导航原理

本书从大导航的理念出发，结合信息控制技术发展，着眼导航依托的各种物理基础，全面阐述导航的基 本理论与方法，并将导航信息的使用纳入导航原理知识体系。全书共9章，具体内容包括：导航的基本概念 和参数描述，导航的数学基础与物理基础，导航的测角、测距、测速、定位原理，多源组合导航原理，以及 运行体的控制实现和应用。 本书作者根据多年的教学和科研经验，在内容上注重理论与实践的结合，强调理论教学与实践教学的并 重。通过对课程内容优化和提炼，使得内容讲述由浅入深，简明透彻，概念清晰，重点突出，既便于教师组 织教学，又有利于学生自学。 本书可用作导航专业课程教学的教材，也可供其他相关专业学生和工程技术人员阅读参考，还可作为“导 航”理论培训教材。

第1章绪论....................1 1.1导航的概念..............1 1.1.1 定义...........1 1.1.2 对象...........1 1.1.3 任务...........2 1.2导航的参量..............2 1.2.1 时空参量.........2 1.2.2角度参量..........3 1.2.3距离参量..........5 1.2.4速度参量..........6 1.3位置线与位置面............6 1.3.1等角位置线、位置面.....6 1.3.2等距位置线、位置面.....7 1.3.3等距差位置线、位置面....8 1.3.4等距和位置线、位置面....8 1.3.5位置线典型应用.......9 1.4导航的发展与运用..........11 1.4.1惯性导航.........12 1.4.2无线电导航........13 1.4.3天文导航.........14 1.4.4其他导航....... 16 1.5本书的结构.............20 复习和作业题1..............21 第2章导航的数学基础..............22 2.1坐标及其变换............22 2.1.1惯性坐标系........22 2.1.2地球坐标系........23 2.1.3运行体及平台坐标系....25 2.1.4直角坐标系间的旋转变换.27 2.1.5极坐标系.........28 2.2运动状态描述............29 2.2.1微分多项式模型......29 录 2.2.2匀速运动模型......30 2.2.3匀加速运动模型.....31 2.2.4其他运动模型......31 2.3导航误差分析基础..........32 2.3.1标量描述........33 2.3.2矢量描述........34 2.3.3位置线误差及其特性...36 2.4导航参量估计方法..........38 2.4.1非线性方程的线性化...38 2.4.2最小二乘法.......41 2.4.3卡尔曼滤波.......45 2.5小结................48 复习和作业题2..............48 第3章导航的物理基础.............50 3.1导航信号..............50 3.1.1描述方法........50 3.1.2伪随机序列.......52 3.2多普勒效应.............54 3.2.1收发一方运动的多普勒效应…*54 3.2.2收发双方同时运动的多普勒 效应............55 3.2.3多普勒效应在导航中的应用…• 56 3.3无线电信号.............56 3.3.1信号特性........57 3.3.2传播方式........58 3.3.3信道特性分析......60 3.3.4电波传播对无线电导航信号的 影响............62 3.3.5场地环境对无线电导航信号的 mm............63 3.4光场探测..............68 3.4.1光电探测系统......69 3.4.2光接收机原理.......70 3.5陀螺仪与加速度计..........73 3.5.1力学基础.........73 3.5.2陀螺仪原理........75 3.5.3加速度计原理.......78 3.6重力场基础.............79 3.7地磁场基础.............80 3.8*相对论影响............82 3.9小结................85 复习和作业题3..............85 第4章导航测角原理..............86 4.1振幅式导航测角...........87 4.1.1振幅式无线电导航测角天线 方向图...........87 4.1.2振幅式无线电导航测角方法 分类............92 4.1.3振幅式无线电导航测角误差 分析............96 4.1.4振幅式光学测角.....100 4.2相位式导航测角‘.........101 4.2.1相位式无线电导航测角..101 4.2.2相位式无线电导航测角误差 分析...........105 4.3时间式导航测角..........107 4.3.1时间式无线电导航测角..107 4.3.2时间式无线电导航测角误差 分析……........111. 