高动态飞行器是当前各军事强国竞相发展的空天结合部新型飞行平台，而SINS/GPS超紧耦合导航方式能够很好地满足此类高动态及强干扰等复杂条件下飞行器的应用需求，逐渐成为组合导航领域的一个研究热点，必将成为惯导/卫星组合系统的新一代设计模式。本书主要介绍了作者长期从事“组合导航技术”研究的科研项目成果，围绕着高动态飞行器SINS/GPS超紧耦合导航系统的构建，详细介绍了系统所涉及的几项关键技术，即高动态捷联惯导解算技术、高动态GPS卫星信号快速捕获技术、超紧耦合跟踪技术、超紧耦合导航智能容错滤波技术、超紧耦合导航系统在线故障检测技术和组合导航信息融合算法品质评估技术，同时也融入了作者在该领域多年的研究心得及创新方法。
全书内容分四部分，共八章。第一部分包括第1章和第2章，主要介绍了SINS/GPS超紧耦合导航技术的原理及方法，重点对比分析并设计了可行的超紧耦合结构；第二部分由第3章组成，专门研究了高动态捷联惯导解算算法；第三部分包括第4章和第5章，主要介绍了基于超紧耦合结构的高动态卫星信号捕获跟踪技术；第四部分包括第6~8章，针对精度、可靠性及方法评估问题重点阐述了超紧耦合导航信息融合技术及方法，并给出了创新研究的成果。
本书内容翔实，专业性及针对性强，理论与实践并重，适合作为航空航天、自动控制、武器系统工程、电子等领域从事组合导航专业的工程技术人员和科研院所人员的自学参考书，也可作为控制科学与工程学科的研究生教材或参考用书。
高动态临近空间飞行器是当前各军事强国竞相发展的空天结合部新型飞行平台，其可预见的战略意义极其深远，而高精度、高可靠性的导航技术则是制约此类飞行器实现远距离作战及其他飞行任务的关键环节之一。捷联惯性导航系统(SINS)/全球卫星定位系统(GPS)超紧耦合导航技术能够很好地满足高动态及强干扰等复杂条件下的飞行器应用需求，逐渐成为组合导航领域的研究热点，必将成为惯导/卫星组合系统的新一代设计模式。本书对高动态飞行器SINS/GPS超紧耦合导航关键技术进行了介绍，重点讲述了高动态捷联惯导解算技术、高动态GPS卫星信号快速捕获技术、超紧耦合跟踪技术、超紧耦合导航智能容错滤波技术、超紧耦合导航系统在线故障检测技术、组合导航信息融合算法品质评估技术等六项关键技术。
第1章系统介绍了高动态飞行器SINS/GPS超紧耦合导航技术的概况，重点阐述了SINS/GPS超紧耦合技术的国内外研究动态及关键技术。
第2章对SINS/GPS超紧耦合结构进行了分析及设计，给出了不同的超紧耦合结构，并完成了建模研究，对各种结构的性能进行了综合对比分析，在此基础上设计了一种基于双回路的超紧耦合结构，围绕此结构指出并分析了本书所讲述的关键问题。
第3章介绍了高动态捷联惯导解算算法。针对高动态条件对捷联解算引入的问题，本章在分析对比几种姿态更新算法的基础上，介绍了一种改进的等效旋转矢量三子样多回路迭代算法，通过低动态和高动态实验对算法进行了分析验证。
第4章介绍了高动态GPS卫星信号快速捕获算法。本章对典型的高动态卫星信号捕获算法进行了分类介绍，对比分析了算法的各自特点，针对具有提升潜力的基于FFT的捕获算法，给出了一种快速捕获算法；同时，进一步介绍了一种SINS辅助GPS信号快速重捕获方法。
第5章介绍了基于抗差自适应CKF的超紧耦合跟踪方法。本章首先建立了非线性跟踪环路模型，然后介绍了容积卡尔曼滤波CKF算法的基本原理，并将其与典型的非线性UKF算法进行了对比分析；结合自适应技术讲述了一种基于抗差自适应的CKF算法，以提高算法在复杂环境下的适应性能，并将其应用于超紧耦合跟踪解算过程；利用SINS/GPS超紧耦合导航软件接收系统平台，对所设计的超紧耦合结构和提出的跟踪方法进行了验证分析。
第6章介绍了SINS/GPS超紧耦合导航智能容错滤波方法。为解决模型不准确对引入信息融合算法的影响，本章讲述了一种基于遗传模糊控制的智能自适应容错滤波算法，将模糊控制技术应用于滤波算法中。考虑到传统模糊推理系统中自学习能力不足的问题，应用遗传算法对隶属度函数进行了优化，建立了更为精确的模糊推理模型，提高了导航系统的定位解算精度和容错性能。
第7章介绍了SINS/GPS超紧耦合导航系统在线故障检测方法。为解决高动态飞行器超紧耦合导航系统的在线故障检测问题，本章介绍了基于非解析模型的故障检测技术以及一种基于信度规则库(BRB)的导航系统故障检测方法；考虑到系统实时性的要求，提出了基于期望最大化(EM)算法，推导了BRB系统的参数在线估计算法，并给出了参数更新的递推表达式；同时，为充分利用有用信息，保证系统的导航精度，设计了故障处理及重构方案；利用SINS/GPS超紧耦合导航软件接收系统平台，验证了在线故障检测方法的有效性。
第8章介绍了组合导航信息融合算法的品质评估方法。本章首先对组合导航信息融合算法的品质性能进行了综合分析，基于此给出了一套品质指标体系及其定义与表征；然后讲述了模糊综合评判技术，介绍了模糊综合评判模型，用以评估算法的品质；基于所建立的SINS/GPS超紧耦合导航软件接收系统，进一步搭建了SINS/GPS超紧耦合系统仿真评估平台，对三种信息融合算法进行了评估实验分析。
