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第1章 绪论1

1.1 课题研究背景及意义1

1.2 国内外激光雷达／惯性组合导航的研究现状4

1.2.1 国外激光雷达辅助导航技术研究现状4

1.2.2 国内激光雷达辅助导航技术研究现状9

1.3 基于特征量测的激光雷达／惯性组合导航系统基本问题分析10

1.3.1 基本问题分析10

1.3.2 点云特征提取12

1.3.3 激光雷达／惯性系统的量测一致性15

1.3.4 基于地标观测的组合导航状态估计16

1.4 本书的研究内容、组织结构和主要贡献20

1.4.1 研究内容与组织结构20

1.4.2 本书的主要贡献和创新点22

第2章 基于地标观测的激光雷达／惯性组合导航算法模型24

2.1 激光雷达测量24

2.1.1 激光测距、扫描系统24

2.1.2 激光雷达／惯性组合系统空间测量几何模型26

2.2 基于地标特征观测的组合导航模型30

2.2.1 系统状态方程30

2.2.2 点特征条件下的观测方程31

2.2.3 线特征条件下的观测方程31

2.2.4 面特征条件下的观测方程33

2.3 地固坐标系中组合导航线性化滤波模型33

2.3.1 地固坐标系中的捷联惯性导航误差模型33

2.3.2 地固坐标系中的线性化地标观测方程34

2.4 组合导航地标观测的测量误差分析35

2.4.1 激光雷达／惯性组合系统的测量误差源及对组合导航影响36

2.4.2 扫描归化问题及其对组合导航影响37

2.5 本章小结41

第3章 基于一致性优化的点云特征提取43

3.1 基于空间一致分割的参数化特征提取算法44

3.1.1 基于三维Hough变换的全局特征提取44

3.1.2 三维Hough变换的空间一致性问题48

3.1.3 基于对偶空间分割设计的三维Hough变换49

3.1.4 实验验证与分析53

3.2 多尺度一致的点云局部特征提取61

3.2.1 多尺度理论基础61

3.2.2 基于几何流的多尺度特征提取算法63

3.2.3 实验验证与分析68

3.3 本章小结77

第4章 激光雷达／惯性导航系统的量测一致性问题研究78

4.1 激光雷达／惯性导航系统的标定几何模型和量测方程78

4.1.1 激光雷达／惯性导航系统的标定几何模型及参考选择78

4.1.2 基于控制点量测的标定方程80

4.1.3 基于小角度假设的平差法标定80

4.2 基于控制点量测的最优标定算法81

4.2.1 控制点量测修正策略81

4.2.2 基于向量观测的标定算法87

4.3 实验验证与比较95

4.3.1 实验基本情况95

4.3.2 实验结果分析96

4.4 本章小结101

第5章 激光雷达／惯性组合导航可观性分析102

5.1 可观性概念102

5.2 地标观测下激光雷达／惯性导航可观性分析103

5.2.1 系统模型及地标观测分析103

5.2.2 点地标观测下激光雷达／惯性导航的可观性分析105

5.2.3 线、面特征地标观测下激光雷达／惯性导航的可观性分析112

5.3 实验验证与分析115

5.3.1 高精度惯导条件下的组合导航仿真实验118

5.3.2 低精度惯导条件下的组合导航仿真实验126

5.3.3 实际数据验证与分析128

5.4 本章小结132

第6章 基于绝对／相对地标混合观测的全局状态估计133

6.1 基于绝对／相对地标混合观测的组合导航算法133

6.1.1 绝对／相对地标混合观测组合导航的基本思想133

6.1.2 导航参数和相对地标联合状态估计134

6.2 混合观测条件下系统状态收敛性分析138

6.2.1 相对地标的位置收敛性139

6.2.2 混合观测条件下导航参数的收敛性分析144

6.3 混合地标观测组合导航系统实验与分析146

6.3.1 实验方案146

6.3.2 实验结果与分析比较147

6.4 本章小结154

第7章 结论与展望156

7.1 本书总结156

7.2 研究展望158

附录A 坐标系定义及地球模型参数159

A.1 常用坐标系的定义159

A.2 常用坐标系的相互转换159

A.3 地球模型参数160

附录B 矩阵求逆公式162

附录C 几种典型全三维扫描激光雷达163

参考文献166