4.4频率式导航测角..........112 4.4.1频率式无线电导航测角..112 4.4.2偏流角测還:的准确度分析……113 4.5惯性力学测角...........114 4.5.1水平面内的陀螺寻北原理……114 4.5.2非水平面内的陀螺寻北原理…115 4.5.3陀螺寻北的误差分析……118 4.6地磁感应测角...........119 4.6.1罗航向和罗差......119 4.6.2地磁感应测角原理....120 4.7 小结..............122 复习和作业题4.............122 第5章导航测距原理..............124 5.1测距概述.............124 5.1.1基本概念........124 5.1.2测距分类........125 5.2无线电导航测距..........127 5.2.1脉冲式测距.......127 5.2.2码相关测距.......129 5.2.3频率式测距.......132 5.3无线电导航测距差.........140 5.3.1脉冲式测距差......140 5.3.2相位式测距差......141 5.3.3脉冲/相位式测距差...142 5.3.4多普勒积分测距差....143 5.4光学导航测距...........143 5.4.1主动式测距.......144 5.4.2被动式测距.......144 5.5气压测高.............145 5.5.1气压高度........145 5.5.2气压高度表模型.....147 5.5.3气压高度表误差补偿...147 5.6导航测距理论的发展........148 5.7 小结..............148 复习和作业题5.............149 第6章导航测速原理..............150 6.1主动式导航测速..........150 6.1.1单波束多普勒测速....151 6.1.2双波束多普勒测速....152 6.1.3多波束多普勒测速....154 6.1.4多普勒测速的准确度分析••…156 6.1.5声相关测速.......158 6.2被动式导航测速..........159 6.2.1惯性导航测速......159 6.2.2卫星导航测速......160 6.2.3电磁测速........162 6.2.4航空动压测速......163 6.2.5视频（觉）测速.....167 6.3 小结..............169 复习和作业题6.............169 •xn • 第7章导航定位原理........... 7.1几何式导航定位......... 7.1.1几何式导航定位基础.. 7.1.2测距导航定位..... 7.1.3测距差导航定位.... 7.1.4测向导航定位..... 7.1.5复合式导航定位.... 7.2推算导航定位.......... 7.2.1惯性推算导航定位... 7.2.2多普勒雷达推算导航定位 7.3匹配导航定位.......... 7.3.1匹配导航定位基础... 7.3.2 —维线匹配导航定位• 7.3.3二维面匹配导航定位.. 7.4小结.............. 复习和作业题7............ 第8章多源组合导航原理......... 8.1数据融合与组合导航....... 8.1.1多传感器数据融合... 8.1.2组合导航的概念.... 8.2组合导航分析.......... 8.2.1 —般结构...... 8.2.2信息分配准则..... 8.2.3精度分析....... 8.2.4可靠性分析......215 8.3组合导航应用形式........216 8.3.1典型配置结构••…:.216 8.3.2性能分析.......220 8.4组合导航理论的发展.......221 8.5 小结.............222 复习和作业题8............222 第9章飞行器导航控制应用.........223 9.1 概述.............223 9.2飞行控制原理..........225 9.2.1飞行状态描述及其实时感知“"225 9.2.2飞行操纵方式.....226 9.2.3飞行控制方法.....227 9.2.4飞机姿态控制.....229 9.2.5飞行轨迹控制.....231 9.3导航控制系统应用........235 9.3.1自动航线飞行控制...235 9.3.2自动进近与着陆飞行控制239 9.4 小结.............248 复习和作业题9............248 附录A导航术语中英对照表.........249 附录B随机过程与噪声...........263 参考文献.................270

吴德伟，男，中国人民解放军空军专业技术少将， [1] 1963年6月出生，教授、博士生导师，专业技术三级，军队学科拔尖人才培养对象，空军级专家。 现任军用导航国家级实验教学示范中心主任、军队重点实验室主任，享受政府特殊津贴和军队优秀专业技术人才岗位津贴。

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