惯性导航与组合导航基础PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1导航的概念 1

1.2导航的发展历程 2

1.3导航的分类 4

1.4惯性技术 6

1.5惯性导航简介 7

1.6国内外主要的惯性技术研究单位 9

1.7惯性导航的发展趋势 10

第2章 惯性导航基础 13

2.1惯性导航的数学基础 13

2.1.1状态空间矢量 13

2.1.2矩阵 13

2.1.3矢量的点乘和叉乘运算 15

2.1.4常微分方程 16

2.1.5四元数 17

2.1.6球面三角形 18

2.1.7随机变量和随机过程 19

2.1.8最小二乘估计 23

2.2惯性导航的力学基础 24

2.2.1 Coriolis定理 24

2.2.2绝对加速度的分解 25

2.2.3动量矩守恒定律 25

2.2.4 比力 26

2.3惯性导航中的坐标系及其变换 27

2.3.1常用的坐标系 28

2.3.2坐标系之间的变换 30

2.3.3体轴角速度和姿态角速度的关系 31

2.3.4姿态矩阵微分方程 32

2.4地球的模型 33

2.4.1地球的形状描述 33

2.4.2垂线和纬度的定义 36

2.4.3地球的引力场 37

2.5估计和滤波 37

2.5.1数学基础 38

2.5.2连续过程的卡尔曼滤波 40

2.5.3离散过程的卡尔曼滤波 44

2.6地磁场的模型 45

第3章 惯性传感器 50

3.1机电陀螺 50

3.1.1机电陀螺仪的原理 50

3.1.2动力调谐陀螺的数学模型 52

3.1.3机电陀螺仪的指标体系 55

3.1.4机电陀螺仪的测试 55

3.1.5动力调谐陀螺对线振动和角振动的响应 56

3.2激光陀螺 58

3.2.1激光陀螺简介 59

3.2.2环形激光陀螺的构成 62

3.2.3环形激光陀螺的基本误差 64

3.2.4激光陀螺的测试 65

3.3光纤陀螺 66

3.3.1光纤陀螺简介 67

3.3.2光纤陀螺的类型 69

3.3.3光纤陀螺的测试 69

3.4 MEMS陀螺 69

3.4.1 MEMS陀螺的原理 70

3.4.2 MEMS陀螺的简化模型及误差分类 73

3.4.3 Allan方差简介 76

3.4.4 MEMS陀螺的测试 77

3.5新型陀螺 78

3.5.1静电陀螺 78

3.5.2半球谐振陀螺 82

3.5.3原子陀螺 83

3.6通用的加速度计 84

3.6.1挠性摆式加速度计 85

3.6.2液浮摆式加速度计 86

3.7 MEMS加速度计 88

3.8声表面波加速度计 89

3.9角加速度计 90

3.10加速度计的性能指标体系和测试 91

第4章 陀螺稳定平台 93

4.1陀螺稳定平台概述 93

4.2单轴陀螺稳定平台 95

4.3双轴陀螺稳定平台 98

4.3.1双轴平台的原理结构 98

4.3.2平台的稳定、跟踪过程 99

4.3.3平台的动力学方程和传递函数 100

4.4三轴陀螺稳定平台 102

4.4.1三轴台体的结构 102

4.4.2坐标系及坐标变换 104

4.4.3三轴平台的构成原理 105

4.4.4环架的转动到台体的传递 106

4.4.5三轴平台的几何稳定 108

4.4.6三轴平台的修正 110

4.4.7三环三轴平台的动力学模型 111

4.5四环三轴平台 119

4.5.1四环三轴平台的运动学分析 120

4.5.2外横滚环伺服回路的正割补偿 121

4.5.3四环三轴平台的反自转 122

4.6陀螺稳定平台的控制策略及误差补偿 122

第5章 平台式惯性导航系统 125

5.1组成 125

5.2原理 126

5.2.1基本原理 126

5.2.2舒拉调谐 127

5.3指北式惯导系统 129

5.3.1台体的稳定 130

5.3.2台体的修正 131

5.4自由方位式惯导系统 135

5.4.1自由方位式的基本原理 136

5.4.2自由方位惯导系统的力学编排 137

5.5游移方位式惯导系统 141

5.5.1游移方位式的原理 141

5.5.2游移方位式的力学编排 141

5.6指北式惯导系统的对准 143

5.7实用的指北式惯导系统 149

5.7.1水平阻尼 149

5.7.2方位阻尼 153

5.7.3指北式惯导系统的统一方程 155

第6章 捷联式惯性导航系统 158

6.1 SINS系统的力学编排 159

6.1.1在惯性坐标系中的力学编排 160

6.1.2在地球坐标系中的力学编排 162

6.1.3在地理坐标系中的力学编排 163

6.2姿态计算方法 164

6.2.1四元数法 164

6.2.2方向余弦矩阵法 168

6.2.3等效旋转矢量法 172

6.2.4罗德里格参数法 175

6.3对准 180

6.3.1静基座上SINS的对准 181

6.3.2动基座上SINS的对准 184

6.4 SINS中的系统误差简介 185

6.4.1圆锥误差 186

6.4.2划船误差 187

6.4.3涡卷误差 189

6.5惯导系统的测试 191

6.5.1实验室测试 191

6.5.2车载实验 191

6.5.3飞行试验 192

第7章 组合导航系统 194

7.1组合导航的分类 194

7.1.1 GNSS和INS的组合 195

7.1.2辅助导航设备 198

7.2组合导航系统的数据融合 205

7.2.1扩展卡尔曼滤波 205

7.2.2无味卡尔曼滤波 207

7.2.3粒子滤波 211

7.2.4针对卡尔曼滤波的改进 214

7.2.5容积卡尔曼滤波 220

7.3组合导航系统的数学建模与仿真 221

7.3.1组合导航系统的数学建模 221

7.3.2卡尔曼滤波器的设计 224

7.3.3组合导航系统的数学仿真 225

7.4组合导航系统的集成结构 227

7.4.1最小二乘结构 227

7.4.2阶梯式结构 229

7.4.3中心化结构 230

7.4.4联邦结构 231

7.4.5 混合结构 233

7.5组合导航系统实例 233

参考文献 237