本书内容秉承了经典结论，同时穿插了一些实践工程中面临的现实问题，结合编者多年的实践工程经验，理论与实践相结合，采用通俗易懂的语言，深入浅出地描述了各类系统工作情况，系统性地总结了典型导航系统的基本原理及实现过程，便于读者清晰地理解和学习导航知识，领悟导航的内涵，触摸导航系统的真谛，有效地提高专业素养。

    本书内容秉承了经典结论，同时穿插了一些实践工程中面临的现实问题，结合编者多年的实践工程经验，理论与实践相结合，采用通俗易懂的语言，深入浅出地描述了各类系统工作情况，系统性地总结了典型导航系统的基本原理及实现过程，便于读者清晰地理解和学习导航知识，领悟导航的内涵，触摸导航系统的真谛，有效地提高专业素养。

　　本教程将导航系统的理论与工程实践相结合，针对导航系统学习中遇到的问题，用通俗易懂的语言简明扼要地进行论述。本书既可作为有关专业本科生和研究生的教学用书或参考书，也可作为推广普及导航系统的技术读物和培训教材。 
　　导航系统是用于引导运载体由出发点安全准确到达目的地的重要手段，是传感器技术、计算机技术、导航技术、信息处理技术等高度融合的产物。作为运载体运动过程中的“眼睛”，时刻精准地描述了“在哪儿”的问题。然而在多数人的眼中，导航系统似乎是神秘不可知的黑匣子。为了让更多的感兴趣者或者学习者充分地了解导航系统，本书以此作为编写宗旨，结合工程实践和多年的教学经验，以基础知识和基本原理为主，简单明了、突出重点地阐述不同类型的导航系统，并以实例形式进行总结。 
　　全书共8章，第1章在对导航和导航系统概括性释义基础上，介绍了导航系统的分类及其发展情况；第2章主要阐述与导航系统设计有关的基础知识，重点分析了与地球相关的模型和参数，以及导航系统的基石“坐标系及其坐标变换”；第3～6章分析了以自主式惯性导航系统为代表的方方面面，其中，第3、4章主要介绍了平台惯性导航系统及其误差分析，在此基础上，第5、6章重点讨论了捷联惯性导航系统及其初始对准过程；第7章描述了以GPS为代表的卫星导航系统的基本原理及发展情况；第8章介绍了以捷联惯性导航系统和卫星导航系统为对象的组合导航系统，紧密跟踪国内外研究情况，重点阐述了不同组合模式的异同，并引入组合导航定位系统实例，用案例给出了组合导航系统的“分析—设计—验证”全过程。 
　　全书由两位作者共同编写，第2～4章和第7章由富立编写，第1、5～6、8章由王玲玲编写。教研组全体研究生参与了全书的校验和审核，富立完成统稿工作。 
　　本教材配有教学资源PPT课件，如有需要，请登录电子工业出版社华信教育资源网，注册后免费下载。 
　　限于作者水平，书中难免出现不妥和错误之处，欢迎各位读者热心批评指正，以便本书逐步完善。 
　　编著者 
　　2017年4月于北京 

     富立：博士，博士后，北京航空航天大学教授，主要工作：承担自动化专业导航方向的理论课程教学以及实践教学；并从事控制科学与工程领域的相关方向科学研究。

目 录
第1章 绪论 1
1．1 导航与导航系统含义 1
1．2 导航系统分类 3
1．2．1 基于获取导航信息方式的分类情况 3
1．2．2 基于确定导航信息方式的分类情况 4
1．2．3 与应用对象有关的分类情况 4
1．3 导航系统发展与应用 5
1．3．1 惯性导航系统发展与应用 5
1．3．2 卫星导航系统发展与应用 7
1．3．3 其他新型导航系统发展 8
1．3．4 组合导航系统发展 10
1．4 导航系统性能评价指标 11
第2章 导航的基本知识 15
2．1 概述 15
2．2 地球的几何形状与重力场 15
2．2．1 地球的形状描述 15
2．2．2 垂线、纬度和高度定义 17
2．2．3 参考椭球的曲率半径 18
2．2．4 地球的重力场 23
2．3 导航中常用坐标系 24
2．4 地球导航定位方法 27
2．4．1 基于参考椭球的定位方法 27
2．4．2 定位参数间的变换 28
2．5 坐标变换 29
2．5．1 方位余弦构造法 29
2．5．2 欧拉角构造法 30
2．5．3 坐标系之间的变换 32
2．5．4 坐标变换矩阵微分方程 36
2．6 导航系统基本力学编排方程 40
练习题 42
第3章 平台惯性导航系统 43
3．1 概述 43
3．2 舒拉摆及其在惯导系统中的实现 43
3．3 惯性平台 45
3．3．1 单轴惯性平台 45
3．3．2 三环三轴惯性平台 48
3．3．3 四环三轴惯性平台 50
3．4 平台惯导标准力学编排 52
3．4．1 指北方位力学编排方程 52
3．4．2 游动方位力学编排 54
3．5 平台惯导垂直通道阻尼 58
练习题 61
第4章 惯性导航系统误差分析 63
4．1 概述 63
4．2 惯导系统误差方程 64
4．2．1 位置误差方程 64
4．2．2 速度误差方程 65
4．2．3 姿态误差方程 67
练习题 72
第5章 捷联惯性导航系统 73
5．1 概述 73
5．2 捷联惯性导航系统基本原理 74
5．2．1 捷联惯导系统指北方位力学编排方程 74
5．2．2 捷联惯导系统游动方位力学编排 76
5．2．3 平台惯导系统和捷联惯导系统的比较 77
5．3 捷联惯性导航系统姿态表示方法 78
5．3．1 四元数法 78
5．4 捷联惯性导航系统计算 86
练习题 97
第6章 捷联惯性导航系统的初始对准 99
6．1 概述 99
6．2 粗对准方法 99
6．3 卡尔曼滤波技术简介 102
6．4 精对准方法 104
练习题 107
第7章 卫星导航系统 109
7．1 概述 109
7．2 GPS的组成与特点 109
7．3 GPS的基本定位原理 112
7．3．1 伪码定位原理 112
7．3．2 差分GPS工作原理 114
7．3．3 载波相位测量原理 115
7．3．4 GPS定位算法 116
7．4 几何误差系数及最佳导航星选择方法 119
7．4．1 几何误差系数描述 119
7．4．2 最佳星座的选择 120
7．5 GPS误差分析和误差模型 121
练习题 125
第8章 组合导航系统 127
8．1 概述 127
8．2 GPS/INS组合导航系统 127
8．2．1 松散组合模式 128
8．2．2 紧密组合模式 129
8．2．3 不同组合模式综合比较与发展 130
8．2．4 组合卡尔曼滤波器 134
8．3 GPS/DRS组合导航定位系统实例 136
8．3．1 航迹推算系统简介 136
8．3．2 GPS/DRS组合导航定位系统结构 138
8．3．3 GPS/DRS组合导航定位系统误差分析 139
8．3．4 组合导航滤波器的设计与实现 142
8．3．5 GPS/DRS组合导航定位系统实验验证 146
8．4 MIMU/MR/GPS组合导航系统实例 149
8．4．1 MIMU/MR/GPS组合导航结构 149
8．4．2 MIMU/MR/GPS组合导航子滤波器设计 151
8．4．3 MIMU/MR/GPS组合导航系统动态测试 154
练习题 158
参考文献 159