译 者 序
导航是保障人类交通及军事活动的重要手段。从19世纪中期开始,惯性导航技术经历100多年的时间,目前已发展成为一种涉及多学科的综合性尖端技术。卫星导航从20世纪60年代出现后,展现了巨大的优越性,加速发展的势头至今不减。两种导航的组合应用能够充分发挥两者的优势,是当前导航领域的一个研究热点,也是译者所在的导航技术实验室非常感兴趣的一个技术方向。
对导航技术感兴趣的众多科技人员和院校学生非常需要一些提供导航基础理论并关注技术应用设计方面的参考书籍。我们是一群从事导航技术研究、应用与测试的技术人员。在学习和工作过程中,我们确实感觉到参考与交流的重要性,找到合适的技术参考资料,学习和工作的效率会大大提高。因此,我们将自己在科研试验中的工作经验和研究成果进行总结归纳,撰写出版了《通信对抗装备试验》(含卫星导航干扰内容)、《卫星导航定位与抗干扰技术》等涉及导航技术的著作。同时,结合自身的应用感受,我们将自己参考过的一些外文技术书籍进行了翻译,包括《GPS软件接收机基础》、《高速传感器辅助导航》和《GPS惯性导航组合》等,这些都是我们认为比较有特色的书籍。它们被实验室用作进行导航技术学习和训练的系列教材,反映较好;同时,这些书籍出版后,得到了广大读者的肯定和鼓励,这也成为我们翻译本书的重要动力来源。
本书的特点在于其基础理论知识讲述透彻,技术应用方法思路清晰。对卫星导航基础知识的书籍而言,有关惯性导航基础知识的书籍要少得多,本书恰恰对卫星导航和惯性导航的基本原理都讲述得非常清楚。在技术应用方面,原书作者对卫星导航和惯性导航误差进行了深入分析,对卡尔曼滤波及实现组合导航的若干技术问题进行了建模分析,对应用理论知识解决实际问题时的技术思路具有示范意义。本书是一本适合高等院校相关专业师生教学参考和相关领域科研人员阅读的书籍。
本书内容主要围绕卫星导航与惯性导航的原理及其组合导航技术展开,注重从理论基础引向系统设计方法。书中主要介绍了GNSS和INS的基本理论,详细分析了如何对GNSS和INS组合实施有效的卡尔曼滤波,从而提高导航定位精度,提供了INS运行所必需的数学模型、卡尔曼滤波的MATLAB实现算法及GNSS/INS组合仿真的MATLAB实现。
本书以《GPS惯性导航组合》为基础,并根据GNSS/INS技术的重要进步和审阅者及读者的一些建议,增加了GNSS系统的升级和其他当前正在开发的系统的有关进展以及GNSS/INS组合等方面的内容。
本书由陈军、余金峰、纪学军、安新源、孙吉、赵彬和云超翻译。参加翻译的还有李飞、王大明、崔建勇、芦秀伟、商向永、余辉、窦赛、李星和张耀春等。本书由中国电子科技集团第五十四所副所高晓滨研究员主审。
易翔和梁高波等参与了本书上一版《GPS惯性导航组合》的翻译工作,黄静华、郭伟锋、黄璞和李鹏等对本书的校对做了大量工作,××重点实验室主任××研究员对译稿进行了仔细审阅并提出了许多宝贵意见,在此谨致深切谢意。
原书所配光盘中的内容,读者可以登录华信教育资源网(www.hxedu.com.cn)注册后免费进行下载。
由于译者水平有限,书中难免存在错误和不足之处,恳请读者批评指正。
译 者
致 谢
我们感谢克莱尔蒙特研究生大学的John Angus教授、加利福尼亚大学河滨分校的Jay A. Farrell和New Brunswick大学的Richard B. Langley在本书的编写和出版过程中所给予的帮助。感谢雷神公司的Laura A. 女士在第8章(差分GNSS)和MATLAB程序代码方面提供的专业性帮助。特别要感谢加利福尼亚州立大学的Larry Weill博士在第7章抗多径算法方面所做的贡献。
