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1 绪论 1

1.1 惯导系统的发展与现状 1

1.2 惯性导航的基础知识 2

1.2.1 地球形状 2

1.2.2 垂线和纬度 3

1.2.3 导航用坐标系 3

1.3 惯导系统的基本原理 4

1.3 1平台式惯导系统的基本原理 4

1.3.2 捷联式惯导系统的基本原理 6

1.4 惯导系统的关键技术 7

1.4.1 惯性仪表技术 7

1.4.2 惯性仪表误差补偿技术 8

1.4.3 初始对准技术 9

1.4.4 捷联式惯性系统的姿态矩阵计算 9

1.5 惯导系统的初始对准 9

1.5.1 初始对准的类别 9

1.5.2 初始对准的要求 10

1.5.3 初始对准的发展 10

2 惯导系统的误差方程与误差分析 11

2.1 引言 11

2.2 平台式惯导系统的Ψ角误差方程 12

2.2.1 系统的误差方程 12

2.2.2 平台坐标系与真实地理坐标系的误差角Ф的计算 15

2.3 平台式惯导系统的Ф角误差方程 17

2.3.1 平台姿态误差方程 17

2.3.2 速度误差方程 18

2.3.3 系统的误差方程 19

2.4 平台式惯导系统误差特性及其分析 20

2.4.1 系统误差方程 20

2.4.2 系统误差方块图 21

2.4.3 系统误差特性分析 22

2.4.4 平台式惯导系统误差传播特性 24

2.5 捷联式惯导系统的Ф角误差方程 26

2.5.1 数学平台的误差角方程 26

2.5.2 速度误差方程 30

2.5.3 位置误差方程 30

2.5.4 系统误差方程 30

2.5.5 无阻尼捷联惯导系统的误差传播特性及分析 32

2.6 捷联式惯导系统的Ψ角误差方程 33

2.6.1 误差方程的建立 34

2.6.2 捷联惯导系统的Ψ角误差模型与Ф角误差模型之间的关系 35

2.7 本章小结 36

3 惯导系统的初始对准方法 36

3.1 引言 36

3.2 平台式惯导系统的经典初始对准方法 37

3.2.1 静基座条件下指北方位惯导系统误差方程 37

3.2.2 单轴水平回路的初始对准 38

3.2.3 方位罗经对准原理及精度分析 43

3.2.4 陀螺漂移的测定 46

3.3 捷联式惯导系统的经典初始对准方法 48

3.3.1 解析粗对准 49

3.3.2 精对准原理 52

3.4 状态观测器在惯导系统初始对准中的应用 58

3.4.1 状态方程和观测方程的建立 58

3.4.2 水平对准回路 60

3.4.3 方位罗经对准回路 62

3.5 卡尔曼滤波原理 64

3.5.1 卡尔曼滤波与最优估计 64

3.5.2 卡尔曼滤波方程 65

3.5.3 连续系统离散化转移矩阵Фk+1,k和系统噪声方差阵Qk的计算 69

3.5.4 有色噪声条件下的卡尔曼滤波 71

3.5.5 非线性系统的卡尔曼滤波 72

3.6 惯导系统静基座初始对准的卡尔曼滤波方法 73

3.6.1 平台式惯导系统静基座初始对准的卡尔曼滤波方法 73

3.6.2 捷联惯导系统静基座初始对准的卡尔曼滤波方法 78

3.7 惯导系统动基座初始对准的卡尔曼滤波方法 80

3.7.1 平台式惯导系统动基座对准误差模型的建立 80

3.7.2 捷联惯导系统动基座对准卡尔曼滤波模型的建立 81

3.7.3 平台式惯导系统及捷联式惯导系统动基座初始对准的可观测性分析问题 82

3.8 本章小结 82

4 PWCS可观测性分析理论与方法 83

4.1 引言 83

4.2 PWCS的可观测性矩阵 84

4.2.1 系统可观测性的概念及PWCS的可观测性矩阵 84

4.2.2 PWCS的提取可观测性矩阵 88

4.3 PWCS的可观测性分析步骤 90

4.4 系统状态变量可观测度分析的特征值方法 96

4.4.1 引言 96

4.4.2 误差协方差阵的特征值和特征向量 96

4.4.3 P阵的规范化 97

4.4.4 举例 98

4.4.5 小结 100

4.5 系统状态变量可观测度分析的奇异值方法 100

4.5.1 可观测性指数 101

4.5.2 奇异值分解有关理论 101

