标题：惯性导航系统技术
图书信息
作者：高钟毓 图书详细信息：ISBN：9787302291787定价：65元印次：1-1装帧：平装印刷日期：2012-9-29
图书简介
本书论述惯性导航系统技术及相关基础知识。全书内容分为12章，分别为坐标系及坐标变换、地球参考模型、线性系统最优估计与随机控制、惯性测量组合、陀螺稳定平台、惯性导航系统机械编排方程、惯性导航系统误差模型、惯性导航系统误差传播特性、旋转调制式惯性系统、系统初始对准与标定、水平阻尼与系统重调，以及系统误差系数标校。本书不仅对从事惯性导航系统设计、制造、试验及应用的工程技术人员具有重要参考价值，而且可作为高等学校惯性技术相关专业的研究生教材。
图书前言
本书是作者从事惯性技术学科教学与科研数十年工作的总结，着重叙述了作者及其团队多年来在惯性技术方面所做过的工作和取得的进展。全书分12章，包括4部分： 第1~3章介绍相关基础知识； 第4章和第5章阐述惯性测量装置，包括常用陀螺仪、加速度计及陀螺稳定平台； 第6~8章讨论惯性导航系统原理与误差分析； 第9~12章论述高精度惯性导航系统的误差控制技术。与其他学科一样，惯性技术的诞生和发展总是离不开需求牵引和技术推动。惯性技术最近半个多世纪的发展历程表明： 性能、价格及可靠性等三大要素始终是人们努力追求的主题。本书内容主要是讨论与系统精度相关的技术，因为这是当前需求的“瓶颈”和研究的热点。在惯性测量组合和系统分类组成方面，涉及了系统繁简和价格贵贱的内容。关于惯性导航系统可靠性设计，本书只对陀螺稳定平台相关的设计要点作了简短介绍，没有专门进行论述，待进一步积累经验后予以补充。展望惯性技术未来发展方向，其主题还是离不开性能、价格及可靠性。中、低精度的惯性导航系统重点应该是进一步降低价格，便于推广应用。高精度系统在着重提高精度的同时应注意降低成本。所有各类系统都应删繁就简，加强环境适应性，进一步提高工作可靠性。在本书初稿完成后，承蒙丁衡高院士、冯培德院士、汪顺亭院士，以及杨功流教授认真评阅，提出了非常宝贵和中肯的意见与建议，以及鼓励，并一致推荐本书正式出版。丁衡高院士还为本书写了序言。特此表示衷心感谢。借此机会，还要感谢多年来与作者亲密合作的所有老师和研究生，他（她）们的贡献，虽然在本书的参考文献中已有提及。但是他（她）们的实际工作远远超出了论文的范畴。其中，李海霞博士、胡佩达博士及在读博士生何虔恩还利用假期对本书清样的主要公式进行了全面校核和验算。由于作者水平有限，本书难免存在错误与不足，热忱欢迎阅读本书的老师、研究生以及工程技术人员批评指正。高钟毓2012年5月8日
图书目录
第1章坐标系及坐标变换
1.1坐标系定义
1.2坐标变换矩阵
1.3矢量和位置坐标变换
1.3.1矢量坐标变换
1.3.2位置坐标变换
1.4四元数
1.5旋转参考坐标系
1.5.1欧拉角微分方程
1.5.2方向余弦矩阵微分方程
1.5.3四元数微分方程
1.6旋转矢量微分方程
1.7方向余弦矩阵与四元数解算
1.8比力积分增量计算
第2章地球参考模型
2.1地球形状
2.2地心位置矢量
2.3地球引力模型
2.3.1地球引力位
2.3.2地球引力加速度
2.4地球重力加速度
2.5异常重力
第3章线性系统最优估计与随机控制
3.1确定性系统
3.1.1确定性系统模型
3.1.2线性系统微分方程的解
3.1.3线性系统等价离散化
3.2随机系统
3.2.1随机系统模型
3.2.2随机线性微分方程的解
3.2.3等价离散化系统
3.3线性系统的基本特性
3.4系统分析与设计实例
3.5卡尔曼滤波器
3.5.1随机线性系统模型
3.5.2卡尔曼滤波器方程
3.5.3卡尔曼滤波器特性
3.6随机线性系统的最优控制
3.6.1二次高斯问题与分离定理
3.6.2闭环系统稳定性
3.7分离定理在惯性导航系统中的应用
第4章惯性测量组合
4.1机电陀螺仪
4.1.1基本原理
4.1.2单自由度液浮陀螺
4.1.3挠性陀螺
4.1.4静电陀螺
4.1.5机电陀螺漂移误差模型
4.2光学陀螺仪
4.2.1基本原理
4.2.2激光陀螺
4.2.3光纤陀螺
4.3振动陀螺仪
4.3.1基本原理
4.3.2石英音叉陀螺
4.3.3微机械硅陀螺
4.4力平衡加速度计
4.4.1测量原理
4.4.2石英挠性摆式加速度计
4.4.3力平衡微机械加速度计
4.5振动弦（梁）加速度计
4.5.1基本原理
4.5.2石英振梁加速度计
4.5.3微机械振动加速度计
4.6随机误差模型与艾伦方差
4.6.1随机误差模型
4.6.2艾伦方差分析法
4.7捷联式惯性测量组合及其误差模型
4.7.1三轴速率陀螺组合件误差模型
4.7.2三轴加速度计组合件误差模型
4.7.3非惯性坐标系中的加速度计测量误差
第5章陀螺稳定平台
5.1基本工作原理
5.2三轴陀螺稳定平台
5.2.1欧拉动力学方程
5.2.2基座和框架的绝对角速度
5.2.3力矩?角加速度方程
5.2.4陀螺仪测量信号
5.2.5平台伺服系统
5.3四环空间稳定平台
5.3.1基座与框架的绝对角速度
