惯性导航系统与仿真——基于MATLAB/SIMULINK的分析与实现

惯性导航原理是导航领域的一门重要专业课程，根据实践教学的需要，着眼于“将原理教学的数学知识转换为计算机程序及可视化结果”，本教材基于MATLAB R2021a环境，在阐述惯性导航原理的基础上加入了惯性导航系统关键环节的程序设计指导，使惯性导航系统在计算机上以可视化的方式实现。教材内容主要涉及惯性导航基础知识及相应程序设计、惯性元件基本原理及相应程序设计、惯性稳定平台相关知识及程序设计、平台式惯导系统相关知识（误差分析、水平阻尼、初始对准等）及程序设计、捷联式惯导系统相关知识（误差分析、水平阻尼、初始对准、综合校正等）及程序设计、旋转调制式惯导系统相关知识及程序设计、MATLAB和SIMULINK编程基础。体系结构按照先分后总、先基础后应用的模式进行组织，物理概念清晰。 立足于新形态教材建设，本书内容不仅包含惯性导航系统各部分的理论知识，而且附有各环节的程序设计(通过扫描书中二维码下载)，可作为工科院校导航工程专业的本科生和研究生的教材，也可供从事惯性导航方面工作的工程技术人员参考。

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目录 第1章惯性导航基础知识(1) 1.1常见坐标系及其转换(1) 1.1.1常见坐标系(1) 1.1.2常见坐标系转换(4) 1.2坐标系变换程序设计(13) 1.2.1程序设计(13) 1.2.2仿真结果(16) 1.3地球及其自转(17) 1.3.1地球的形状与参考椭球(17) 1.3.2参考椭球的曲率半径(19) 1.3.3垂线及纬度的定义(21) 1.3.4地球的重力场(21) 1.3.5计时标准及地球自转角速度(22) 1.3.6地球自转下的坐标系分解(23) 1.4地球自转程序设计(24) 1.4.1程序设计(24) 1.4.2仿真结果(26) 1.5经纬度变化率(26) 1.5.1加速度计对比力的测量(27) 1.5.2比力方程(29) 1.5.3经纬度变化率的计算(33) 1.6惯导位置信息程序设计(34) 1.6.1程序设计(34) 1.6.2仿真结果(37) 1.7惯导运动轨迹的产生(38) 1.8惯导轨迹发生器程序设计(39) 1.8.1程序设计(39) 1.8.2仿真结果(42) 第2章惯性稳定平台(43) 2.1陀螺仪的基本特性(43) 2.1.1惯性力矩(43) 2.1.2陀螺仪运动特性(45) 2.2陀螺仪相关程序设计(52) 2.2.1程序设计(52) 2.2.2仿真结果(54) 2.3单轴陀螺仪的传递函数及其分类(54) 2.3.1单轴陀螺仪的运动方式(54) 2.3.2单轴陀螺仪的运动方程及分类(55) 2.4单轴陀螺仪相关程序设计(57) 2.4.1程序设计(57) 2.4.2仿真结果(58) 2.5单轴陀螺稳定平台及稳定性分析(58) 2.5.1陀螺稳定系统的基本概念(59) 2.5.2平台的组成与稳定原理(60) 2.5.3几何稳定状态分析(62) 2.6单轴陀螺稳定平台程序设计(67) 2.6.1程序设计(67) 2.6.2仿真结果(68) 第3章平台式惯导系统(70) 3.1平台式惯导基本原理(70) 3.1.1平台式惯导介绍(70) 3.1.2三轴陀螺稳定平台介绍(72) 3.1.3平台式惯导修正回路原理(75) 3.2平台式惯导修正回路程序设计(81) 3.2.1程序设计(81) 3.2.2仿真结果(81) 3.3平台式惯导误差分析(82) 3.3.1惯导系统误差介绍(82) 3.3.2惯导系统基本方程(83) 3.3.3惯导系统误差方程(88) 3.4平台式惯导程序设计(92) 3.4.1程序设计(92) 3.4.2仿真结果(94) 