目錄
第1章 慣性技術理論基礎 1
1.1 基本概念與原理 1
1.1.1 慣性導航的基本原理 1
1.1.2 慣性導航系統(tǒng)的組成及分類 2
1.2 地球參考橢球和重力場 3
1.2.1 地球的形狀 3
1.2.2 參考旋轉橢球體的曲率半徑 5
1.2.3 地球重力場特性 7
1.2.4 垂線與緯度 8
1.2.5 地球運動和時間的定義 9
1.3 參考坐標系的建立 10
1.3.1 確定地球相對慣性空間運動的坐標系 10
1.3.2 確定載體相對地球表面位置的坐標系 11
1.3.3 載體和導航儀表坐標系 13
1.4 坐標變換及姿態(tài)矩陣描述 14
1.4.1 方向余弦矩陣表示的坐標變換 14
1.4.2 四元數表示的坐標變換 22
1.5 哥氏定理 27
思考題 30
第2章 機械轉子式陀螺儀 31
2.1 機械轉子式陀螺儀力學基礎 31
2.1.1 牛頓定律 31
2.1.2 剛體的定點轉動 31
2.2 機械轉子式陀螺儀工作原理 37
2.2.1 機械轉子式陀螺儀的物理模型 37
2.2.2 雙自由度陀螺儀 39
2.2.3 單自由度陀螺儀 46
2.2.4 性能指標與誤差模型 48
2.3 典型的機械轉子式陀螺儀 50
2.3.1 液浮陀螺儀 50
2.3.2 撓性陀螺儀 51
2.3.3 靜電陀螺儀 52
思考題 52
第3章 光學陀螺儀 54
3.1 光學陀螺儀基礎 54
3.1.1 光的干涉 54
3.1.2 Sagnac效應 55
3.1.3 光源 57
3.2 激光陀螺儀 58
3.2.1 基本結構原理和分類 58
3.2.2 激光陀螺儀性能指標與誤差模型 62
3.2.3 自鎖效應的克服 64
3.3 光纖陀螺儀 66
3.3.1 光纖陀螺儀的功能元件 66
3.3.2 光路的互易性 69
3.3.3 光纖陀螺儀分類及特點 70
3.3.4 噪聲因素及抑制措施 72
3.4 MOEMS陀螺儀 74
3.4.1 集成光學陀螺儀 74
3.4.2 光子晶體光纖陀螺儀 75
3.4.3 硅光子光學陀螺儀 76
思考題 77
第4章 振動陀螺儀 78
4.1 振動陀螺儀理論基礎 78
4.1.1 哥氏加速度與哥氏效應 78
4.1.2 振動陀螺儀原理 79
4.1.3 振動陀螺儀的典型敏感結構 82
4.2 半球諧振陀螺儀 83
4.2.1 半球諧振陀螺儀的工作原理 83
4.2.2 半球諧振陀螺儀的分類 85
4.3 石英音叉振動陀螺儀 88
4.3.1 石英音叉振動陀螺儀的結構 88
4.3.2 音叉振動陀螺儀的工作原理 89
4.4 微機電陀螺儀 91
4.4.1 微機電陀螺儀概述 91
4.4.2 框架式微機電陀螺儀的結構及工作原理 92
4.4.3 微機電陀螺儀的微弱信號檢測 94
4.5 鐘形振子式角速率陀螺儀 95
4.5.1 鐘形振子式角速率陀螺儀概述 95
4.5.2 鐘形振子式角速率陀螺儀的結構及工作原理 96
4.5.3 鐘形陣子式角速率陀螺儀的微弱信號檢測 98
思考題 101
第5章 原子陀螺儀 102
5.1 原子陀螺儀分類 102
5.2 原子干涉陀螺儀 102
5.2.1 基于Sagnac效應的原子干涉原理 103
5.2.2 原子干涉陀螺儀基本結構 105
5.2.3 原子干涉陀螺儀的主要噪聲及抑制措施 106
5.2.4 原子干涉陀螺儀的分類 107
思考題 111
第6章 加速度計 112
6.1 比力與比力的測量 112
6.1.1 比力的概念 112
6.1.2 比力的測量 113
6.2 擺式加速度計 114
6.2.1 擺式加速度計的基本原理 114
6.2.2 石英撓性加速度計 116
6.3 石英振梁式加速度計 118
6.3.1 振梁式加速度計的分類 118
6.3.2 石英振梁式加速度計的工作原理 118
6.4 硅微加速度計 120
6.4.1 硅微加速度計的基本原理 120
6.4.2 電容式硅微加速度計控制方式 121
6.5 MOEMS加速度計 122
6.5.1 基于直接光強調制的MOEMS加速度計 123
6.5.2 基于光的波動性的MOEMS加速度計 124
6.5.3 基于光與物質相互作用的MOEMS加速度計 126
思考題 127
第7章 捷聯式慣性導航系統(tǒng) 128
7.1 捷聯式慣性導航系統(tǒng)的數學描述 128
7.1.1 姿態(tài)矩陣微分方程描述 129
7.1.2 比力方程 132
7.1.3 捷聯式慣性導航系統(tǒng)的捷聯解算 134
7.2 捷聯式慣性導航系統(tǒng)的姿態(tài)矩陣計算 135
7.2.1 姿態(tài)矩陣的實時計算方法 135
