第1章 方位信息与寻北技术 1
1.1 方位信息与北向基准 1
1.1.1 方位信息及其意义 1
1.1.2 地理上各种北向基准与参照物 2
1.2 寻北技术的发展历程 4
1.2.1 指南针 5
1.2.2 磁罗经 5
1.2.3 磁通门传感器与磁通定向 7
1.2.4 无线电测向 8
1.2.5 双GPS定向 9
1.2.6 天文定向 10
第2章 陀螺寻北技术概述 11
2.1 陀螺寻北技术研究的意义 11
2.2 惯性寻北技术的分类 12
2.2.1 基本分类 12
2.2.2 基本原理 15
2.3 陀螺寻北系统的发展历史、现状与趋势 16
2.3.1 历史与现状 16
2.3.2 未来发展趋势 19
2.3.3 各厂商产品情况汇总 20
第3章 陀螺寻北技术基础 22
3.1 常用度量与单位制 22
3.1.1 地理坐标 22
3.1.2 角的量度及其单位制 23
3.2 数学与力学基础 26
3.2.1 矢量、欧拉角坐标系 26
3.2.2 刚体的转动、力矩和转动惯量 27
3.3 陀螺基本特性 29
3.3.1 进动性 29
3.3.2 定轴性 31
3.3.3 陀螺仪的视运动 32
3.4 寻北用惯性器件 33
3.4.1 陀螺仪 34
3.4.2 加速度计 53
3.5 典型陀螺寻北系统简介 64
3.5.1 陀螺罗经／陀螺罗盘 65
3.5.2 陀螺经纬仪 66
3.5.3 捷联式陀螺寻北仪 70
3.6 各种陀螺寻北系统的比较 71
3.6.1 各类陀螺寻北系统的共同特征 71
3.6.2 各类陀螺寻北系统的差异分析 71
第4章 捷联式陀螺寻北仪 76
4.1 捷联式寻北原理 76
4.2 捷联式寻北系统组成 77
4.2.1 惯性测量组件 77
4.2.2 调平与转位机构 78
4.2.3 温控与外围电路 79
4.2.4 装置支架 79
4.3 捷联寻北方案综述 79
4.3.1 单轴陀螺寻北方案 80
4.3.2 双陀螺寻北方案 99
4.4 捷联式寻北仪误差分析 103
4.4.1 单陀螺寻北方案误差分析 103
4.4.2 双陀螺寻北方案误差分析 130
4.5 捷联式寻北仪的设计要素 136
4.5.1 惯性器件选择 136
4.5.2 总体结构设计 138
4.5.3 采集与控制电路设计 138
4.5.4 温控与磁屏蔽设计 139
4.5.5 系统软件设计 139
第5章 悬丝摆式陀螺经纬仪 144
5.1 下挂式与上架式结构 144
5.1.1 下挂式结构 144
5.1.2 上架式结构 147
5.2 摆式陀螺寻北仪工作原理 151
5.2.1 基于陀螺摆运动的基本原理 151
5.2.2 陀螺房运动的欧拉方程 153
5.2.3 地球自转对摆式陀螺仪的影响 155
5.2.4 摆式陀螺仪的运动方程 157
5.2.5 陀螺轴摆动方程的实用形式 161
5.3 温度、振动和磁场对陀螺寻北的影响分析 167
5.3.1 环境温度变化对仪器的影响 167
5.3.2 陀螺仪内部温度变化对仪器的影响 172
5.3.3 振动对陀螺定向的影响 173
5.3.4 磁场强度变化对陀螺北方向的影响 175
5.4 摆式陀螺经纬仪的设计 175
5.4.1 总体结构设计 176
5.4.2 测控电路设计 177
5.4.3 光路设计 182
5.4.4 系统软件设计 185
5.5 后端数据处理 188
5.5.1 粗寻北算法 188
5.5.2 不跟踪式观测 194
5.5.3 精寻北算法 207
第6章 磁悬浮陀螺寻北仪 210
6.1 工作原理简介 210
6.2 系统组成 214
6.3 各分系统的设计实现 217
6.3.1 陀螺电机稳速控制系统 217
6.3.2 高精度测角及回转控制系统 229
6.3.3 光电反馈控制系统 241
6.3.4 悬浮支承系统 252
6.3.5 计算机采集与控制 258
6.4 磁悬浮摆式陀螺寻北仪的误差分析 273
6.4.1 输出轴的干扰力矩Mf带来的误差 273
6.4.2 相关参数标定的误差 274
6.4.3 寻北方案带来的误差 276
6.4.4 采样带来的误差 277
6.4.5 角度回转系统带来的误差分析 277
6.4.6 闭路静差的补偿 278
第7章 陀螺寻北系统观测快速性的优化 280
7.1 观测操作的自动化 280
7.1.1 CCD传感器的引入 280
7.1.2 锁放陀螺的自动化 281
7.1.3 快速的初始寻北与对准 282
7.2 陀螺房的优化控制 284
7.2.1 步进控制 284
7.2.2 阻尼控制 285
7.3 快速性的寻北算法 289
7.3.1 不完整周期的中天算法 289
7.3.2 1/4周期的积分法 291
7.3.3 数据库法 292
第8章 陀螺寻北系统环境适应性设计 294
8.1 抗动基座扰动方法 294
8.1.1 传统方法抗干扰 295
8.1.2 小波变换法抗干扰 296
8.1.3 B－小波分析法抗干扰 300
8.1.4 神经网络法抗干扰 303
8.2 磁屏蔽设计 305
8.2.1 磁屏蔽的必要性 305
8.2.2 磁性材料及其性能 305
8.2.3 屏蔽体的设计 308
8.2.4 屏蔽体厚度的计算 309
8.2.5 屏蔽体的生产工艺 310
8.2.6 磁屏蔽设计的其他要点 311
8.2.7 寻北系统磁屏蔽的退化与校验 312
第9章 陀螺寻北系统的应用 313
9.1 各类典型寻北应用 313
9.1.1 隧道工程中心线的测量 313
9.1.2 测绘存在通视障碍时方向角的获取 313
9.1.3 建筑日影计算所需的真北测定 315
9.1.4 军事中武器系统的瞄准 315
9.1.5 国防工业设备测试需要 315
9.2 方位信息的瞄准与传递 316
9.2.1 方位基准与方位基准装置 316
9.2.2 自准直技术 317
9.2.3 方位的对准与传递 323
9.2.4 典型应用 326
附录A GYROMAT 2000/3000型陀螺经纬仪简介 329
参考文献 333
后记 335