《高速传感器辅助导航》主要介绍设计和分析辅助导航系统的方法，以及应用该方法所采用的基本原理。全书包含两部分，共12章。第Ⅰ部分讲解一些必要的理论、概念和工具，涉及参照系、确定性系统、随机过程、最佳状态估计、性能分析、导航系统设计等内容；第Ⅱ部分将理论应用于几个特殊的导航应用中，介绍全球定位系统、基于编码器的GPS辅助航位推测法、AHRS、辅助惯性导航、LBL和多普勒辅助INS。此外，本书还附有关于符号、线性代数的回顾、GPS卫星位置和速度的计算、四元数的附录，有助于读者对基础理论和概念的理解。

　　本章介绍全球定位系统（GPS）、模型方程和系统特征，所用的符号将会在随后的章节中使用。本章展示了有兴趣的读者在实时导航系统中理解和利用GPS所必需和必要的技术信息。本章讨论3种GPS定位方法：标准GPS、差分GPS（DGPS）和载波相位DGPS。对于每一种定位方法，都将讨论定位精度。本章将介绍GPS的实时单点定位算法技术。每次采样将被独立地考虑（即没有滤波）。这种介绍方法能够直接讨论GPS的定位精度和算法方法。通过对GPS数据进行滤波，可以获得明显的好处。GPS作为辅助信号的应用将在第9章和11章进行介绍。本章假设某些必需的量（如卫星的位置）是可以计算的。这些计算在附录C中进行描述。本章的提纲如下：8.1节提供GPS系统和GPS信号特征的概述；8.2节讨论GPS的伪距观测量、相关的符号和通过同时进行的一系列伪距测量来确定接收机天线位置的方法；8.3节讨论接收机的基本测量和伪距、载波相位的构成，以及基本测量中的多普勒观测量；8.2节～8.3节将介绍和使用GPS测量误差的各种符号；8.4节介绍各种各样的误差源的主要特点；GPS测量误差对定位估计精度的影响将在8.5节进行分析；8.6节讨论双频接收机的使用；8.7节讨论伪距观测量的载波相位平滑；8.8节讨论差分GPS处理的各种方法；8.9节对整周模糊度算法进行讨论。8.1 GPS概述 GPS是一种全天候的、全球的、连续覆盖的星基无线导航系统。GPS提供几乎是全球统一的精度。另外，GPS接收机的价格也比较合理。8.1.1 GPS系统 GPS主要包括三大部分：空间部分、控制部分和用户部分。空间部分由GPS卫星组成。卫星围绕地球轨道运行，地球轨道由6个周期为12小时（11小时58分）的轨道面组成，每个轨道面有4颗卫星（名义上）。这些轨道面是倾角为55°的近乎圆形的轨道，距离地球表面约20200 km。这6个轨道面围绕地球赤道以60°等间隔分布。这样的星座可以确保（除非有障碍物）位于地球任何地方的用户在任何时间至少可以观测到4颗卫星。因为卫星轨道并非是静止轨道，所以对应于地球上的固定接收机的几何相关的卫星也是不断变化的。这种几何位置的变化导致定位结果也在变化，但是是可以预测的，位置的定位估计精度由一系列固定的卫星决定。卫星发出经过编码的无线电信号，GPS接收机对其解码以确定重要的系统参数。控制部分负责管理空间部分的健康和状态。它由位于世界各地的跟踪站系统，包括6个监测站和1个主控站组成。地面监测站测量来自卫星的信号并把信号传给主控站。地面主控站确定每一颗卫星的轨道模型和卫星时钟校正参数。这些参数（和其他数据）被传输给卫星，然后卫星将这些参数播发给用户。用户部分由天线和接收机组成。传统上，接收机包含三个主要的部分。其射频前端对从GPS天线发送的输入信号主要完成三阶段工作：信号放大、滤波和将GPS信号频谱变换到较低频域。接收机的基带部分有数个并行的通道处理来自射频前端的输出信号。每一个通道跟踪一颗卫星的信号，确定一些基本的通道变量并且根据卫星信号确定数据位。基本的通道变量确定传输时间和载波相位。进一步的说明见8.3节。数据位描述了一些计算必需的信息，像卫星位置和速度、卫星钟差和卫星的健康状况。接收机的导航部分用卫星的位置和测得的从卫星到接收机的信号传输时间来估算位置、速度和用户的时间。传统接收机的三阶段对于先进的接收机来说没有那么明显的区分。例如，一台先进的接收机可以使用辅助导航算法找到或跟踪来自其他卫星的较弱信号。