惯性导航技术

惯性导航技术是运动体控制系统的关键技术，契合自动控制专业“以电为主，集机、电、信息和计算机控制技术为一体，着重控制和现代信息处理技术，使学生在掌握控制系统的原理、分析方法和设计方法的同时，加强系统设计、分析、测试、运行和集成相关知识和实践能力的培养，重点加强自动检测、运动控制、过程控制和运动体控制系统和网络系统的设计与开发能力”的专业定位。本教材定位于教学主导型本科院校，致力于培养理论基础扎实，工程实践能力较强的应用型人才。

本书主要讲授惯性导航技术的基础知识和基本概念、原理、应用等基础知识。
全书分为9章。主要内容包括惯性导航技术的基础理论知识，力学陀螺仪、光学陀螺仪、微机电陀螺仪的基本理论、运动特性、数学模型，加速度计的结构原理、数学模型，陀螺稳定平台与定向装置动力学分析和控制系统分析，平台式惯导系统的机械编排、误差方程、初始对准等基本原理，捷联式惯导系统的姿态矩阵更新、误差分析、初始对准及动基座传递对准等的原理和设计，介绍了惯性导航技术的应用。最后列出了惯性器件的特性及捷联惯性导航系统的基本应用等几个实验。
本书主要面向自动化和导航、制导与控制等专业的本科生、研究生，也可供相关专业的研究人员和工程技术人员参考。

付兴建，2005年毕业于北京科技大学获博士学位。主要从事无人机姿控、鲁棒容错控制、智能控制等教学科研工作。主讲“惯性导航技术”、“运动控制系统”、“数字信号处理”课程。主持北京自然基金、北京市优秀人才、北京市属高校青年拔尖人才等项目，参与国家自然基金项目2项，省部级科研项目2项。在“控制理论与应用”、“华中科技大学学报”、“系统工程与电子技术”等期刊和会议发表论文80余篇，出版教材2部.