5.3.2各框架组合件的力矩?角加速度方程
5.3.3陀螺仪测量信号
5.3.4平台伺服系统控制方案
5.4四环空间稳定平台运动微分方程
5.5四环空间稳定平台标称运动轨迹
5.6标称轨迹坐标与框架角的等价变换关系
5.7陀螺稳定平台设计要点
第6章惯性导航系统机械编排方程
6.1概述 
6.2惯性导航系统通用解算方程
6.2.1加速度计输出方程
6.2.2导航解算方程
6.3本地水平指北平台式系统
6.4舒拉回路
6.5本地水平游移方位平台式系统
6.6空间稳定平台式系统
6.7捷联式系统
6.7.1本地水平指北坐标系中的机械编排方程
6.7.2本地水平游移方位坐标系中的机械编排方程
6.8捷联式系统计算
第7章惯性导航系统误差模型
7.1坐标系与误差角矢量
7.2Ψ角误差模型
7.2.1Ψ角方程
7.2.2位置和速度误差方程
7.3Φ角误差模型
7.3.1Φ角误差方程
7.3.2位置误差方程
7.3.3速度误差方程
7.4本地水平指北系统误差模型
7.4.1Ψ角系统误差模型
7.4.2Φ角系统误差模型
7.5本地水平游移方位系统误差模型
7.6空间稳定系统误差模型
7.6.1惯性坐标系i中的基本误差模型
7.6.2地球坐标系e中的基本误差模型
7.6.3输出导航信息误差
7.6.4空间稳定纯惯性导航系统误差模型框图
7.6.5系统误差模型等价性
7.7捷联式系统误差模型
7.7.1Φ角方程
7.7.2Ψ角方程
7.7.3捷联式系统Ψ角误差模型
7.7.4捷联式系统扰动误差模型
第8章惯性导航系统误差传播特性
8.1纯惯性导航系统误差传播特性
8.1.1垂直通道不稳定性
8.1.2水平通道振荡特性
8.1.3短时间间隔误差传播特性
8.2高度阻尼机械编排
8.3水平速度阻尼机械编排
8.4长时间导航误差分析
8.4.1Ψ角方程的解
8.4.2位置和方位误差解
8.5空间稳定系统误差传播特性
8.5.1纯惯性系统误差分析
8.5.2阻尼系统机械编排
8.5.3阻尼空间稳定系统误差模型
8.5.4长时间导航误差表达式
8.5.5长时间导航误差解算
第9章旋转调制式惯性系统
9.1引言
9.2陀螺壳体连续旋转与断续翻滚
9.2.1壳体连续旋转
9.2.2壳体多位置断续翻滚
9.3捷联式IMU单轴与双轴翻滚
9.3.1捷联式IMU单轴分度翻滚
9.3.2捷联式IMU双轴分度翻滚
9.4旋转调制的局限性
9.5平台在翻滚条件下的漂移角速度
9.5.1壳体翻滚失准角
9.5.2陀螺坐标系与平台坐标系
9.5.3平台漂移角速度
9.6调制平均后平台坐标系中的比力计算
9.7旋转调制系统的Ce微分方程
9.8旋转调制系统的姿态角及其误差计算
9.8.1姿态角计算
9.8.2姿态角误差分析
9.9静电陀螺监控器原理与分析
9.9.1基本工作原理
9.9.2空间稳定平台标称运动轨迹
9.9.3平台漂移误差角计算
9.9.4误差分析
第10章系统初始对准与标定
10.1基本原理
10.2自动调平技术
10.3陀螺罗经法方位对准
10.4空间稳定平台粗对准
10.5捷联式系统解析法初始对准
10.6本地水平系统最优初始对准和标定
10.6.1系统误差模型
10.6.2观测变量为平台水平倾角
10.6.3观测变量为速度误差
10.6.4观测变量为位置误差
10.7空间稳定系统精对准与标定
10.7.1系统误差模型
10.7.2能观性分析
10.7.3卡尔曼滤波器设计
10.7.4对准误差分析
10.8捷联式系统传递对准
10.8.1导航方程
10.8.2卡尔曼滤波器
10.8.3校正指令生成
10.8.4杆臂效应和运载体振动影响
第11章水平阻尼与系统重调
11.1水平速度阻尼回路设计
11.2舒拉阻尼回路特性
11.2.1稳态误差
11.2.2频率响应
11.3匹配滤波与变阻尼技术
11.4本地水平系统确定性重调方法
11.4.1系统重调误差模型
11.4.2GPS三点校方案
11.4.3星光跟踪器两点校方案
11.5本地水平系统最优重调
11.5.1重调滤波器设计
11.5.2重调控制指令生成
11.6空间稳定系统重调
11.6.1系统重调误差模型
11.6.2GPS二点校方案
11.6.3星光跟踪器一点校方案
11.6.4外参考速度校方案
第12章系统误差系数标校
12.1误差系数标校的重要性
12.2框架角零位与加速度计粗标定
12.2.1框架角传感器零位标定
12.2.2加速度计组合件测量方程
12.2.3平台18位置旋转次序表
12.2.4加速度计标度因数和偏置计算
12.2.5框架角零位误差计算
12.2.6加速度计安装误差计算
12.3加速度计组合件误差精标定
12.4陀螺仪安装误差标定
12.4.1极轴陀螺安装误差标定
12.4.2赤道陀螺安装误差标定
12.5陀螺壳体翻滚失准角标定
12.5.1姿态角误差标定法
12.5.2扰动比力标定法
12.6系统级误差系数标定
12.6.1比力误差法
12.6.2姿态角误差法
12.6.3经纬度位置误差法
12.6.4加速度计误差与平台误差分离算法
中英文对照索引
参考文献
[1]