7.2.2 等效旋轉矢量算法 147
7.2.3 各種姿態(tài)算法的比較 150
7.3 捷聯式慣性導航系統(tǒng)的速度與位置計算 151
7.3.1 速度計算 151
7.3.2 位置計算 155
7.4 捷聯式慣性導航系統(tǒng)的初始對準 161
7.4.1 捷聯式慣性導航系統(tǒng)的誤差模型 161
7.4.2 捷聯式慣性導航系統(tǒng)的自對準 165
7.4.3 捷聯式慣性導航系統(tǒng)的傳遞對準 170
7.4.4 制導炮彈微慣導系統(tǒng)函數迭代空中對準方法 178
7.5 陀螺尋北儀 189
7.5.1 陀螺尋北儀工作原理 189
7.5.2 陀螺尋北儀數學模型 191
思考題 192
第8章 平臺式慣性導航系統(tǒng) 193
8.1 平臺式慣性導航系統(tǒng)概述 193
8.1.1 系統(tǒng)組成與工作原理 193
8.1.2 平臺式慣性導航系統(tǒng)的分類 193
8.1.3 平臺式與捷聯式慣性導航系統(tǒng)的對比 194
8.2 陀螺穩(wěn)定平臺 195
8.2.1 單軸積分陀螺穩(wěn)定平臺 196
8.2.2 三軸陀螺穩(wěn)定平臺 198
8.3 指北方位慣性導航系統(tǒng)基本工作原理 199
8.3.1 指北方位慣性導航系統(tǒng)的定位原理 199
8.3.2 平臺的穩(wěn)定及修正 202
8.3.3 指北方位慣性導航系統(tǒng)的控制方程 208
8.3.4 指北方位慣性導航系統(tǒng)的高度通道問題 209
8.4 自由方位與游動方位慣性導航系統(tǒng)的力學編排方程 210
8.4.1 自由方位慣性導航系統(tǒng)的特點分析 210
8.4.2 自由方位慣性導航系統(tǒng)的力學編排 212
8.4.3 游動方位慣性導航系統(tǒng)的力學編排 217
8.5 平臺式慣性導航系統(tǒng)誤差分析 220
8.5.1 平臺式慣性導航系統(tǒng)的誤差方程 220
8.5.2 誤差分析 228
8.6 平臺式慣性導航系統(tǒng)的初始對準 235
8.6.1 初始對準概述 235
8.6.2 水平對準 236
8.6.3 羅經法方位對準 240
8.6.4 陀螺測漂與計算法方位對準 243
思考題 245
第9章 旋轉捷聯式慣性導航系統(tǒng) 247
9.1 雙軸旋轉捷聯式慣性導航系統(tǒng)誤差特性 247
9.1.1 雙軸旋轉捷聯式慣性導航系統(tǒng)誤差方程建立 248
9.1.2 雙軸旋轉捷聯式慣性導航系統(tǒng)誤差分析 251
9.2 基于切換控制的雙軸旋轉捷聯式慣性導航系統(tǒng)阻尼方法 256
9.2.1 阻尼方法概述 257
9.2.2 切換控制理論基礎 258
9.2.3 基于切換控制理論的雙軸旋轉捷聯式慣性導航系統(tǒng)阻尼切換方法 259
9.3 雙軸旋轉捷聯式慣性導航系統(tǒng)誤差自標定技術 267
9.3.1 系統(tǒng)級誤差自標定方法 267
9.3.2 雙軸軸系非正交角對系統(tǒng)的影響分析 270
9.3.3 二位置軸系非正交角自標定方法 272
思考題 273
第10章 組合導航技術 274
10.1 常見導航系統(tǒng)基本原理 274
10.1.1 衛(wèi)星導航 274
10.1.2 天文導航 277
10.1.3 無線電導航 278
10.1.4 聲學導航定位 280
10.1.5 仿生導航 282
10.2 海洋地球物理場輔助導航 282
10.2.1 海洋重力場輔助導航 283
10.2.2 地磁場輔助導航 285
10.2.3 水深和海底地形輔助導航 286
10.2.4 制圖和同步定位技術 287
10.3 組合導航系統(tǒng)設計 288
10.3.1 組合導航系統(tǒng)的組合工作模式 288
10.3.2 組合導航系統(tǒng)的濾波設計 290
10.4 SINS/DVL組合導航系統(tǒng)實例 293
10.4.1 DVL工作原理 293
10.4.2 SINS/DVL組合濾波方程 294
10.4.3 仿真與結果分析 295
思考題 299
第11章 慣性測試技術 300
11.1 慣性測試技術概述 300
11.2 標定方法 301
11.2.1 分立標定法 302
11.2.2 系統(tǒng)級標定法 307
11.3 慣性測試設備 317
11.3.1 精度測試設備 317
11.3.2 環(huán)境試驗設備 320
思考題 320
參考文獻 321