   第1章绪论
1.1基本概念
1.2惯性导航发展
1.3其他导航系统简介
1.4相关历史人物简介
第2章惯性导航的基础知识
2.1惯性导航基本原理和分类
2.1.1惯性导航基本原理
2.1.2惯性导航系统分类
2.2地球参考椭球和地球重力场特性
2.2.1地球参考椭球
2.2.2垂线、纬度和高程
2.2.3地球参考椭球的曲率半径
2.2.4地球的重力场
2.2.5地球的运动和磁场
2.3惯性导航常用坐标系
2.3.1惯性参考坐标系
2.3.2地球坐标系
2.3.3地理坐标系
2.3.4地平坐标系
2.3.5载体坐标系
2.4定点转动刚体的角位置描述
2.4.1平面坐标系的旋转关系
2.4.2用欧拉角描述定点转动刚体的角位置
2.4.3常用坐标系间的变换矩阵
2.5哥氏加速度、绝对加速度、比力
2.5.1哥氏加速度
2.5.2绝对加速度
2.5.3比力
2.6舒勒原理
2.6.1数学摆实现舒勒调谐的原理
2.6.2物理摆实现舒勒调谐的原理
第3章陀螺仪
3.1机械转子陀螺仪的力学基础
3.1.1绕定点转动刚体的动量矩
3.1.2欧拉动力学方程
3.2陀螺仪的自由度和运动特性
3.2.1陀螺仪的自由度
3.2.2陀螺仪的运动
3.2.3陀螺仪的定轴性
3.2.4陀螺仪的进动性
3.2.5陀螺动力效应
3.2.6陀螺仪的表观进动
3.3陀螺仪数学模型
3.3.1双自由度陀螺仪数学模型
3.3.2单自由度陀螺仪数学模型
3.3.3振动陀螺仪的数学模型
3.4陀螺仪的分类及发展趋势
3.4.1陀螺仪的分类
3.4.2陀螺仪的发展趋势
3.5光学陀螺仪
3.5.1Sagnac效应
3.5.2激光陀螺仪
3.5.3光纤陀螺仪
3.6微机电陀螺仪
3.6.1微机电陀螺仪概述
3.6.2微机电陀螺仪结构及工作原理
3.6.3微机电陀螺仪的微弱信号检测
3.7陀螺仪的技术指标及漂移分析
3.7.1陀螺仪的技术指标
3.7.2陀螺仪的漂移分析
第4章加速度计
4.1加速度计概述
4.2摆式加速度计的结构原理
4.3石英挠性摆式加速度计
4.4摆式陀螺积分加速度计
4.5石英振梁式加速度计
4.6硅微加速度计
4.7加速度计的数学模型
4.7.1数学模型的分类
4.7.2加速度计的主要参数
4.7.3研究数学模型的意义
4.7.4建立数学模型的一般方法
4.8加速度计的误差分析
第5章陀螺稳定平台与定向装置
5.1单轴陀螺稳定平台
5.1.1单轴陀螺稳定平台基本原理
5.1.2单轴陀螺稳定器的理论分析
5.1.3二自由度液浮陀螺稳定器
5.1.4单自由度液浮陀螺稳定器
5.2三维陀螺稳定平台
5.2.1三轴稳定平台
5.2.2四平衡环系统
5.3惯性定向装置
5.3.1陀螺地平仪
5.3.2陀螺寻北仪
第6章平台式惯性导航系统
6.1概述
6.2平台式惯性导航系统分类
6.3平台式惯性导航系统原理结构
6.4平台式惯性导航系统的机械编排
6.4.1半解析式指北方位系统的机械编排方程
6.4.2自由方位惯性导航系统简介
6.4.3游动方位惯性导航系统简介
6.4.4解决极区航行的方案
6.4.5高度通道问题
6.5水平控制回路及其舒勒调谐
6.6平台式惯性导航系统误差方程
6.6.1地理位置和速度误差量的定义
6.6.2误差方程的建立
6.7平台式惯性导航系统误差分析
6.7.1误差的周期特性分析
6.7.2系统误差特性分析
6.8平台式惯性导航系统初始对准
6.8.1初始对准概述
6.8.2指北方位系统的粗对准
6.8.3指北方位系统的精对准
6.9游动方位惯性导航系统
6.9.1游动方位系统的机械编排方程
6.9.2游动方位系统的初始对准
第7章捷联式惯性导航系统
7.1捷联式惯性导航系统工作原理
7.1.1捷联式惯性导航系统原理结构和特点
7.1.2惯性元件的误差补偿原理
7.1.3捷联式惯性导航系统算法
7.2捷联式惯性导航系统姿态矩阵更新计算
7.2.1姿态矩阵与姿态角的计算
7.2.2姿态速率的计算
7.2.3姿态矩阵的更新计算
7.3三通道捷联式惯性导航系统计算
7.3.1垂直通道的解算
7.3.2三通道捷联式惯性导航系统的计算
7.4捷联式惯性导航系统的误差
7.4.1速度误差方程和位置误差方程
7.4.2姿态误差方程
7.4.3误差传播特性
7.5捷联式惯性导航系统的初始对准
7.5.1粗对准
7.5.2卡尔曼滤波法精对准
7.6捷联式惯性导航系统的动基座传递对准
7.6.1主、子惯性导航系统误差
7.6.2传递对准中的匹配量
第8章惯性导航技术的应用
8.1大地测量
8.2铁路检轨
8.3车辆稳定系统
8.4摄像陀螺仪
8.5自动驾驶仪
第9章惯性导航技术实验
9.1实验一陀螺仪基本特性实验
9.1.1实验目的
9.1.2实验设备
9.1.3实验原理
9.1.4实验步骤
9.1.5实验数据处理
9.1.6实验总结
9.2实验二加速度计基本特性实验
9.2.1实验目的
9.2.2实验设备
9.2.3实验原理
9.2.4实验步骤
9.2.5实验数据处理
9.2.6实验总结
9.3实验三电子罗盘实验
9.3.1实验目的
9.3.2实验仪器
9.3.3实验原理
9.3.4实验内容与步骤
9.3.5实验数据处理
9.3.6实验总结
9.4实验四捷联式惯性导航系统定向实验
9.4.1实验目的
9.4.2实验仪器
9.4.3实验原理
9.4.4实验内容与步骤
9.4.5实验数据处理
9.4.6实验总结
参考文献