目錄
第1章 慣性技術(shù)理論基礎(chǔ) 1
1.1 基本概念與原理 1
1.1.1 慣性導(dǎo)航的基本原理 1
1.1.2 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組成及分類 2
1.2 地球參考橢球和重力場(chǎng) 3
1.2.1 地球的形狀 3
1.2.2 參考旋轉(zhuǎn)橢球體的曲率半徑 5
1.2.3 地球重力場(chǎng)特性 7
1.2.4 垂線與緯度 8
1.2.5 地球運(yùn)動(dòng)和時(shí)間的定義 9
1.3 參考坐標(biāo)系的建立 10
1.3.1 確定地球相對(duì)慣性空間運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系 10
1.3.2 確定載體相對(duì)地球表面位置的坐標(biāo)系 11
1.3.3 載體和導(dǎo)航儀表坐標(biāo)系 13
1.4 坐標(biāo)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(biāo)變換 14
1.4.2 四元數(shù)表示的坐標(biāo)變換 22
1.5 哥氏定理 27
思考題 30
第2章 機(jī)械轉(zhuǎn)子式陀螺儀 31
2.1 機(jī)械轉(zhuǎn)子式陀螺儀力學(xué)基礎(chǔ) 31
2.1.1 牛頓定律 31
2.1.2 剛體的定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng) 31
2.2 機(jī)械轉(zhuǎn)子式陀螺儀工作原理 37
2.2.1 機(jī)械轉(zhuǎn)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(biāo)與誤差模型 48
2.3 典型的機(jī)械轉(zhuǎn)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(xué)陀螺儀 54
3.1 光學(xué)陀螺儀基礎(chǔ) 54
3.1.1 光的干涉 54
3.1.2 Sagnac效應(yīng) 55
3.1.3 光源 57
3.2 激光陀螺儀 58
3.2.1 基本結(jié)構(gòu)原理和分類 58
3.2.2 激光陀螺儀性能指標(biāo)與誤差模型 62
3.2.3 自鎖效應(yīng)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(diǎn) 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(xué)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(xué)陀螺儀 76
思考題 77
第4章 振動(dòng)陀螺儀 78
4.1 振動(dòng)陀螺儀理論基礎(chǔ) 78
4.1.1 哥氏加速度與哥氏效應(yīng) 78
4.1.2 振動(dòng)陀螺儀原理 79
4.1.3 振動(dòng)陀螺儀的典型敏感結(jié)構(gòu) 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(dòng)陀螺儀 88
4.3.1 石英音叉振動(dòng)陀螺儀的結(jié)構(gòu) 88
4.3.2 音叉振動(dòng)陀螺儀的工作原理 89
4.4 微機(jī)電陀螺儀 91
4.4.1 微機(jī)電陀螺儀概述 91
4.4.2 框架式微機(jī)電陀螺儀的結(jié)構(gòu)及工作原理 92
4.4.3 微機(jī)電陀螺儀的微弱信號(hào)檢測(cè) 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(jié)構(gòu)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(hào)檢測(cè) 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(yīng)的原子干涉原理 103
5.2.2 原子干涉陀螺儀基本結(jié)構(gòu) 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(jì) 112
6.1 比力與比力的測(cè)量 112
6.1.1 比力的概念 112
6.1.2 比力的測(cè)量 113
6.2 擺式加速度計(jì) 114
6.2.1 擺式加速度計(jì)的基本原理 114
6.2.2 石英撓性加速度計(jì) 116
6.3 石英振梁式加速度計(jì) 118
6.3.1 振梁式加速度計(jì)的分類 118
6.3.2 石英振梁式加速度計(jì)的工作原理 118
6.4 硅微加速度計(jì) 120
6.4.1 硅微加速度計(jì)的基本原理 120
6.4.2 電容式硅微加速度計(jì)控制方式 121
6.5 MOEMS加速度計(jì) 122
6.5.1 基于直接光強(qiáng)調(diào)制的MOEMS加速度計(jì) 123
6.5.2 基于光的波動(dòng)性的MOEMS加速度計(jì) 124
6.5.3 基于光與物質(zhì)相互作用的MOEMS加速度計(jì) 126
思考題 127
第7章 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 128
7.1 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)學(xué)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(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的捷聯(lián)解算 134
7.2 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)矩陣計(jì)算 135
7.2.1 姿態(tài)矩陣的實(shí)時(shí)計(jì)算方法 135
7.2.2 等效旋轉(zhuǎn)矢量算法 147
7.2.3 各種姿態(tài)算法的比較 150
7.3 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的速度與位置計(jì)算 151
7.3.1 速度計(jì)算 151
7.3.2 位置計(jì)算 155
7.4 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn) 161
7.4.1 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差模型 161
7.4.2 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的自對(duì)準(zhǔn) 165
7.4.3 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的傳遞對(duì)準(zhǔn) 170
