第1章緒論1 1.1航空器與航天器1 1.1.1空與天1 1.1.2航空器與航天器的定義1 1.2航天器導航2 1.2.1航天器組成2 1.2.2制導、導航與控制系統3 1.2.3航天器導航系統4 1.3航天導航技術進展5 1.3.1慣性導航5 1.3.2衛星導航9 1.3.3天文導航12 1.3.4地形輔助導航15 1.3.5視覺導航16 1.3.6組合導航18 1.4本教材所包含的內容23 1.5MATLAB編程語言簡介24 1.5.1軟件界面簡介24 1.5.2常用的操作命令25 1.5.3m文件26 1.5.4繪圖27 習題30 第2章相關基礎31 2.1數學基礎31 2.1.1向量31 2.1.2矩陣33 2.1.3向量矩陣運算36 2.1.4數值積分38 2.1.5概率42 2.1.6隨機變量44 2.1.7隨機過程55 2.2坐標系和時間系統64 2.2.1三維直角坐標系64 2.2.2天球坐標系72 2.2.3時間系統75 2.2.4地球重力場模型78 習題80 第3章慣性導航82 3.1慣性儀器原理83 3.1.1加速度計83 3.1.2陀螺儀88 3.2慣性儀器標定及誤差建模96 3.2.1轉臺標定及誤差補償96 3.2.2隨機誤差建模99 3.3捷聯慣導解算113 3.3.1姿態解算114 3.3.2速度解算115 3.3.3位置解算116 3.4初始對準116 3.4.1靜基準對準117 3.4.2動基座組合對準121 3.4.3傳遞對準123 3.5高動態慣導解算125 3.5.1二子樣慣導解算方法125 3.5.2四子樣解算算法128 習題132 第4章衛星導航134 4.1無線電定位原理134 4.2衛星信號結構135 4.2.1載波135 4.2.2測距碼136 4.2.3導航電文146 4.2.4星上信號150 4.3全球衛星導航系統結構簡介150 4.4衛星信號的傳輸151 4.4.1信號衰減151 4.4.2信號延時152 4.4.3Doppler頻移152 4.5接收衛星信號的處理和導航解算153 4.5.1信號解調原理153 4.5.2接收信號的處理流程154 4.5.3基帶處理155 4.5.4數據解碼177 4.5.5偽距定位182 4.5.6多普勒測速185 4.5.7精度因子186 習題187 第5章地形輔助導航189 5.1TAN系統簡介189 5.1.1系統組成189 5.1.2高程測量傳感器190 5.1.3基準地圖192 5.1.4匹配算法200 5.2SITAN算法200 5.2.1確定搜索范圍200 5.2.2并行Kalman濾波算法設計201 5.2.3地形線性化方法202 5.2.4匹配準則203 5.2.5流程框圖204 5.3TERCOM算法209 5.3.1搜索范圍的確定209 5.3.2匹配準則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階次和模板217 5.4.4匹配準則218 習題221 第6章視覺導航222 6.1成像模型與攝像機標定222 6.1.1相機成像模型222 6.1.2攝像機標定225 6.2視覺位姿測量228 6.2.1基于視覺的目標方位測量229 6.2.2基于單目視覺的位姿測量229 6.2.3基于立體視覺的近距離目標空間位姿測量233 6.3特征提取和特征匹配241 6.3.1圖像預處理241 6.3.2特征提取245 6.3.3特征匹配255 6.4視覺導航應用舉例259 6.4.1基于空間對接環的相對位姿測量259 6.4.2視覺SLAM263 習題267 第7章天文導航268 7.1天體敏感器268 7.1.1太陽敏感器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星圖模擬288 7.3純幾何天文定位方法292 7.3.1航海天文定位方法292 7.3.2空間純幾何天文定位方法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間接敏感地平法303 習題306 第8章組合濾波算法基礎307 8.1*優估計307 8.1.1估計307 8.1.2*優估計的一般過程308 8.2狀態預測308 8.2.1有色噪聲308 8.2.2線性系統模型310 8.2.3狀態預測314 8.3狀態濾波315 8.3.1量測建模315 8.3.2*小二乘估計315 8.3.3*小方差估計323 8.3.4概率*大估計333 8.4Kalman濾波算法335 8.4.1遞推濾波算法335 8.4.2模型建立336 8.4.3算法推導336 8.4.4離散Kalman濾波算法338 8.4.5Kalman濾波使用方法346 8.4.6Kalman濾波性能分析方法353 習題372 第9章慣性基組合導航373 9.1衛星/慣性組合373 9.1.1組合模式373 9.1.2松組合模式375 9.1.3緊組合模式384 9.1.4超緊組合模式393 9.1.5深組合模式395 9.2天文/慣性組合399 9.2.1狀態建模399 9.2.2量測建模400 習題404 參考文獻405