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| 編輯推薦： |
制导导航与控制方向的经典教程，既讲导航也讲组合导航，文字通俗易懂，实例丰富，MATLAB代码详尽。
本书免费提供书中部分例题的源程序和部分习题的参考答案，有需要的读者请发送邮件至bhrhfs@163.com申请获取。若有出版需求或需其他帮助，可致电01082317738
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| 內容簡介： |
本书以航天飞行器为应用对象，从基本导航原理入手，系统讲解了典型的导航原理、组合滤波算法和性能分析等，并通过编程示范，促进读者对导航原理和组合方法的掌握和应用。
全书共有九章，主要内容包括：航天组合导航的作用与发展趋势、向量矩阵运算基础、随机过程基础、坐标系与时间系统基础、捷联惯性导航原理、全球卫星导航原理、地形辅助导航原理、天文导航原理、视觉导航原理、组合导航滤波算法基础、惯性基组合导航方法与应用。书中各章配备了相应的练习题，同时为主要算法和例题均提供了参考程序。
本书可作为高等学校控制类、仪器类和航空航天类专业的“导航原理与技术”课程的教学用书，也可供其他相关专业师生和科技人员参考。
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| 目錄：
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第1章绪论1
1.1航空器与航天器1
1.1.1空与天1
1.1.2航空器与航天器的定义1
1.2航天器导航2
1.2.1航天器组成2
1.2.2制导、导航与控制系统3
1.2.3航天器导航系统4
1.3航天导航技术进展5
1.3.1惯性导航5
1.3.2卫星导航9
1.3.3天文导航12
1.3.4地形辅助导航15
1.3.5视觉导航16
1.3.6组合导航18
1.4本教材所包含的内容23
1.5MATLAB编程语言简介24
1.5.1软件界面简介24
1.5.2常用的操作命令25
1.5.3m文件26
1.5.4绘图27
习题30
第2章相关基础31
2.1数学基础31
2.1.1向量31
2.1.2矩阵33
2.1.3向量矩阵运算36
2.1.4数值积分38
2.1.5概率42
2.1.6随机变量44
2.1.7随机过程55
2.2坐标系和时间系统64
2.2.1三维直角坐标系64
2.2.2天球坐标系72
2.2.3时间系统75
2.2.4地球重力场模型78
习题80
第3章惯性导航82
3.1惯性仪器原理83
3.1.1加速度计83
3.1.2陀螺仪88
3.2惯性仪器标定及误差建模96
3.2.1转台标定及误差补偿96
3.2.2随机误差建模99
3.3捷联惯导解算113
3.3.1姿态解算114
3.3.2速度解算115
3.3.3位置解算116
3.4初始对准116
3.4.1静基准对准117
3.4.2动基座组合对准121
3.4.3传递对准123
3.5高动态惯导解算125
3.5.1二子样惯导解算方法125
3.5.2四子样解算算法128
习题132
第4章卫星导航134
4.1无线电定位原理134
4.2卫星信号结构135
4.2.1载波135
4.2.2测距码136
4.2.3导航电文146
4.2.4星上信号150
4.3全球卫星导航系统结构简介150
4.4卫星信号的传输151
4.4.1信号衰减151
4.4.2信号延时152
4.4.3Doppler频移152
4.5接收卫星信号的处理和导航解算153
4.5.1信号解调原理153
4.5.2接收信号的处理流程154
4.5.3基带处理155
4.5.4数据解码177
4.5.5伪距定位182
4.5.6多普勒测速185
4.5.7精度因子186
习题187
第5章地形辅助导航189
5.1TAN系统简介189
5.1.1系统组成189
5.1.2高程测量传感器190
5.1.3基准地图192
5.1.4匹配算法200
5.2SITAN算法200
5.2.1确定搜索范围200
5.2.2并行Kalman滤波算法设计201
5.2.3地形线性化方法202
5.2.4匹配准则203
5.2.5流程框图204
5.3TERCOM算法209
5.3.1搜索范围的确定209
5.3.2匹配准则209
5.43D Zernike矩匹配算法215
5.4.13D Zernike矩215
5.4.2特征向量217
5.4.3阶次和模板217
5.4.4匹配准则218
习题221
第6章视觉导航222
6.1成像模型与摄像机标定222
6.1.1相机成像模型222
6.1.2摄像机标定225
6.2视觉位姿测量228
6.2.1基于视觉的目标方位测量229
6.2.2基于单目视觉的位姿测量229
6.2.3基于立体视觉的近距离目标空间位姿测量233
6.3特征提取和特征匹配241
6.3.1图像预处理241
6.3.2特征提取245
6.3.3特征匹配255
6.4视觉导航应用举例259
6.4.1基于空间对接环的相对位姿测量259
6.4.2视觉SLAM263
习题267
第7章天文导航268
7.1天体敏感器268
7.1.1太阳敏感器268
7.1.2地球敏感器271
7.1.3恒星敏感器272
7.2基于星敏感器的星光定姿原理 273
7.2.1星表273
7.2.2星敏感器定姿算法276
7.2.3星图模拟288
7.3纯几何天文定位方法292
7.3.1航海天文定位方法292
7.3.2空间纯几何天文定位方法299
7.4基于敏感地平的天文定位方法302
7.4.1直接敏感地平法302
7.4.2间接敏感地平法303