3.5水平阻尼原理(95) 3.5.1单通道惯导的水平阻尼(95) 3.5.2三通道惯导的水平阻尼(99) 3.5.3外速度补偿的水平阻尼惯导(103) 3.6平台式惯导水平阻尼程序设计(107) 3.6.1程序设计(107) 3.6.2仿真结果(110) 3.7初始对准原理(112) 3.7.1概述(112) 3.7.2平台粗对准(113) 3.7.3平台精对准(115) 3.8平台式惯导初始对准程序设计(130) 3.8.1程序设计(130) 3.8.2仿真结果(130) 第4章捷联式惯导系统(135) 4.1捷联式惯导基本原理(135) 4.1.1捷联惯导惯性系机械编排(135) 4.1.2捷联惯导导航系机械编排(136) 4.2捷联式惯导程序设计(138) 4.2.1程序设计(138) 4.2.2仿真结果(142) 4.3捷联式惯导误差分析(144) 4.3.1四元数姿态更新方法(144) 4.3.2姿态误差方程(145) 4.3.3速度误差方程(146) 4.3.4位置误差方程(147) 4.3.5静基座误差方程(147) 4.3.6系统误差的周期特性分析(148) 4.4捷联式惯导误差分析程序设计(149) 4.4.1程序设计(149) 4.4.2仿真结果(154) 4.5水平阻尼原理(155) 4.6捷联式惯导水平阻尼程序设计(156) 4.6.1程序设计(156) 4.6.2仿真结果(159) 4.7初始对准原理(162) 4.7.1粗对准原理(162) 4.7.2精对准原理(164) 4.7.3精对准中失准角对准精度分析(164) 4.7.4初始对准原理框图(165) 4.8捷联式惯导初始对准程序设计(166) 4.8.1程序设计(166) 4.8.2仿真结果(166) 4.9综合校正原理(170) 4.9.1综合校正模式(170) 4.9.2基于位置和速度的组合导航系统(172) 4.10综合校正程序设计(177) 4.10.1程序设计(177) 4.10.2仿真结果(180)第5章旋转调制式惯导系统(187) 5.1单轴旋转调制原理(187) 5.1.1旋转调制式捷联惯导系统的发展历史(187) 5.1.2单轴旋转调制的基本原理(188) 5.1.3单轴旋转调制方案(190) 5.2单轴旋转调制程序设计(191) 5.2.1程序设计(191) 5.2.2仿真结果(200) 5.3双轴旋转调制原理(202) 5.3.1双轴旋转调制的基本原理(202) 5.3.2双轴旋转调制方案(203) 5.4双轴旋转调制程序设计(205) 5.4.1程序设计(205) 5.4.2仿真结果(205) 附录AMATLAB程序设计基础(207) A.1MATLAB常用运算规则(207) A.1.1MATLAB软件介绍(207) A.1.2MATLAB常用操作(208) A.1.3MATLAB常用数据(217) A.1.4MATLAB控制结构(225) A.1.5MATLAB矩阵计算(228) A.1.6MATLAB绘图基础(240) A.2MATLAB基础程序设计(244) A.2.1程序设计(244) A.2.2仿真结果(246) 附录BSIMULINK程序设计基础(250) B.1SIMULINK常用运算规则(250) B.1.1SIMULINK操作基础(250) B.1.2SIMULINK模型创建(256) B.1.3SIMULINK系统封装(264) B.1.4SIMULINK仿真参数(268) B.1.5SIMULINK仿真运行(274) B.2SIMULINK基础程序设计(278) B.2.1程序设计(278) B.2.2仿真结果(279) 附录C卡尔曼滤波基础(283) C.1基础理论(283) C.2离散卡尔曼滤波使用要点(284) 参考文献(286)