Inertial Navigation Systems With Geodetic Applications pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Walter De Gruyter Inc

作者:Jekeli, Christopher

出品人:

頁數:352

译者:

出版時間:

價格:124

裝幀:HRD

isbn號碼:9783110159035

叢書系列:

圖書標籤:

• 慣性導航係統
• 大地測量學
• 導航
• 定位
• 姿態估計
• 誤差分析
• 濾波算法
• 傳感器
• Geodetic Applications
• INS

好的，以下是一本關於“慣性導航係統與大地測量學應用”的圖書的詳細內容簡介，該簡介將重點介紹該領域的核心概念、技術、挑戰以及未來發展方嚮，力求詳實且具有專業深度。 --- 《慣性導航係統與大地測量學應用：理論基礎、關鍵技術與前沿探索》 內容概述 本書旨在全麵、深入地探討慣性導航係統（INS）在現代大地測量學與地球空間定位領域中的核心原理、關鍵技術及其廣泛應用。慣性導航作為一種獨立於外部信號（如GPS/GNSS）的自主定位、導航與定嚮技術，在諸多高精度、高可靠性要求的場景中扮演著不可或缺的角色。本書不僅係統梳理瞭慣性導航係統的基本理論框架，更著重於闡述如何將這些技術與大地測量學的嚴謹要求相結閤，以應對復雜的地球物理環境和工程挑戰。 全書結構清晰，內容覆蓋從基礎的誤差理論到前沿的融閤技術，麵嚮對象包括地球物理學傢、大地測量工程師、導航與控製領域的科研人員及研究生。 第一部分：慣性導航係統的基礎理論與誤差分析 本部分為全書的理論基石，詳細介紹瞭慣性導航係統的核心組成、工作原理及其數學模型。 第一章：慣性導航係統概述 本章首先界定瞭慣性導航的概念及其在現代導航體係中的地位，區分瞭慣性測量單元（IMU）和慣性導航係統（INS）的差異。隨後，對慣性導航的核心敏感元件進行瞭詳盡的介紹，包括： 比力計（Accelerometers）：深入探討瞭不同類型比力計（如撓性懸掛式、石英共振式、光縴陀螺（FOG）和激光陀螺（RLG）的原理、性能指標（如漂移率、零偏不穩定性、刻度因子誤差）及其在不同應用場景下的適用性。 陀螺儀（Gyroscopes）：重點分析瞭陀螺儀的誤差模型，包括隨機誤差（如角度隨機遊走、速率隨機遊走）和確定性誤差（如軸位誤差、偏差）。 第二章：導航坐標係與運動學轉換 導航係統的核心在於準確地描述物體在地球參考係下的運動。本章詳細闡述瞭導航坐標係的建立與選擇，包括： 經典坐標係：地球固連坐標係（ECEF）、導航坐標係（ENU/NED）以及它們的相互轉換關係。 高精度轉換方法：詳細推導瞭從載體坐標係到導航坐標係的微分方程，重點討論瞭歐拉角序列和四元數在描述平颱姿態方麵的優缺點及應用條件。 第三章：慣性導航係統的誤差模型與補償 本章是理解INS係統精度的關鍵。我們對導航誤差源進行瞭係統性的分類和建模： 隨機誤差模型：基於卡爾曼濾波理論，對陀螺儀和加速度計的噪聲特性進行嚴格的數學描述（如Allan方差分析法）。 係統性誤差與對準誤差：分析瞭係統刻度因子誤差、軸位對準誤差對長期導航精度的影響，並探討瞭初始對準（包括靜基座對準、動基座對準）的誤差傳播規律。 地球物理效應校正：詳細介紹瞭科裏奧利力、離心力以及地球非正交性對導航計算的影響與精確補償方法。 第二部分：大地測量學中的關鍵應用與高精度實現 本部分將慣性技術與大地測量學的嚴格要求相結閤，探討INS如何解決傳統定位方法的局限性。 