习题306
第8章组合滤波算法基础307
8.1最优估计307
8.1.1估计307
8.1.2最优估计的一般过程308
8.2状态预测308
8.2.1有色噪声308
8.2.2线性系统模型310
8.2.3状态预测314
8.3状态滤波315
8.3.1量测建模315
8.3.2最小二乘估计315
8.3.3最小方差估计323
8.3.4概率最大估计333
8.4Kalman滤波算法335
8.4.1递推滤波算法335
8.4.2模型建立336
8.4.3算法推导336
8.4.4离散Kalman滤波算法338
8.4.5Kalman滤波使用方法346
8.4.6Kalman滤波性能分析方法353
习题372
第9章惯性基组合导航373
9.1卫星/惯性组合373
9.1.1组合模式373
9.1.2松组合模式375
9.1.3紧组合模式384
9.1.4超紧组合模式393
9.1.5深组合模式395
9.2天文/惯性组合399
9.2.1状态建模399
9.2.2量测建模400
习题404
参考文献405
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| 內容試閱：
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人类很早就有了飞天的梦想，1944年，V2火箭成功地飞跃了Karman线，成为人类历史上第一个到达太空的航天器。第二次世界大战后，航天技术得到快速发展：弹道导弹、卫星、飞船和空间站等航天器先后升空；载人登月成功实现；深空探测器不仅成功着陆火星，还飞向了太阳系的边缘。蓬勃发展的航天技术不仅为我们揭开宇宙奥秘提供了钥匙，也为我们过上更好的生活创造了条件。在航天器中，作为实时姿态、速度和位置等飞行状态的测量单元，导航系统是最关键的分系统之一，实际上，在V2火箭的研究中，一项关键任务就是研制导航系统。导航系统的正常工作是航天器自主飞行和完成各种精确任务的基础，而航天器失效或任务失败的主要因素之一就是导航系统出现故障，因此，提高导航系统的性能（特别是可靠性）一直是航天器设计的关键。通过组合滤波算法，将两个或两个以上的导航系统组合起来，构建成的组合导航系统，不仅提高了导航精度，还提升了导航系统的可靠性，因此，组合导航系统在航天器中得到了普遍应用。
目前，已经有不少教材介绍了组合导航的原理和方法，从侧重点上看，主要分为两类：一类是以组合滤波算法为重点，以某种组合导航方法为应用案例，介绍如何将滤波算法应用于组合导航系统的设计中；另一类是以导航方法为主，重点介绍导航原理和设计方法，将组合滤波算法视作设计环节之一，不作重点介绍。显然，从侧重点上看，由于前者过于重视滤波算法，而滤波算法只是组合导航的一个环节，因此，这类教材并不适用于“航天组合导航原理”的教学。后者作为“航天组合导航原理”的教材似乎更为合适；但是，目前的相关教材通常是以惯性导航和卫星导航的组合为主，很少涉及天文导航、视觉导航和地形辅助导航等其他导航方法，对滤波算法的介绍也过于简洁，不利于读者对相关原理的学习和掌握。另外，目前大部分的教材均未提供相关例程，不利于初学者理解和掌握相关算法，以及其后续应用。
针对这些问题，作者以航天器为应用对象，编写了这本以典型的导航原理和滤波算法原理介绍为重点的教材，在加强基本原理讲解的同时，配备了适当的例题，以解释和示范有关原理和方法；针对大部分导航和滤波算法，配备了示范编程代码，提供了可以执行的算法程序，以加深读者对有关算法的理解，读者后续可以基于这些例程进行更复杂的应用编程。
本教材主要包括如下几部分：
（1） 绪论和相关基础部分。这部分由第1章和第2章组成，其中：第1章主要介绍航空器与航天器的区别、航天器的组成、航天导航技术的发展历史和未来发展趋势，帮助读者建立组合导航的基本概念；第2章主要介绍本教材用到的向量、矩阵和随机过程等相关的数学知识，以及本教材使用到的主要坐标系、时间系统和地球重力场模型等基础知识，为读者学习后续的算法和导航原理奠定基础。
（2） 典型航天导航原理部分。这部分由第3章至第7章组成：第3章介绍捷联惯性导航原理，包括陀螺仪、加速度计、标定与误差建模、导航解算、初始对准和高动态解算等工作原理和解算算法；第4章介绍全球卫星导航原理，包括无线电定位原理、卫星信号结构、卫星导航系统构成、信号接收处理和导航解算等；第5章介绍地形辅助导航原理，包括地形辅助导航系统构成、SITAN匹配算法、TERCOM匹配算法和3D Zernike矩匹配算法等；第6章介绍视觉导航原理，包括双目立体视觉位姿测量原理、相机标定方法、图像预处理方法、图像特征提取方法和航天视觉导航应用等；第7章介绍天文导航原理，包括典型的天文导航敏感器和星敏感器定姿原理、天文定位原理和基于地球观测的天文定位原理等。
（3） 组合滤波算法和典型惯性基组合导航方法与应用部分。这部分由第8章和第9章组成：第8章介绍状态线性估计原理和算法，包括状态预测、状态滤波、Kalman滤波和性能分析方法等，为读者学习组合导航的滤波算法打下理论基础；第9章介绍两种典型的惯性基组合导航系统，分别为卫星/惯性组合导航和天文/惯性组合导航，并从组合模式、状态建模、量测建模和滤波算法构建等方面进行全面介绍，并给出编程示范。
本教材的每一章均配备了一定量的习题，供读者巩固有关知识点。在有关算法介绍部分，为大部分算法配备了例程，读者可以参考有关程序编制自己的算法程序。
本教材的第6章和第7章分别由北京航空航天大学的孟偲和王海涌负责编写，其余章节由北京航空航天大学的王可东和周俊杰负责编写。
由于作者水平有限，教材中难免有不当之处，欢迎读者批评指正。
作者
2024年7月
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