好书推荐:卫星导航专业书籍
来源: | 作者:北研院 | 发布时间 :2019-06-11 | 1111 次浏览: | 分享到:

看了很多公号文章,几乎没有卫星导航领域的专业书籍推荐文章,应朋友之邀,本人根据武汉大学测绘学院导航工程的专业用书,总结出下列导航专业书籍,供大家参考,如有挂一漏万之处,还请大家不吝指正。



  

《GPS测量与数据处理》:武汉大学出版社2005年03月出版图书。本书全面介绍了GPS定位技术定位原理、测量作业、数据处理等内容。主编为李征航和黄劲松,在武汉大学测绘学院导航工程系本科作为三门课程进行专业教学,可以说是一本卫星导航从入门到深入的教材。书中包括卫星导航介绍性内容、卫星导航中常用算法如精密单点定位PPP和实时动态载波相位差分技术RTK等深入分析内容。当时有一门课要求从实现矩阵运算起,包括解码诺瓦泰接收机二进制数据、手写标准单点定位SPP代程序,参考的也是这本书。如书名所示,该书讲解的是偏数据处理层面的内容。







  

《最优估计与假设检验理论及其在GNSS中的应用》:科学出版社2015年11月出版图书,由吴云主编,并作为武汉大学导航工程系本科最优估计这门课的教材。书中主要涉及如何:最优估计中常用的最小二乘估计法、递推最小二乘估计法、极大似然估计法、极大验后估计法、最小方差估计法、贝叶斯估计法等方法;动态系统的数据模型和动态系统的可控性与可测性分析;线性卡尔曼滤波、逐次线性卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波、有色噪声和自适应卡尔曼滤波、平方根滤波、UDU分解滤波和信息滤波方法;线性离散系统的最优预测与平滑;假设检验与GNSS ARAIM算法。书中涵盖了导航工程中要用到的数学原理,要求学生能闭卷手推各种常用的估计方法公式以及开卷应用卡尔曼滤波。本人用书上的符号推导过涉及到的一些公式,感觉太多符号比较冗杂,其意义不能根据记法一眼看出来。 

在读《最优估计与假设检验理论及其在GNSS中的应用》的同时,我对比阅读了杨元喜院士的《自适应动态导航定位》。该书由测绘出版社于2006年出第一版,2017年改版。这本书最早应该追溯到1993年杨元喜院士在八一出版社出版的《抗差估计理论及其应用》。对比《最优估计与假设检验理论及其在GNSS中的应用》,《自适应动态导航定位》有非常多关于抗差的内容,故更适合有一定估计理论知识的人看,但书中也有一章专门介绍卡尔曼滤波这样的基础知识。对比吴云老师的书,杨院士书中的公式推导更加易懂。所以建议初学者先看吴云老师的书,遇到问题可以到杨院士的书里找同样的推导,看完吴云老师的书后再系统地读一遍《自适应动态导航定位》。



武汉大学测绘学院的测绘工程专业还开设了测量平差这门课,使用的教材为《误差理论与测量平差基础》。这本书主要还是讲解最小二乘方法,讲的很深入,但是不涉及到卡尔曼滤波等内容。对于现在像视觉SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)中的先进优化方法也没有涉及,所以《误差理论与测量平差基础》这本书适合工程领域的人阅读,书中包含了很多工程中涉及到的平差网模型,包括导航领域也要用的GPS测量平差网,能帮助工程人员熟练解决实际工程中会碰到的问题。







  


关于组合导航系列书籍,推荐Paul D.Groves的《GNSS与惯性及多传感器组合导航系统原理》。这本书是从《Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems》翻译过来的,书中附带配套的仿真代码,包括仿真GNSS卫星、IMU数据生成、进行GNSS定位、IMU推算松组合紧组合等内容。

 



《GNSS与惯性及多传感器组合导航系统原理》从坐标系运动学开始,讲到卡尔曼滤波理论,之后分别重点讲惯导和GNSS导航,最后用三章内用(14-16章)讲组合。这本书中的组合都是以IMU的误差方程作为组合导航系统的状态方程,然后衍生出松组合和紧组合的方式。与之类似的一本书是西北工业大学秦永元教授的《惯性导航》,书中不涉及卫星导航的内容,只讲惯性导航以及加速度计和陀螺仪的器件讲解,对惯导内部器件有兴趣的读者可以参考秦教授这本书。





  

谢钢编著的《GPS原理与接收机设计》是一本非常好的包括GPS信号、算法、应用以及GPS接收机内部具体实现的一本书。在读这本书时,我已经学习了《GPS测量与数据处理》,一些内容是重复的,于是我只关注了第2章的GPS信号及导航电文和第10到13章的GPS内部组成及其运行。第10章讲的是射频前端,第11章讲载波环,第12章讲码环,第13章为接收机搜索与捕获,对于想做GNSS深组合的研究人员,这方面的知识非常有帮助。《GPS原理与接收机设计》这本书也包括了《GPS测量与数据处理》的内容,但后者更加注重数据处理,而前者涵盖的领域更为广泛。






  


GNSS系统是一个卫星系统,所以从业人员需要了解卫星轨道,这方面的参考书籍为国防科技大学出版社出版的《近地航天器轨道基础》,由郗晓宁,王威等编著。这本书主要包括卫星轨道的分类、时间系统与坐标系统、二体问题下的卫星轨道理论与初轨计算方法、卫星的摄动轨道、卫星的轨道机动和人造卫星的轨道设计等内容。通过阅读这本书,可以基本掌握人造卫星运行轨道的基础理论知识,对于GNSS卫星轨道的一些解算也会理解的更为深刻。





   

希望对卫星导航中涉及的时间问题进一步了解的读者,可以参考以下书籍:

➣《卫星导航系统时间基础》,吴海涛等编著,科学出版社;

➣《原子钟基本原理与时频测量技术》,2009-02-01,翟造成等编,上海科学技术文献出版社;

➣《时频测控技术》,周渭,偶晓娟,周晖, 2006, 西安电子科技大学出版社;

➣Packard, H., GPS and precision timing applicationsDavid W. Allan, The Science of Timekeeping Application, Notes 1289

其中《卫星导航系统时间基础》这本书共分10章,分别介绍了卫星导航系统与时间频率的关系、时间频率基础知识、卫星导航系统中的时间频率体系、卫星导航中的时间同步技术、系统时间的产生和保持、卫星和星座时间、导航信号的时间频率特性、卫星导航系统的授时及其应用、时间频率测量与校准、GNSS时间兼容与互操作等内容。全书内容基本覆盖了卫星导航系统各组成部分中的所有时间频率问题,既介绍了基本知识,也尽可能地采用了卫星导航领域最新的时间频率研究成果。

导航工程是一门集电子信息、计算机科学技术及测绘于一体的学科,上文只从测绘方面推荐了一部分专业书籍,不包含前面两个学科的一些基础书籍。另外,文章观点是我通过多年研究对一些书籍内容的个人理解和看法,如有未尽之处,希望大家批评指。