导航原理(第2版)

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量描述，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，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。

吴德伟，军队学科拔尖人才、博士生导师，先后被评为全军优秀教师、全军院校教书育人优秀教员、空军首届“十大”杰出青年；主持国家自然科学基金项目2项；《导航原理》课程被评为省级精品课程，省高校优秀教材一等奖。

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2
1.1.3 任务3
1.2 导航的参量3
1.2.1 角度参量4
1.2.2 距离参量6
1.2.3 速度参量6
1.2.4 时空信息7
1.3 位置线与位置面8
1.3.1 等角位置线、位置面8
1.3.2 等距位置线、位置面9
1.3.3 等距差位置线、位置面9
1.3.4 等距和位置线、位置面10
1.3.5 位置线典型应用11
1.4 导航的发展与运用13
1.4.1 天文导航14
1.4.2 地磁导航16
1.4.3 无线电导航17
1.4.4 惯性导航18
1.4.5 其他导航19
1.5 本书的结构22
复习和作业题123
第2章 导航的数学基础24
2.1 坐标及其变换24
2.1.1 惯性坐标系24
2.1.2 地球坐标系25
2.1.3 运行体及平台坐标系27
2.1.4 直角坐标系间的旋转变换29
2.1.5 极坐标系30
2.2 运动状态描述31
2.2.1 微分多项式模型31
2.2.2 匀速运动模型32
2.2.3 匀加速运动模型33
2.2.4 其他运动模型34
2.3 导航误差分析基础34
2.3.1 数字特征描述35
2.3.2 统计特征描述35
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46
2.5 小结48
复习和作业题249
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53
3.2.1 收发一方运动的多普勒效应53
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55
3.3 无线电信号56
3.3.1 信号特性56
3.3.2 天线方向图57
3.3.3 传播方式62
3.3.4 信道特性分析65
3.3.5 电波传播对无线电导航信号的影响67
3.3.6 场地环境对无线电导航信号的影响68
3.4 光探测基础73
3.4.1 光电探测系统73
3.4.2 光接收机原理75
3.5 陀螺仪与加速度计78
3.5.1 力学基础79
3.5.2 陀螺仪原理81
3.5.3 加速度计原理83
3.6 重力场基础84
3.7 地磁场基础85
3.8 相对论影响87
3.9 小结90
复习和作业题390
第4章 导航测角原理91
4.1 概述91
4.2 振幅式导航测角92
4.2.1 振幅式无线电导航测角92
4.2.2 振幅式无线电导航测角误差分析96
4.2.3 振幅式光学导航测角100
4.3 相位式导航测角101
4.3.1 相位式无线电导航测角101
4.3.2 相位式无线电导航测角误差分析105
4.4 时间式导航测角107
4.4.1 时间式无线电导航测角107
4.4.2 时间式无线电导航测角误差分析112
4.5 频率式导航测角113
4.5.1 频率式无线电导航测角113
4.5.2 偏流角测量的准确度分析114
4.6 惯性力学测角114
4.6.1 水平面内的陀螺寻北原理114
4.6.2 非水平面内的陀螺寻北原理116
4.6.3 陀螺寻北的误差分析119
4.7 地磁感应测角120
4.7.1 罗航向和罗差120
4.7.2 地磁感应测角原理121
4.8 小结122
复习和作业题4123
第5章 导航测距原理124
5.1 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128
5.2.2 码相关测距132
5.2.3 频率式测距134
5.3 无线电导航测距差143
5.3.1 脉冲式测距差143
5.3.2 相位式测距差144
5.3.3 脉冲/相位式测距差145
5.3.4 多普勒积分测距差145
5.4 光学导航测距146
5.4.1 主动式测距146
5.4.2 被动式测距147
5.5 气压测高147
5.5.1 气压高度148
5.5.2 气压高度表模型149
5.5.3 气压高度表误差补偿150
5.6 小结150
复习和作业题5151
第6章 导航测速原理152
6.1 主动式导航测速152
6.1.1 单波束多普勒测速153
6.1.2 双波束多普勒测速154
6.1.3 多波束多普勒测速156
6.1.4 多普勒测速的准确度分析158
6.1.5 声相关测速160
6.2 被动式导航测速161
6.2.1 惯性导航测速161
6.2.2 卫星导航测速162
6.2.3 电磁测速164
6.2.4 航空动压测速165
6.2.5 视频（觉）测速168
6.3 小结170
复习和作业题6170
第7章 导航定位原理171
7.1 概述171
7.1.1 非线性方程解算171
7.1.2 导航定位误差分析175
7.2 几何导航定位181
7.2.1 测距导航定位181
7.2.2 测距差导航定位186
7.2.3 测角导航定位188
7.2.4 复合式导航定位192
7.3 推算导航定位195
7.3.1 惯性推算导航定位196
7.3.2 多普勒雷达推算导航定位197
7.4 匹配导航定位198
7.4.1 匹配导航定位基础199
7.4.2 一维线匹配导航定位204
7.4.3 二维面匹配导航定位211
7.5 小结213
复习和作业题7213
第8章 组合导航原理214
8.1 概述214
8.1.1 传感器数据融合214
8.1.2 组合导航的概念215
8.2 组合导航理论215
8.2.1 组合导航方式215
8.2.2 信息分配准则216
8.2.3 组合导航精度217
8.2.4 组合系统可靠性218
8.3 组合导航实现219
8.3.1 典型配置结构219
8.3.2 工作性能分析223
8.4 小结224
复习和作业题8225
第9章 飞行器导航控制应用226
9.1 概述226
9.2 飞行控制原理228
9.2.1 飞行状态描述及其实时感知228
9.2.2 飞行操纵方式229
9.2.3 飞行控制方法230
9.2.4 飞机姿态控制232
9.2.5 飞行轨迹控制234
9.3 导航控制系统应用238
9.3.1 自动航线飞行控制238
9.3.2 自动进近与着陆飞行控制242
9.4 小结251
复习和作业题9251
附录A 导航术语中英对照表253
附录B 随机过程与噪声268
B.1 随机过程的统计描述268
B.2 平稳随机过程270
B.3 高斯随机过程271
B.4 噪声272
参考文献275