7.4.4 制導(dǎo)炮彈微慣導(dǎo)系統(tǒng)函數(shù)迭代空中對(duì)準(zhǔn)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(shù)學(xué)模型 191
思考題 192
第8章 平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 193
8.1 平臺(tái)式慣性導(dǎo)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(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類 193
8.1.3 平臺(tái)式與捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的對(duì)比 194
8.2 陀螺穩(wěn)定平臺(tái) 195
8.2.1 單軸積分陀螺穩(wěn)定平臺(tái) 196
8.2.2 三軸陀螺穩(wěn)定平臺(tái) 198
8.3 指北方位慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基本工作原理 199
8.3.1 指北方位慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理 199
8.3.2 平臺(tái)的穩(wěn)定及修正 202
8.3.3 指北方位慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的控制方程 208
8.3.4 指北方位慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的高度通道問(wèn)題 209
8.4 自由方位與游動(dòng)方位慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的力學(xué)編排方程 210
8.4.1 自由方位慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)分析 210
8.4.2 自由方位慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的力學(xué)編排 212
8.4.3 游動(dòng)方位慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的力學(xué)編排 217
8.5 平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差分析 220
8.5.1 平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差方程 220
8.5.2 誤差分析 228
8.6 平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn) 235
8.6.1 初始對(duì)準(zhǔn)概述 235
8.6.2 水平對(duì)準(zhǔn) 236
8.6.3 羅經(jīng)法方位對(duì)準(zhǔn) 240
8.6.4 陀螺測(cè)漂與計(jì)算法方位對(duì)準(zhǔn) 243
思考題 245
第9章 旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 247
9.1 雙軸旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差特性 247
9.1.1 雙軸旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差方程建立 248
9.1.2 雙軸旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差分析 251
9.2 基于切換控制的雙軸旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)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(chǔ) 258
9.2.3 基于切換控制理論的雙軸旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)阻尼切換方法 259
9.3 雙軸旋轉(zhuǎn)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差自標(biāo)定技術(shù) 267
9.3.1 系統(tǒng)級(jí)誤差自標(biāo)定方法 267
9.3.2 雙軸軸系非正交角對(duì)系統(tǒng)的影響分析 270
9.3.3 二位置軸系非正交角自標(biāo)定方法 272
思考題 273
第10章 組合導(dǎo)航技術(shù) 274
10.1 常見(jiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理 274
10.1.1 衛(wèi)星導(dǎo)航 274
10.1.2 天文導(dǎo)航 277
10.1.3 無(wú)線電導(dǎo)航 278
10.1.4 聲學(xué)導(dǎo)航定位 280
10.1.5 仿生導(dǎo)航 282
10.2 海洋地球物理場(chǎng)輔助導(dǎo)航 282
10.2.1 海洋重力場(chǎng)輔助導(dǎo)航 283
10.2.2 地磁場(chǎng)輔助導(dǎo)航 285
10.2.3 水深和海底地形輔助導(dǎo)航 286
10.2.4 制圖和同步定位技術(shù) 287
10.3 組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì) 288
10.3.1 組合導(dǎo)航系統(tǒng)的組合工作模式 288
10.3.2 組合導(dǎo)航系統(tǒng)的濾波設(shè)計(jì) 290
10.4 SINS/DVL組合導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)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(jié)果分析 295
思考題 299
第11章 慣性測(cè)試技術(shù) 300
11.1 慣性測(cè)試技術(shù)概述 300
11.2 標(biāo)定方法 301
11.2.1 分立標(biāo)定法 302
11.2.2 系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定法 307
11.3 慣性測(cè)試設(shè)備 317
11.3.1 精度測(cè)試設(shè)備 317
11.3.2 環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備 320
思考題 320
參考文獻(xiàn) 321