GPS提供两个层次的服务：标准定位服务（SPS）和精密定位服务（PPS）。SPS是一种定位和时间服务，对所有的GPS用户，它可以提供连续的、全球覆盖的没有直接费用的服务。这个层次的服务是（现在）通过L1频率提供粗捕获（C／A）和导航数据信息。SPS的全部工作能力是在1993年晚期实现的。使用SPS服务的典型GPS位置估计精度将在8.4.10节讨论。PPS仅美国政府授权的用户才能使用，它提供更精确的位置、速度和时间服务。这项服务受一项被称为反欺骗（AS）的技术控制。某些高级GPS接收机在没有PPS授权的情况下也可以跟踪L2频率的信号，但是性能要降低一些，从而允许民间用户使用这两个频率。GPS接收机是被动式操作（也就是说，接收机不需要发射任何信号），因此，GPS空间部分可以为无限用户提供服务。GPS系统是一个视线系统。如果接收机和某个卫星的路径之间有遮挡，则接收机就不可能接收到卫星信号。例如，一个典型的GPS接收机在室内、在水下运载工具中或在浓密的植被下将不起作用。

第Ⅰ部分　理论
概述
第1章　绪论
1.1　方法综述
1.1.1　方法范例
1.1.2　方法概要
1.2　第Ⅰ部分概述：理论
1.2.1　参考坐标系
1.2.2　确定性系统
1.2.3　随机过程
1.2.4　最优状态估计
1.2.5　技术性能分析
1.2.6　辅助导航系统设计和分析
1.3　第Ⅱ部分概要：应用
1.3.1　GPS
1.3.2　辅助导航系统
1.4　附录概要
第2章　参照系
2.1　参照系特性
2.2　参照系定义
2.2.1　惯性坐标系
2.2.2　地心地固（ECEF）坐标系
2.2.3　地理坐标系
2.2.4　地心坐标系
2.2.5　本地大地坐标系或切平面坐标系
2.2.6　体坐标系
2.2.7　平台坐标系
2.2.8　仪器坐标系
2.2.9　小结
2.3　ECEF坐标系
2.3.1　ECEF直角坐标系
2.3.2　地球大地水准面和重力模型
2.3.3　ECEF转换
2.4　参照系转换
2.4.1　方向余弦矩阵
2.4.2　点转换
2.4.3　向量转换
2.4.4　矩阵转换
2.5　特殊向量转换
2.5.1　平面旋转
2.5.2　转换：ECEF到切平面
2.5.3　转换：ECEF到地理坐标
2.5.4　转换：运载体到导航坐标系
2.5.5　转换：正交小角
2.6　旋转参照系
2.6.1　方向余弦运动学
2.6.2　旋转坐标系中的导数计算
2.7　方向余弦的计算
2.7.1　方向余弦导数
2.7.2　欧拉角导数
2.8　参考文献和深入阅读
2.9　习题
第3章　确定性系统
3.1　连续时间系统模型
3.1.1　常微分方程
3.1.2　转移函数
3.1.3　状态空间
3.2　状态增广
3.3　线性化状态空间
3.4　离散时间状态空间表示法
3.5　状态空间分析
3.5.1　相似变换
3.5.2　状态空间到转移函数
3.5.3　状态转移矩阵特性
3.5.4　线性时不变系统
3.5.5　离散时间等效模型
3.6　状态估计
3.6.1　可观性
3.6.2　极点配置法估计器设计
3.6.3　可观子空间
3.7　参考文献和深入阅读
3.8　习题
第4章　随机过程
4.1　随机过程的基本概念
4.1.1　例子
4.1.2　研究计划
4.2　标量随机变量
4.2.1　基本属性
4.2.2　高斯分布
4.2.3　标量随机变量的转换
4.3　多维随机变量
4.3.1　基本性质
4.3.2　统计学和统计特性
4.3.3　高斯随机变量向量
4.3.4　随机变量向量的变换
4.4　随机过程
4.4.1　统计和统计特性
4.4.2　白噪声和有色噪声
4.5　具有随机输入的线性系统
4.6　随机过程的状态模型
4.6.1　标准模型
4.6.2　随机系统和状态增广
4.6.3　高斯-马尔可夫过程
4.6.4　均值时间传播
4.6.5　方差时间传播
4.7　离散时间等价模型
4.7.1　由F(t)计算k
4.7.2　由 计算 
4.8　线性状态估计
4.9　详细实例
4.9.1　系统性能指标
4.9.2　仪器技术规范
4.9.3　一维INS
