定 價:45 元
叢書名:通信與導(dǎo)航系列規(guī)劃教材
- 作者:吳德偉 主編
- 出版時間:2015/3/1
- ISBN:9787121255649
- 出 版 社:電子工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TN96
- 頁碼:288
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16開
本書從大導(dǎo)航的理念出發(fā),結(jié)合信息控制技術(shù)發(fā)展,著眼導(dǎo)航依托的各種物理基礎(chǔ),全面闡述導(dǎo)航的基本理論與方法,并將導(dǎo)航信息的使用納入導(dǎo)航原理知識體系。全書共分9章,具體內(nèi)容包括:導(dǎo)航的基本概念和參數(shù)描述,導(dǎo)航的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與物理基礎(chǔ),導(dǎo)航的測角、測距、測速、定位原理,多源組合導(dǎo)航原理,以及運行體的控制實現(xiàn)和應(yīng)用。
前 言
導(dǎo)航是對運行體導(dǎo)引與控制的一項科學(xué)技術(shù),作為一門應(yīng)用性學(xué)科伴隨著科技的發(fā)展而不斷進步。初期使用目視推算和天文觀測等方法,出現(xiàn)了磁羅盤、陀螺羅盤、天文六分儀、計程儀和計時器等導(dǎo)航裝置。無線電技術(shù)的發(fā)明對導(dǎo)航技術(shù)產(chǎn)生了劃時代的影響,20世紀20年代出現(xiàn)了無線電羅盤和高度表等導(dǎo)航設(shè)備。第二次世界大戰(zhàn)前后,由于民用航空與軍用航空發(fā)展需要,無線電導(dǎo)航迅速發(fā)展,儀表著陸系統(tǒng)、精密進場雷達、羅蘭A、臺卡、伏爾、塔康、羅蘭C和奧米伽等無線電導(dǎo)航系統(tǒng)相繼問世,1964年開始建成了子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),此后相繼建成了GPS、GLLONASS、BDS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。人類活動范圍的不斷擴展帶來了對導(dǎo)航技術(shù)的巨大需求,各種新型導(dǎo)航體制不斷出現(xiàn),從衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),到新一代地形輔助、天文導(dǎo)航等自主導(dǎo)航系統(tǒng),再到全源導(dǎo)航、生物導(dǎo)航、認知導(dǎo)航、量子導(dǎo)航等,導(dǎo)航的水平能力顯著提高,不僅改善了運行體航行保障功能,也為武器平臺精確定位和制導(dǎo)系統(tǒng)的精確打擊創(chuàng)造了條件。
技術(shù)的發(fā)展催生理論的形成。雖然導(dǎo)航是基于電、光、力、磁、聲等各種物理基礎(chǔ)的應(yīng)用性技術(shù),但它仍然伴隨著科技的進步在不斷延伸和完善,特別是向著多傳感器組合、多
前 言
導(dǎo)航是對運行體導(dǎo)引與控制的一項科學(xué)技術(shù),作為一門應(yīng)用性學(xué)科伴隨著科技的發(fā)展而不斷進步。初期使用目視推算和天文觀測等方法,出現(xiàn)了磁羅盤、陀螺羅盤、天文六分儀、計程儀和計時器等導(dǎo)航裝置。無線電技術(shù)的發(fā)明對導(dǎo)航技術(shù)產(chǎn)生了劃時代的影響,20世紀20年代出現(xiàn)了無線電羅盤和高度表等導(dǎo)航設(shè)備。第二次世界大戰(zhàn)前后,由于民用航空與軍用航空發(fā)展需要,無線電導(dǎo)航迅速發(fā)展,儀表著陸系統(tǒng)、精密進場雷達、羅蘭A、臺卡、伏爾、塔康、羅蘭C和奧米伽等無線電導(dǎo)航系統(tǒng)相繼問世,1964年開始建成了子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),此后相繼建成了GPS、GLLONASS、BDS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。人類活動范圍的不斷擴展帶來了對導(dǎo)航技術(shù)的巨大需求,各種新型導(dǎo)航體制不斷出現(xiàn),從衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),到新一代地形輔助、天文導(dǎo)航等自主導(dǎo)航系統(tǒng),再到全源導(dǎo)航、生物導(dǎo)航、認知導(dǎo)航、量子導(dǎo)航等,導(dǎo)航的水平能力顯著提高,不僅改善了運行體航行保障功能,也為武器平臺精確定位和制導(dǎo)系統(tǒng)的精確打擊創(chuàng)造了條件。
