惯性导航与组合导航基础

第1章 概论

1.1 导航的概念

1.2 导航的发展历程

1.3 导航的分类

1.4 惯性技术

1.5 惯性导航简介

1.6 国内外主要的惯性技术研究单位

1.7 惯性导航的发展趋势

第2章 惯性导航基础

2.1 惯性导航的数学基础

2.1.1 状态空间矢量

2.1.2 矩阵

2.1.3 矢量的点乘和叉乘运算

2.1.4 常微分方程

2.1.5 四元数

2.1.6 球面三角形

2.1.7 随机变量和随机过程

2.1.8 最小二乘估计

2.2 惯性导航的力学基础

2.2.1 Coriolis定理

2.2.2 绝对加速度的分解

2.2.3 动量矩守恒定律

2.2.4 比力

2.3 惯性导航中的坐标系及其变换

2.3.1 常用的坐标系

2.3.2 坐标系之间的变换

2.3.3 体轴角速度和姿态角速度的关系

2.3.4 姿态矩阵微分方程

2.4 地球的模型

2.4.1 地球的形状描述

2.4.2 垂线和纬度的定义

2.4.3 地球的引力场

2.5 估计和滤波

2.5.1 数学基础

2.5.2 连续过程的卡尔曼滤波

2.5.3 离散过程的卡尔曼滤波

2.6 地磁场的模型

第3章 惯性传感器

3.1 机电陀螺

3.1.1 机电陀螺仪的原理

3.1.2 动力调谐陀螺的数学模型

3.1.3 机电陀螺仪的指标体系

3.1.4 机电陀螺仪的测试

3.1.5 动力调谐陀螺对线振动和角振动的响应

3.2 激光陀螺

3.2.1 激光陀螺简介

3.2.2 环形激光陀螺的构成

3.2.3 环形激光陀螺的基本误差

3.2.4 激光陀螺的测试

3.3 光纤陀螺

3.3.1 光纤陀螺简介

3.3.2 光纤陀螺的类型

3.3.3 光纤陀螺的测试

3.4 MEMS陀螺

3.4.1 MEMS陀螺的原理

3.4.2 MEMS陀螺的简化模型及误差分类

3.4.3 Allan方差简介

3.4.4 MEMS陀螺的测试

3.5 新型陀螺

3.5.1 静电陀螺

3.5.2 半球谐振陀螺

3.5.3 原子陀螺

3.6 通用的加速度计

3.6.1 挠性摆式加速度计

3.6.2 液浮摆式加速度计

3.7 MEMS加速度计

3.8 声表面波加速度计

3.9 角加速度计

3.10 加速度计的性能指标体系和测试

第4章 陀螺稳定平台

4.1 陀螺稳定平台概述

4.2 单轴陀螺稳定平台

4.3 双轴陀螺稳定平台

4.3.1 双轴平台的原理结构

4.3.2 平台的稳定、跟踪过程

4.3.3 平台的动力学方程和传递函数

4.4 三轴陀螺稳定平台

4.4.1 三轴台体的结构

4.4.2 坐标系及坐标变换

4.4.3 三轴平台的构成原理

4.4.4 环架的转动到台体的传递

4.4.5 三轴平台的几何稳定

4.4.6 三轴平台的修正

4.4.7 三环三轴平台的动力学模型

4.5 四环三轴平台

4.5.1 四环三轴平台的运动学分析

4.5.2 外横滚环伺服回路的正割补偿

4.5.3 四环三轴平台的反自转

4.6 陀螺稳定平台的控制策略及误差补偿

第5章 平台式惯性导航系统

5.1 组成

5.2 原理

5.2.1 基本原理

5.2.2 舒拉调谐

5.3 指北式惯导系统

5.3.1 台体的稳定

5.3.2 台体的修正

5.4 自由方位式惯导系统

5.4.1 自由方位式的基本原理

5.4.2 自由方位惯导系统的力学编排

5.5 游移方位式惯导系统

5.5.1 游移方位式的原理

5.5.2 游移方位式的力学编排

5.6 指北式惯导系统的对准

5.7 实用的指北式惯导系统

5.7.1 水平阻尼

5.7.2 方位阻尼

5.7.3 指北式惯导系统的统一方程

第6章 捷联式惯性导航系统

6.1 SINS系统的力学编排

6.1.1 在惯性坐标系中的力学编排

6.1.2 在地球坐标系中的力学编排

6.1.3 在地理坐标系中的力学编排

6.2 姿态计算方法

6.2.1 四元数法

6.2.2 方向余弦矩阵法

6.2.3 等效旋转矢量法

6.2.4 罗德里格参数法

6.3 对准

6.3.1 静基座上SINS的对准

6.3.2 动基座上SINS的对准

6.4 SINS中的系统误差简介

6.4.1 圆锥误差

6.4.2 划船误差

6.4.3 涡卷误差

6.5 惯导系统的测试

6.5.1 实验室测试

6.5.2 车载实验

6.5.3 飞行试验

第7章 组合导航系统

7.1 组合导航的分类

7.1.1 GNSS和INS的组合

7.1.2 辅助导航设备

7.2 组合导航系统的数据融合

7.2.1 扩展卡尔曼滤波

7.2.2 无味卡尔曼滤波

7.2.3 粒子滤波

7.2.4 针对卡尔曼滤波的改进

7.2.5 容积卡尔曼滤波

7.3组合导航系统的数学建模与仿真

7.3.1 组合导航系统的数学建模

7.3.2 卡尔曼滤波器的设计

7.3.3 组合导航系统的数学仿真

7.4 组合导航系统的集成结构

7.4.1 最小二乘结构

7.4.2 阶梯式结构

7.4.3 中心化结构

7.4.4 联邦结构

7.4.5 混合结构

7.5 组合导航系统实例

参考文献

《惯性导航与组合导航基础》的内容针对惯性导航以及以惯性导航为主的组合导航，具体涵盖惯性导航的理论基础、惯性传感器、稳定平台、平台惯导系统、捷联惯导系统和组合导航系统。其中，理论基础部分包括了力学基础、数学基础、地球模型和地磁场模型。在惯性传感器部分，主要介绍了正在广泛应用的动力调谐陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、摆式加速度计的原理和测试，同时介绍了新型的硅微传感器的原理、测试。在稳定平台部分，主要介绍了三轴平台和四环三轴平台的原理、控制机理。在平台惯导系统部分，主要介绍了平台惯导的原理、对准技术、数学模型的推导。捷联惯导部分以数学模型和解算算法为主。组合导航部分以各种滤波方程的推导和组合系统的结构设计为主。
　　《惯性导航与组合导航基础》中内容既有必要的基础，亦有新颖的理论和技术，图文并茂，力求理论和实践紧密结合。
　　《惯性导航与组合导航基础》可供从事导航、制导与控制领域的科研、设计、试验、生产的工程技术人员参考，也可供导航、制导与控制专业的硕士研究生和博士研究生参考。