A. P. A.感谢莫斯科航空研究院的Andrey Podkorytov对施密特-卡尔曼滤波器的修改;感谢来自Northrop Grumman的Randall Core和来自C. S. Draper实验室的Michael Ash对惯性传感器技术IEEE初步标准方面的工作;感谢GPSoft公司的Michael Braasch博士提供的GPSoft INS和GPS MATLAB工具箱的评估版;感谢Jeff Schmit博士和Robert F. Nease博士,他们分别作为工程部原副总裁和自动控制部首席科学家,提供了关于早期惯性导航的相关信息;感谢Edward H. Martin提供了关于GPS/INS组合导航早期历史的相关信息;感谢Helen Boltinghouse女士提供了关于其已故丈夫Joseph C. Boltinghouse的个人回忆录。
C. G. B.感谢俄亥俄大学及其优秀教职员和学生们,在这些年中,作者和他们在教学和研究中进行了愉快的互动交流。在这样良好的环境下,他能够开展广泛的研究,并将这些研究成果撰写出版。还要感谢NovAtel公司的Pat Fenton和Samantha Poon、Sensor Systems公司的Dave Brooks、Roke公司的James Horne及u-blox公司的Herbert Blaser,感谢他们提供了天线方面的信息。
出 版 说 明
对定位和导航的需求伴随着人类文明的发展史,进入21世纪以来,人类社会对这种需求却从未像今天这样迫切。定位和导航技术在国防和军事上的重要性不言而喻,同时在民用领域也已经展现了巨大的应用前景和广阔的商业市场,势必在不远的将来改变我们每个人的思维方式和生活习惯。随着现代科学技术的发展,尤其是通信、航天和半导体技术的飞速发展,基于卫星的无线电导航系统已经成为目前主流的定位和导航系统的系统架构。目前,全世界已经投入运行的卫星定位和导航系统有美国的GPS和俄罗斯的GLONASS,正在发展的有欧盟的伽利略系统和中国的北斗卫星导航系统。从系统构成的角度分析,基于卫星的定位和导航系统主要由空间卫星网络、地面控制中心和用户终端构成;从技术的角度分析,卫星定位和导航系统包括卫星姿态控制、卫星通信、原子钟技术、控制理论、微电子技术、系统状态参数估计和测绘测量等诸多现代科技分支。总体而言,基于卫星的定位和导航系统是现代科技多分支的有机结合,体现了一个国家的综合技术实力,是当前世界大国和主要利益集团之间竞相发展和竞争的热点科技领域。
在这样的背景下,为了推进祖国卫星定位和导航技术的快速发展,同时共享世界上已经成熟的相关理论和应用,我们携手业界知名专家和相关技术人员,借鉴了在学术界和工业界都已经成熟的卫星定位和导航理论,注重实际经验的总结与提炼,策划出版了这套面向21世纪的“卫星定位与导航系列丛书”。本套丛书中除了有国内专家、学者创作的技术专著外,还包括我们精挑细选从国外引进的一些精品图书。丛书的作、译者都是当今站在卫星定位和导航技术前沿的专家、学者及相关技术人员,丛书凝聚了他们在理论研究和实践工作中的大量经验和体会,以及电子工业出版社编辑的心血和汗水。丛书立足于卫星定位和导航系统中所涉及的最新和成熟技术,以实用性、工具性、可读性强为特色,注重读者在实际工作和学习中最关心的问题,涵盖了从初学者到具有一定水平的工程技术开发人员和学术研究人员的不同需求,对卫星定位和导航技术的基本概念、多学科的技术细节和实现,以及未来技术展望进行了深入浅出的翔实论述。其宗旨是将卫星定位和导航技术中最实用的知识、最经典的技术应用奉献给业界的广大读者,使读者通过阅读本套丛书得到某种启示,在日常工作中有所借鉴。
本套丛书的读者定位于卫星定位和导航相关产业的工程技术人员、技术管理人员,高等院校相关专业的高年级本科生、研究生,以及所有对卫星定位和导航技术感兴趣的人。
在本套丛书的编辑出版过程中,我们得到了业界许多专家、学者的鼎力相助,丛书的作、译者为之付出了大量的心血,对此,我们表示衷心感谢!同时,也热切欢迎广大读者对本套丛书提出宝贵意见和建议,或推荐其他优秀的选题(E-mail:mariams@phei.com.cn),以帮助我们在未来的日子里,为广大读者及时推出更多、更好的卫星定位和导航技术类优秀图书。
电子工业出版社
2015年12月