技術(shù)的發(fā)展催生理論的形成。雖然導(dǎo)航是基于電、光、力、磁、聲等各種物理基礎(chǔ)的應(yīng)用性技術(shù),但它仍然伴隨著科技的進步在不斷延伸和完善,特別是向著多傳感器組合、多信息融合、自主決策控制一體化方向進步,具有了很強的多學(xué)科交叉運用的特性,使得導(dǎo)航在探測傳感、航跡規(guī)劃、制導(dǎo)控制等方面逐步形成了一套特有的方法理論體系,亟待專業(yè)人員總結(jié)凝練、系統(tǒng)完善。本書的出版正是適應(yīng)這一實際需求,力圖為導(dǎo)航理論體系的構(gòu)建盡己之力。
目前,已經(jīng)公開出版了一些導(dǎo)航原理與系統(tǒng)的教材與讀物,但筆者認為大多數(shù)原理性的書籍都只是在介紹導(dǎo)航系統(tǒng)的原理,缺乏方法論上的概括提升,沒有全面、深入闡述導(dǎo)航的基本理論。而本書力圖從大導(dǎo)航的理念出發(fā),結(jié)合信息控制技術(shù)發(fā)展,從導(dǎo)航依托的各種物理基礎(chǔ)著眼,全面闡述導(dǎo)航的基本理論與方法,并將導(dǎo)航信息的使用納入導(dǎo)航原理知識體系,適應(yīng)現(xiàn)代信息與控制學(xué)科交叉發(fā)展的實際要求,更加完整地構(gòu)建起導(dǎo)航工程專業(yè)人才的專業(yè)理論基礎(chǔ)。本教材內(nèi)容是在編著者將導(dǎo)航原理與導(dǎo)航系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容分開的基礎(chǔ)上構(gòu)建的,這在國內(nèi)尚屬首次。
全書共9章。第1章是緒論,介紹了導(dǎo)航的基本概念、名詞術(shù)語、發(fā)展與運用歷史;第2章與第3章是導(dǎo)航原理學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與物理基礎(chǔ);第4章至第7章介紹了導(dǎo)航的測角、測距、測速、定位原理,是本書的核心內(nèi)容;第8章介紹的是多源組合導(dǎo)航原理;第9章介紹了運行體的控制實現(xiàn)。本書的撰寫采取的是分工主筆、合作研討、共同確定的方式,注重發(fā)揮了集體智慧的作用。其中,吳德偉教授提出了全書的編寫綱目并主筆了第1章、第3章、第4章,陳樹新教授主筆了第2章、附錄并編寫了第6章、第8章部分內(nèi)容,盧虎副教授主筆了第5章、第6章、第8章,胡奕明副教授主筆了第9章并編寫了第3章、第4章部分內(nèi)容,代傳金講師主筆了第7章并編寫了第9章部分內(nèi)容,吳德偉、陳樹新教授完成了全書的統(tǒng)編定稿工作。在編撰過程中,中國工程院費愛國院士、北京航空航天大學(xué)黃智剛教授審閱了書稿,給予了熱情的指導(dǎo)和幫助,提出了許多寶貴的意見和建議,在此編寫組成員深表感激和謝意!本書的編寫還得到楊春燕副教授、戚君宜副教授、張輝副教授以及空軍工程大學(xué)信息與導(dǎo)航學(xué)院相關(guān)同志的大力支持與幫助,在此一并致謝!
受作者能力與水平的限制,本書所提供的導(dǎo)航理論知識,可能無法滿足各類讀者對導(dǎo)航理論基礎(chǔ)全面認識的需求,內(nèi)容編排方式可能更適合于大專院校導(dǎo)航專業(yè)教學(xué)及導(dǎo)航專業(yè)技術(shù)人員的學(xué)習(xí),當(dāng)然也力求照顧到便于非專業(yè)人員參考使用。本書在撰寫過程中參考了大量的文獻資料,謹向文獻資料的作者表示最誠摯的謝意。書中有部分內(nèi)容源自作者承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金研究成果。
本書是陜西省精品課程“導(dǎo)航原理”的主用教材,該教材配套的教學(xué)輔助資料包括:供教師使用的“導(dǎo)航原理課程電子教案”,供實踐教學(xué)使用的“導(dǎo)航原理實驗講義”,供課后學(xué)習(xí)和輔導(dǎo)使用的“導(dǎo)航原理習(xí)題集”和“導(dǎo)航原理習(xí)題解答”。
對書中的錯誤與疏漏之處,敬請讀者不吝批評指正。
編著者
2014年11月