第四章：大地測量參考框架與INS集成 大地測量學依賴於精確的地球參考框架。本章探討瞭INS如何與全球導航衛星係統（GNSS/GPS）以及其他大地測量數據源進行有效集成。 鬆耦閤與緊耦閤架構：詳細分析瞭INS/GNSS融閤係統的架構設計，包括狀態嚮量的定義、量測模型和係統模型的構建。特彆關注在GNSS信號丟失或受限環境下的航位推算（Dead Reckoning）能力。 大地水準麵與重力場建模：討論瞭高精度比力計在測量重力梯度和進行局部大地水準麵確定中的潛力，以及如何利用這些數據來輔助INS係統的誤差約束。 第五章：航空與海洋高精度定位 本書聚焦於慣導係統在復雜運動環境下的性能錶現。 航空應用：重點分析瞭在飛機機動飛行中，INS如何維持高姿態精度，以及如何通過間歇性/周期性地影測量（如利用光縴陀螺的定嚮能力）來校正漂移。討論瞭慣導輔助的絕對定位係統（ADS）技術。 海洋定位與水下導航：深入研究瞭水下環境對INS的影響，如聲速剖麵變化、海流擾動。重點講解瞭多通道聲學定位（USBL/LBL）與INS的集成，以及在水下自主航行器（AUV）中實現厘米級高精度相對定位的技術。 第六章：地麵測量與移動測量係統（MMS） 在地麵測繪領域，INS與激光雷達（LiDAR）和攝影測量技術的結閤是當前的熱點。 時間同步與標定：詳細闡述瞭IMU/LiDAR/GNSS係統的時間同步技術（時鍾同步誤差分析）和空間外部標定（External Calibration）方法，確保係統整體的幾何精度。 軌跡優化與後處理：介紹瞭基於全局優化算法（如最小二乘法）的INS/GNSS後處理技術（PP-INS），用於消除實時解算中纍積的誤差，達到厘米級甚至毫米級的地麵點雲定位精度。 第三部分：前沿技術與未來挑戰 本部分展望瞭慣性導航技術在應對更嚴苛環境和追求更高性能方麵的最新研究成果。 第七章：光縴陀螺與環形激光陀螺的新進展 聚焦於高性能傳感器的發展趨勢： 高精度FOG技術：分析瞭下一代光縴陀螺在偏置穩定性、抗振抗衝擊方麵的突破，及其在慣性基準站中的應用。 量子慣性技術：初步介紹瞭基於冷原子乾涉和量子傳感技術的慣性測量設備，探討其理論精度極限和工程化前景。 第八章：非綫性濾波與自適應控製 針對INS模型中的非綫性問題和環境不確定性，本章探討瞭高級估計方法： 擴展卡爾曼濾波（EKF）與無跡卡爾曼濾波（UKF）：對比瞭它們在處理INS非綫性誤差模型時的性能差異。 粒子濾波（PF）：在極端非綫性或非高斯噪聲環境下，粒子濾波作為一種非參數化工具的應用探討。 自適應濾波：研究瞭係統如何根據外部環境變化（如劇烈振動、磁場乾擾）自動調整噪聲協方差矩陣，以優化濾波性能。 第九章：抗乾擾與自主導航的未來 本章探討瞭INS係統在麵對現代導航挑戰時的魯棒性設計： 磁場敏感性與校正：詳細分析瞭高精度IMU對環境磁場的敏感性，並介紹瞭多軸磁力計輔助的姿態輔助校正技術。 自主決策與深度學習：探索利用深度學習模型對INS曆史誤差數據進行建模和預測，以提升長期自主導航的可靠性，尤其是在復雜城市峽榖或深空任務中的應用潛力。 結論 本書通過嚴謹的理論推導和豐富的工程實例，構建瞭一座連接經典慣性導航理論與現代大地測量實踐的橋梁。讀者將獲得對慣性係統誤差敏感性、係統集成優化以及未來技術發展方嚮的深刻理解，為從事高精度自主定位、地球物理測量以及先進導航係統設計的人員提供堅實的理論支撐和實用的技術參考。

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