Methods of navigation: An introduction to technological navigation

Abstract

Historically, humankind has always navigated. Technological navigation originated in seafaring, because on the open ocean, measurements are needed in order to determine one’s own location as a part of navigation. Aircraft, rockets and spacecraft as well as vehicles moving on dry land, and even pedestrians, all ”navigate” by means of modern technologies. This development is mainly due to two technologies: satellite positioning, such as GPS (the Global Positioning System) and inertial navigation. Also information and communication technologiy has evolved: especially recursive linear filtering or the Kalman filter. Furthermore, small and inexpensive digital sensors are revolutionising everyday navigation. Subjects explained in this book are the fundamentals of navigation, stochastic processes, the Kalman filter, inertial navigation technology and methods, GNSS signal structure, carrier-phase measurement and ambiguities, real-time GNSS positioning and navigation, communication solutions and standards for differential corrections, GNSS base stations and networks, satellite-based augmentation systems, airborne gravimetry, sensor fusion and sensors of opportunity.

Ihminen on historian aikana aina navigoinut. Teknologinen navigointi syntyi merenkulussa, koska avomerellä tarvittiin mittauksia oman sijainnin määrittämiseksi. Lentokoneet, ohjukset ja avaruusalukset sekä kuivalla maalla liikkuvat kulkuneuvot ja jopa jalankulkijat kaikki ”navigoivat” nykyteknologioiden avulla. Kehitys on pääosin kahden teknologian ansiota: satelliittipaikannuksen, kuten GPS:n (Global Positioning System), ja inertianavigoinnin. Myös tieto- ja viestintätekniikka on kehittynyt, erityisesti rekursiivinen lineaarinen suodatus eli Kalmanin suodin. Lisäksi pienet ja hinnaltaan huokeat digitaaliset anturit ovat mullistamassa jokapäiväisen navigoinnin. Tässä kirjassa käsiteltäviä aiheita ovat navigoinnin perusteet, stokastiset prosessit, Kalmanin suodin, inertianavigoinnin teknologiat ja menetelmät, GNSS-signaalien rakenne, kantoaallon vaihemittaukset ja kokonaistuntemattomat, tosiaikainen GNSSpaikannus ja navigointi, differentiaalikorjausten viestintäratkaisut ja standardit, GNSStukiasemat ja -verkot, satelliittipohjaiset parannusjärjestelmät, ilmagravimetria sekä anturifuusio ja sattuman anturit.