吳德偉,空軍級專家、教授、博士生導(dǎo)師,長期從事導(dǎo)航工程專業(yè)教學(xué)科研工作,歷任導(dǎo)航專業(yè)教員、室主任、系主任,現(xiàn)任軍用導(dǎo)航國家級實驗教學(xué)示范中心主任、軍用導(dǎo)航軍隊重點實驗室主任,《儀表與微波著陸系統(tǒng)》軍隊優(yōu)質(zhì)課程負責(zé)人,《導(dǎo)航原理》省級精品課程負責(zé)人;主講《導(dǎo)航原理》、《導(dǎo)航系統(tǒng)》和《導(dǎo)航裝備》等課程。
第1章 緒論1
1.1 導(dǎo)航的概念1
1.1.1 定義1
1.1.2 對象1
1.1.3 任務(wù)2
1.2 導(dǎo)航的參量2
1.2.1 時空參量2
1.2.2 角度參量3
1.2.3 距離參量5
1.2.4 速度參量6
1.3 位置線與位置面6
1.3.1 等角位置線、位置面6
1.3.2 等距位置線、位置面7
1.3.3 等距差位置線、位置面8
1.3.4 等距和位置線、位置面8 第1章 緒論1
1.1 導(dǎo)航的概念1
1.1.1 定義1
1.1.2 對象1
1.1.3 任務(wù)2
1.2 導(dǎo)航的參量2
1.2.1 時空參量2
1.2.2 角度參量3
1.2.3 距離參量5
1.2.4 速度參量6
1.3 位置線與位置面6
1.3.1 等角位置線、位置面6
1.3.2 等距位置線、位置面7
1.3.3 等距差位置線、位置面8
1.3.4 等距和位置線、位置面8
1.3.5 位置線典型應(yīng)用9
1.4 導(dǎo)航的發(fā)展與運用11
1.4.1 慣性導(dǎo)航12
1.4.2 無線電導(dǎo)航13
1.4.3 天文導(dǎo)航14
1.4.4 其他導(dǎo)航16
1.5 本書的結(jié)構(gòu)21
復(fù)習(xí)和作業(yè)題121
第2章 導(dǎo)航的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)22
2.1 坐標及其變換22
2.1.1 慣性坐標系22
2.1.2 地球坐標系23
2.1.3 運行體及平臺坐標系25
2.1.4 直角坐標系間的旋轉(zhuǎn)
變換27
2.1.5 極坐標系28
2.2 運動狀態(tài)描述29
2.2.1 微分多項式模型29
2.2.2 勻速運動模型30
2.2.3 勻加速運動模型31
2.2.4 其他運動模型31
2.3 導(dǎo)航誤差分析基礎(chǔ)32
2.3.1 標量描述33
2.3.2 矢量描述34
2.3.3 位置線誤差及其特性36
2.4 導(dǎo)航參量估計方法38
2.4.1 非線性方程的線性化38
2.4.2 最小二乘法41
2.4.3 卡爾曼濾波45
2.5 小結(jié)48
復(fù)習(xí)和作業(yè)題248
第3章 導(dǎo)航的物理基礎(chǔ)50
3.1 導(dǎo)航信號50
3.1.1 描述方法50
3.1.2 偽隨機序列52
3.2 多普勒效應(yīng)54
3.2.1 收發(fā)一方運動的
多普勒效應(yīng)54
3.2.2 收發(fā)雙方同時運動的多普勒
效應(yīng)55
3.2.3 多普勒效應(yīng)在導(dǎo)航中的應(yīng)用56
3.3 無線電信號56
3.3.1 信號特性57
3.3.2 傳播方式58
3.3.3 信道特性分析60
3.3.4 電波傳播對無線電導(dǎo)航信號的
影響62
3.3.5 場地環(huán)境對無線電導(dǎo)航信號的
影響63
3.4 光場探測68
3.4.1 光電探測系統(tǒng)69
3.4.2 光接收機原理70
3.5 陀螺儀與加速度計73
3.5.1 力學(xué)基礎(chǔ)73
3.5.2 陀螺儀原理75
3.5.3 加速度計原理78
3.6 重力場基礎(chǔ)79
3.7 地磁場基礎(chǔ)80
3.8* 相對論影響82
3.9 小結(jié)85
復(fù)習(xí)和作業(yè)題385
第4章 導(dǎo)航測角原理86
4.1 振幅式導(dǎo)航測角87
4.1.1 振幅式無線電導(dǎo)航測角天線
方向圖87
4.1.2 振幅式無線電導(dǎo)航測角方法
分類92
4.1.3 振幅式無線電導(dǎo)航測角誤差
分析96
4.1.4 振幅式光學(xué)測角100
4.2 相位式導(dǎo)航測角101
4.2.1 相位式無線電導(dǎo)航測角101
4.2.2 相位式無線電導(dǎo)航測角誤差
分析105
4.3 時間式導(dǎo)航測角107
4.3.1 時間式無線電導(dǎo)航測角107
4.3.2 時間式無線電導(dǎo)航測角誤差