4.9.4　一维位置辅助INS
4.10　互补滤波器
4.11　参考文献和深入阅读
4.12　习题
第5章　最优状态估计
5.1　状态估计回顾
5.2　最小方差增益推导
5.2.1　卡尔曼增益的推导
5.2.2　卡尔曼增益：后向协方差
5.2.3　总结
5.3　从WLS到卡尔曼滤波
5.3.1　加权最小二乘法（WLS）
5.3.2　加权最小二乘解
5.3.3　递归最小平方（RLS）
5.3.4　卡尔曼滤波
5.4　卡尔曼滤波推导的总结
5.4.1　等价的测量更新
5.4.2　等价的协方差测量更新
5.4.3　卡尔曼滤波的例子
5.5　卡尔曼滤波的属性
5.6　应用的问题
5.6.1　标量测量的处理
5.6.2　相关测量
5.6.3　有害的或者缺失的数据
5.7　执行顺序
5.8　异步测量
5.9　数值问题
5.9.1　协方差矩阵的对称性
5.9.2　协方差矩阵的正定性
5.10　次最优滤波
5.10.1　删除状态
5.10.2　施密特-卡尔曼滤波
5.10.3　去耦
5.10.4　离线的增益计算
5.10.5　非线性滤波
5.11　参考文献和深入阅读
5.12　习题
第6章　性能分析
6.1　协方差分析
6.2　蒙特卡罗分析
6.3　误差预算
6.4　协方差散度
6.5　参考文献和深入阅读
6.6　习题
第7章　导航系统设计
7.1　方法概述
7.2　详细例子
7.2.1　增广运动学模型
7.2.2　导航机械方程
7.2.3　传感器模型
7.2.4　误差模型
7.2.5　状态估计器设计
7.2.6　协方差分析
7.3　互补滤波器
7.3.1　频域方法
7.3.2　卡尔曼滤波器法
7.4　一个可选择的方法
7.4.1　总体状态：运动学模型
7.4.2　总体状态：时间更新
7.4.3　总体状态：测量更新
7.5　方法比较
7.6　警告
7.7　参考文献和深入阅读
7.8　习题
第Ⅱ部分　应用
概述
第8章　全球定位系统
8.1　GPS概述
8.1.1　GPS系统
8.1.2　GPS原始信号
8.2　GPS伪距
8.2.1　GPS的伪距符号
8.2.2　GPS的伪距算法
8.2.3　卫星的方位角和俯仰角
8.3　GPS接收机概述
8.3.1　载波相位观测量
8.3.2　 伪距观测量
8.4　GPS的URE特性
8.4.1　时钟
8.4.2　卫星时钟偏移（ ）
8.4.3　接收机时钟误差（ ）
8.4.4　大气延迟（ ）
8.4.5　星历误差（Es）
8.4.6　选择可用性（SAs）
8.4.7　多径（ ， ）
8.4.8　接收机噪声（ ， ）
8.4.9　载波跟踪和整周模糊度（Ni）
8.4.10　总结
8.5　精度的几何衰减
8.6　双频接收机
8.6.1　宽巷和窄巷观测量
8.7　码的载波平滑
8.8　差分GPS
8.8.1　相对DPGS
8.8.2　差分GPS
8.8.3　双差
8.9　整周模糊度解算
8.9.1　减小搜索空间
8.9.2　最优整数的选择
8.9.3　GPS信号的现代化
8.10　GPS总结
8.11　参考文献和深入阅读

第9章　基于编码器的GPS辅助航位推测法
9.1　编码器模型
9.2　运动学模型
9.3　编码器的导航方程
9.3.1　连续时间：原理
9.3.2　连续时间：应用
9.4　误差状态的动态模型
9.5　GPS辅助
9.5.1　接收机时钟模型
9.5.2　差分测量
9.5.3　比较
9.6　性能分析
9.6.1　可观性
9.6.2　协方差分析
9.7　一般三维问题
第10章　AHRS
10.1　运动学模型
10.2　传感器模型
10.3　初始化
10.3.1　状态初始化：方法1
10.3.2　状态初始化：方法2
10.4　AHRS机械方程
10.5　误差模型
10.5.1　测量误差模型
10.5.2　姿态误差动力学
10.5.3　AHRS状态空间误差模型
10.5.4　测量噪声的协方差
10.5.5　初始误差协方差矩阵
10.6　AHRS方法总结
10.7　可观性和性能分析
10.8　俯仰角和滚动角的应用
10.9　参考文献和深入阅读
……