本书编写人员有赵欣、何兵、秦伟伟、刘刚。第1章由赵欣、刘刚撰写，第2章由赵欣、何兵撰写，第3章由赵欣、秦伟伟撰写，第4~6章由赵欣撰写，第7章由赵欣、秦伟伟撰写，第8章由何兵撰写，全书由赵欣统稿。需着重指出的是，在本书的撰写过程中，要特别感谢火箭军工程大学王仕成教授的支持，部分工作是在王仕成教授的指导下完成的，在此对王教授致以衷心的感谢。此外，本书的部分研究工作得到了国家自然科学基金项目“高超声速飞行器超紧耦合自主可靠导航方法研究”〔批准号：61503393〕的资助。
本书是作者近年来研究成果的总结，正文最后列出的参考文献为本书的基本内容提供了素材，并被部分引用，在此，谨向相关作者表示感谢。由于作者水平有限，书中疏漏和不妥之处在所难免，恳请专家和读者不吝赐教。
第1章 高动态飞行器SINS/GPS超紧耦合导航技术概述 1
1.1 超紧耦合导航技术的产生背景及意义 1
1.2 SINS/GPS超紧耦合导航技术的国内外研究现状 3
1.2.1 SINS/GPS超紧耦合技术研究动态 3
1.2.2 高动态SINS/GPS超紧耦合关键技术研究分析 8
第2章 SINS/GPS超紧耦合结构分析及设计 14
2.1 SINS/GPS集中式超紧耦合结构及建模 14
2.1.1 集中式超紧耦合结构 14
2.1.2 SINS和GPS子系统误差模型 15
2.1.3 SINS/GPS集中式超紧耦合导航系统模型建立 17
2.2 SINS/GPS级联式超紧耦合结构及建模 21
2.2.1 基于辨识器的SINS/GPS超紧耦合结构及模型 21
2.2.2 基于ERC的SINS/GPS超紧耦合结构及模型 24
2.2.3 基于预滤波器的SINS/GPS超紧耦合结构及模型 26
2.3 超紧耦合结构性能对比分析 29
2.4 基于双回路的SINS/GPS级联式超紧耦合结构设计 31
2.5 关键问题 34
第3章 高动态捷联惯导解算算法 37
3.1 捷联解算基本过程 37
3.2 捷联惯导系统姿态解算算法 38
3.2.1 姿态更新算法对比 38
3.2.2 等效旋转矢量法 39
3.3 等效旋转矢量三子样多回路迭代算法 39
3.4 算法性能分析 42
3.5 捷联解算仿真实验 43
3.5.1 低动态实验 43
3.5.2 高动态仿真实验 44
第4章 高动态GPS卫星信号快速捕获算法 46
4.1 典型GPS信号捕获算法对比分析 46
4.1.1 典型高动态GPS卫星信号捕获算法基本原理 46
4.1.2 典型高动态GPS卫星信号捕获算法对比分析 48
4.2 高动态GPS信号快速捕获算法 49
4.2.1 快速捕获算法基本步骤 49
4.2.2 快速捕获算法的性能分析 52
4.3 SINS辅助GPS信号快速重捕获方法 53
4.4 快速捕获算法仿真实验 55
4.4.1 基于实测中频信号的捕获实验 55
4.4.2 基于高动态中频信号的捕获实验 56
第5章 基于抗差自适应CKF的超紧耦合跟踪方法 59
5.1 非线性跟踪环路建模 59
5.2 容积CKF算法 61
5.2.1 容积规则 61
5.2.2 CKF算法基本流程 62
5.3 CKF与UKF性能对比分析 65
5.4 抗差自适应CKF 66
5.5 SINS/GPS超紧耦合跟踪性能仿真实验 70
5.5.1 基于数字仿真器的弱信号场景实验 70
5.5.2 基于卫星信号模拟器的高动态场景实验 78
第6章 SINS/GPS超紧耦合导航智能容错滤波方法 83
6.1 模糊理论基础 83
6.2 基于遗传模糊控制的智能自适应容错滤波算法 84
6.2.1 模糊自适应容错扩展卡尔曼滤波 84
6.2.2 遗传模糊控制系统 86
6.3 超紧耦合导航滤波器状态空间模型 88
6.4 超紧耦合导航智能容错滤波解算实验 89
6.4.1 实验条件设置 89
6.4.2 实验结果及分析 91
第7章 SINS/GPS超紧耦合导航系统在线故障检测方法 96
7.1 基于BRB的超紧耦合导航系统在线故障检测 97
7.1.1 BRB基本方法 97
7.1.2 基于BRB的导航系统故障检测模型 99
7.1.3 故障检测模型的参数更新递推算法 102
7.2 故障处理及重构方法 108
7.3 导航系统故障检测实验 108
7.3.1 实验方案及条件设置 108
7.3.2 实验结果及分析 109
第8章 组合导航信息融合算法品质评估方法 115
8.1 品质指标体系建立 115
8.1.1 信息融合算法品质性能分析 115
8.1.2 指标体系的定义及表征 117
8.2 基于模糊综合评判法的融合算法品质评估方法 127
8.2.1 模糊综合评判法分析 127
8.2.2 模糊综合评判模型 128
8.3 SINS/GPS超紧耦合系统仿真平台 131
8.4 实验分析 132
8.4.1 实验设置 132
8.4.2 性能指标计算及分析 133
8.4.3 算法品质综合性能评估结果及分析 134
附录A 预滤波器量测噪声方差阵R阵的推导证明 139
附录B 表达式β^j/Sa的计算 140
参考文献 142
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