分析111
4.4 頻率式導(dǎo)航測角112
4.4.1 頻率式無線電導(dǎo)航測角112
4.4.2 偏流角測量的準確度分析114
4.5 慣性力學(xué)測角114
4.5.1 水平面內(nèi)的陀螺尋北原理114
4.5.2 非水平面內(nèi)的陀螺尋北原理116
4.5.3 陀螺尋北的誤差分析119
4.6 地磁感應(yīng)測角120
4.6.1 羅航向和羅差120
4.6.2 地磁感應(yīng)測角原理121
4.7 小結(jié)123
復(fù)習(xí)和作業(yè)題4123
第5章 導(dǎo)航測距原理125
5.1 測距概述125
5.1.1 基本概念125
5.1.2 測距分類126
5.2 無線電導(dǎo)航測距128
5.2.1 脈沖式測距128
5.2.2 碼相關(guān)測距130
5.2.3 頻率式測距133
5.3 無線電導(dǎo)航測距差142
5.3.1 脈沖式測距差142
5.3.2 相位式測距差143
5.3.3 脈沖/相位式測距差144
5.3.4 多普勒積分測距差144
5.4 光學(xué)導(dǎo)航測距145
5.4.1 主動式測距145
5.4.2 被動式測距146
5.5 氣壓測高147
5.5.1 飛行高度147
5.5.2 氣壓高度表模型148
5.5.3 氣壓高度表誤差補償149
5.6 導(dǎo)航測距理論的發(fā)展149
5.7 小結(jié)150
復(fù)習(xí)和作業(yè)題5150
第6章 導(dǎo)航測速原理151
6.1 主動式導(dǎo)航測速151
6.1.1 單波束多普勒測速152
6.1.2 雙波束多普勒測速153
6.1.3 多波束多普勒測速155
6.1.4 多普勒測速的準確度分析157
6.1.5 聲相關(guān)測速159
6.2 被動式導(dǎo)航測速160
6.2.1 慣性導(dǎo)航測速160
6.2.2 衛(wèi)星導(dǎo)航測速161
6.2.3 電磁測速163
6.2.4 航空動壓測速164
6.2.5 視頻(覺)測速168
6.3 小結(jié)170
復(fù)習(xí)和作業(yè)題6170
第7章 導(dǎo)航定位原理171
7.1 幾何式導(dǎo)航定位171
7.1.1 幾何式導(dǎo)航定位基礎(chǔ)172
7.1.2 測距導(dǎo)航定位179
7.1.3 測距差導(dǎo)航定位184
7.1.4 測向?qū)Ш蕉ㄎ?86
7.1.5 復(fù)合式導(dǎo)航定位190
7.2 推算導(dǎo)航定位193
7.2.1 慣性推算導(dǎo)航定位193
7.2.2 多普勒雷達推算導(dǎo)航定位195
7.3 匹配導(dǎo)航定位196
7.3.1 匹配導(dǎo)航定位基礎(chǔ)197
7.3.2 一維線匹配導(dǎo)航定位202
7.3.3 二維面匹配導(dǎo)航定位209
7.4 小結(jié)210
復(fù)習(xí)和作業(yè)題7211
第8章 多源組合導(dǎo)航原理212
8.1 數(shù)據(jù)融合與組合導(dǎo)航212
8.1.1 多傳感器數(shù)據(jù)融合212
8.1.2 組合導(dǎo)航的概念213
8.2 組合導(dǎo)航的性能分析213
8.2.1 一般結(jié)構(gòu)213
8.2.2 信息分配準則214
8.2.3 精度分析215
8.2.4 可靠性分析216
8.3 組合導(dǎo)航應(yīng)用形式217
8.3.1 典型配置結(jié)構(gòu)217
8.3.2 性能分析221
8.4 組合導(dǎo)航理論的發(fā)展222
8.5 小結(jié)223
復(fù)習(xí)和作業(yè)題8223
第9章 飛行器導(dǎo)航控制應(yīng)用224
9.1 概述224
9.2 飛行控制原理226
9.2.1 飛行狀態(tài)描述及其實時感知226
9.2.2 飛行操縱方式227
9.2.3 飛行控制方法228
9.2.4 飛機姿態(tài)控制230
9.2.5 飛行軌跡控制232
9.3 導(dǎo)航控制系統(tǒng)應(yīng)用236
9.3.1 自動航線飛行控制236
9.3.2 自動進近與著陸飛行控制240
9.4 小結(jié)249
復(fù)習(xí)和作業(yè)題9249
附錄A 導(dǎo)航術(shù)語中英對照表250
附錄B 隨機過程與噪聲264
B.1 隨機過程的統(tǒng)計描述264
B.2 平穩(wěn)隨機過程266
B.3 高斯隨機過程267
B.4 噪聲268
參考文獻270