4.5.3 基于奇异值分解理论的系统可观测性分析 103

4.5.4 举例 105

4.5.5 可观测度的定义 105

4.6 本章小结 106

5 PWCS可观测性分析方法在惯导系统动基座对准中的应用 110

5.1 引言 110

5.2 平台式惯导系统动基座对准的可观测性分析 110

5.2.1 平台式惯导系统动基座对准的误差模型 110

5.2.2 平台式惯导系统动基座对准过程的可观测性分析 112

5.2.3 平台式惯导系统动基座对准过程的可观测性分析结果 114

5.3 捷联式惯导系统动基座对准的可观测性分析 115

5.3.1 捷联惯导系统动基座对准的误差模型 116

5.3.2 捷联惯导系统动基座对准过程的可观测性分析 118

5.3.3 捷联惯导系统动基座对准过程的可观测性分析结果 121

5.4 惯导系统动基座初始对准时状态变量的可观测度分析 122

5.4.1 平台式惯导系统静基座对准时的可观测性和可观测度 123

5.4.2 捷联惯导系统在摇摆基座上初始对准时状态可观测度分析 124

5.4.3 捷联惯导系统在线加速运动对准时的状态可观测度分析 130

5.4.4 捷联惯导系统在组合运动对准时的状态可观测度分析 131

5.5 本章小结 132

6 惯导系统静基座快速精确初始对准方法 142

6.1 引言 142

6.2 平台式惯导系统的静基座快速初始对准方法 142

6.2.1 平台式惯导系统静基座对准的误差模型及可观测性分析 142

6.2.2 平台式惯导系统静基座初始对准的仿真结果及精度分析 143

6.2.3 一种快速有效的平台式惯导系统静基座初始对准方法 144

6.2.4 快速初始对准方法的精度分析及计算机仿真结果 145

6.3 捷联惯导系统的静基座快速初始对准方法 146

6.3.1 捷联惯导系统静基座对准的卡尔曼滤波模型及可观测性分析 146

6.3.2 捷联惯导系统静基座快速初始对准方法 147

6.3.3 快速初始对准方法的计算机仿真结果与精度分析 148

6.4 捷联惯导系统静基座最优多位置对准 149

6.4.1 引言 149

6.4.2 捷联惯导系统的误差模型 149

6.4.3 可观测性分析 150

6.4.4 最优多位置对准 152

6.4.5 小结 154

6.5 陀螺随机常值漂移的多级标定法及其在初始对准中的应用 155

6.5.1 陀螺随机常值漂移的多级标定法 155

6.5.2 仿真及实验结果 157

6.5.3 陀螺常值漂移多级标定方法在惯导系统初始对准中的应用 157

6.6 本章小结 158

7 惯导系统动基座快速精确对准方法 160

7.1 引言 160

7.2 快速初始对准方法在平台式惯导系统动基座（匀速平直运动）对准中的应用 160

7.2.1 平台式惯导系统在匀速平直运动情况下的初始对准误差模型及可观测性分析 160

7.2.2 平台式惯导系统在匀速平直运动时的快速初始对准方法 161

7.3 平台式惯导系统动基座对准的仿真研究 162

7.4 快速初始对准方法在捷联惯导系统动基座（匀速平直运动）对准中的应用 165

7.4.1 捷联惯导系统在载体匀速平直运动情况下的初始对准误差模型及可观测性分析 165

7.4.2 捷联惯导系统在匀速平直运动时的快速初始对准方法 168

7.5 捷联惯性系统动基座对准的仿真研究 169

7.5.1 捷联系统传感器仿真 169

7.5.2 捷联系统算法仿真 170

7.5.3 捷联系统卡尔曼滤波器仿真 170

7.5.4 捷联系统在静基座对准时卡尔曼滤波仿真 170

7.5.5 捷联系统在摇摆运动时初始对准的卡尔曼滤波仿真 171

7.5.6 捷联惯性系统在线加速运动对准时的卡尔曼滤波仿真 174

7.5.7 捷联惯性系统在组合运动时的卡尔曼滤波仿真 178

7.6 本章小结 178

8 初始对准的展望 183

8.1 引言 183

8.2 自适应卡尔曼滤波器在惯导系统动基座对准中的应用 183

8.3 H∞滤波器在惯导系统初始对准中的应用 184

8.4 神经网络技术在惯导系统初始对准中的应用 185

8.5 GPS信息辅助惯导系统运动基座快速精确对准方法 186

参考文献 187