7.2.2 SIAD架构 7.2.3 传播算法和误差模型 7.2.4 测量方程和误差模型 7.2.5 直接恒星识别和星目录近邻标准 7.2.6 偏离误差校正 7.2.7 SAA算法：示例 7.2.8 星目录 7.2.9 星体跟踪器定位与配置注意事项 7.3 基于太阳传感器的姿态确定 7.3.1 概念 7.3.2 太阳传感器作为正常定姿的附加传感器 7.3.3 支持太阳指向和太阳捕获的定姿太阳传感器 7.4 GPS载波相位定姿 7.4.1 引言 7.4.2 架构 7.4.3 姿态初始化和初始模糊分解 7.4.4作为更新和模糊维护的GPS载波相位测量 参考文献 第8章 轨道计算 8.1 引言 8.2 轨道计算结构 8.3 传播算法与误差模型 8.4 测量方程与误差模型 8.4.1 地面或空间物体的距离测量(交叉链路) 8.4.2 用地面望远镜或星载相机测量角度 8.4.3 基于GPS的轨道计算 参考文献 第9章 地形参考导航 9.1 引言 9.2 TRN架构 9.3 传播算法与误差模型 9.4 测量方程与误差模型 9.4.1 气压高度计更新 9.4.2 雷达高度表更新 9.4.3 斜距更新 9.5 仿真示例 参考文献 第10章 现代天文导航 10.1 引言 10.2 天文导航基本原理(及相关应用) 10.3 观测星群和RSO:困难和解决方法 10.3.1 云和云避免现象 10.3.2 昼星观测昼时可用的星体跟踪器 10.3.3 LEO RSO观测:不足和午夜差距 10.4 配置举例与通用架构 10.4.1 技术实例设计与选择 10.4.2 总体架构 10.5 传播算法与误差模型 10.6 测量方程和误差模型 10.7 实例仿真结果 参考文献 第11章 基于图像和视觉的导航 11.1 引言 11.2 基于图像和视觉的导航架构 11.3 摄像机图像预处理算法 11.3.1 概述 11.3.2 图像强度动态范围调整与均衡 11.3.3 通过校准参数进行摄像机校准和图像校正 11.4 基于地图的图像和视觉导航 11.4.1 架构变体 11.4.2 输出预测、配准匹配和相关算法 11.4.3 传播算法与误差模型 11.4.4 测量方程和误差模型 11.5 基于SLAM的图像与视觉导航 11.5.1 概述 11.5.2 EKF-SLAM 11.6 视觉里程计 11.6.1 概述 11.6.2 从连续帧地标测量中获取运动信息 11.6.3 利用视觉里程计进行姿态和位置传播 参考文献 第12章 重力异常与磁异常参考的导航 12.1 引言 12.2 通用TRN:基本性能驱动器 12.3 重力仪、GGI和磁力仪 12.3.1 重力仪 12.3.2 GGI 12.3.3 磁力计 12.4 地球重力异常与磁力异常模型和数据库 12.4.1 地球重力场与重力梯度 12.4.2 地磁场 12.5 架构 12.6 传播算法与误差模型 12.7 测量方程和误差模型 12.7.1 捷联GGI更新 12.7.2 单轴陀螺仪重力异常更新 12.7.3 标量磁强计更新 12.8 仿真示例 参考文献 第13章 协同PNT 13.1 引言 13.2 协同PNT架构 13.2.1 网络协同估计器的通用卡尔曼滤波结构 13.2.2 ITNS扩展卡尔曼滤波的算法与方程 13.2.3 LWIN EKF的算法与方程 13.2.4 两种协同测量 13.3 协同时间同步与NTP和PTP 13.4 LOS、AOA、DOA的协同与测距 13.4.1 LWIN方程 13.4.2 ITNS方程 13.4.3 线性化方程 13.4.4 组合惯性导航：ITNS方法 13.4.5组合惯性导航：LWIN方法 13.4.6 仿真示例 13.5 仅测距协同 13.5.1 非线性和线性测量方程 13.5.2 ITNS方法 13.5.3 LWIN方法 13.5.4 只有距离的最小二乘解 13.5.5 ITNS方法 13.5.6 LWIN方法 参考文献 第14章 机遇信号PNT 14.1 引言 14.1.1 接收信号强度(RSS) 14.1.2 AOA 14.1.3 TOA 14.1.4 FOA 14.1.5 TDOA和FDOA 14.2 TDOA与FDOA SSOP PNT的系统架构 14.3 TDOA和FDOA的互相关测量 14.4 使用无参考接收器TOA伪距离测量的PNT接收机 14.5带有参考接收器的SSOP PNT 14.6组合惯性和全源PNT的SOOP PNT 14.6.1 INS非线性算法 14.6.2测量方程和误差模型 参考文献 第15章 PNT系统的实时系统和软件开发方法及应用 15.1 引言 15.2 实时系统架构 15.2.1 什么是架构 15.2.2 系统架构开发方法 15.2.3 架构设计模式、策略和示例 15.3 开放式架构及其标准 15.3.1 概述 15.3.2 FACE 15.3.3 VICTORY 15.3.4 国防部PNT架构标准(PNTA) 15.3.5 一种专有供应商支持开放系统和开放标准的方法 15.4 实时系统质量和开发过程标准 15.4.1 概述 15.4.2 DO-178(DO-178B和DO-178C)标准 15.4.3 Mil-STD-2167Mil-STD-498IEEE 12207标准 15.4.4 CMMI 15.4.5 瀑布式与迭代开发过程 15.5 仿真、测试、验证与验证(V&V)方法 15.5.1概述 15.5.2 概念开发的仿真与V&V 15.5.3 SITL仿真和V&V 15.5.4 PITL和V&V 15.5.5 HITL和V&V 15.6集成系统和软件工程与模型驱动基于模型的开发 15.7软件复用和软件产品线(SPL) 参考文献