第1章 基础知识 1
1.1基本概念 1
1.1.1惯性导航的基本原理 1
1.1.2惯性导航系统的组成及分类 2
1.2地球参考椭球和重力场 4
1.2.1地球的形状 4
1.2.2参考旋转椭球体的曲率半径 6
1.2.3地球重力场特性 8
1.2.4垂线与纬度 9
1.2.5地球运动和时间的定义 10
1.3参考坐标系的建立 11
1.3.1确定地球相对惯性空间运动的坐标系 11
1.3.2确定运载体相对地球表面位置的坐标系 13
1.3.3运载体和导航仪表坐标系 14
1.4坐标变换及姿态矩阵描述 16
1.4.1方向余弦矩阵表示的坐标变换 16
1.4.2四元数表示的坐标变换 23
思考题 29
第2章 机械转子式陀螺仪 30
2.1机械转子式陀螺仪力学基础 30
2.1.1牛顿定律 30
2.1.2哥氏定理 30
2.1.3刚体的定点转动 34
2.2机械转子式陀螺仪工作原理 41
2.2.1机械转子式陀螺仪的物理模型 41
2.2.2双自由度陀螺仪 43
2.2.3单自由度陀螺仪 51
2.2.4性能指标与误差模型 54
2.3典型的机械转子式陀螺仪 56
2.3.1液浮陀螺仪 56
2.3.2挠性陀螺仪 58
2.3.3静电陀螺仪 59
思考题 61
第3章 光学陀螺仪与原子陀螺仪 62
3.1光学陀螺仪基础 63
3.1.1光的干涉 63
3.1.2氦-氖激光器 64
3.1.3 Sagnac效应 65
3.2激光陀螺仪 67
3.2.1基本结构原理和分类 68
3.2.2激光陀螺仪输出误差特性分析 71
3.2.3自锁效应的克服 74
3.3光纤陀螺仪 77
3.3.1光路的互易性 77
3.3.2光纤陀螺仪的功能元件 78
3.3.3光纤陀螺仪分类及特点 81
3.3.4噪声因素及抑制措施 84
3.4 MOEMS陀螺仪 86
3.4.1集成光学陀螺仪 86
3.4.2光子晶体光纤陀螺仪 87
3.5原子陀螺仪 88
3.5.1原子陀螺仪的基本结构 89
3.5.2原子陀螺仪的工作原理 90
思考题 92
第4章 振动陀螺仪与加速度计 93
4.1振动陀螺仪基础 93
4.1.1哥氏加速度与哥氏效应 93
4.1.2振动陀螺仪原理 94
4.1.3振动陀螺仪的典型结构 99
4.2半球谐振陀螺仪 100
4.2.1半球谐振陀螺仪的结构 100
4.2.2半球谐振陀螺仪的工作原理 102
4.2.3半球谐振陀螺仪的信号检测 104
4.3音叉振动陀螺仪 107
4.3.1音叉振动陀螺仪的结构 107
4.3.2音叉振动陀螺仪的工作原理 108
4.4微机电陀螺仪 111
4.4.1微机电陀螺仪概述 111
4.4.2微机电陀螺仪结构及工作原理 112
4.4.3微机电陀螺仪的微弱信号检测 115
4.5压电振动陀螺仪 117
4.6加速度计 119
4.6.1比力与比力测量 119
4.6.2摆式加速度计 121
4.6.3石英振梁式加速度计 126
4.6.4硅微加速度计 128
思考题 131
第5章 平台式惯性导航系统 132
5.1平台式惯性导航系统概述 132
5.2陀螺稳定平台 134
5.2.1单轴积分陀螺稳定平台 135
5.2.2三轴陀螺稳定平台 142
5.3指北方位惯性导航系统基本工作原理 143
5.3.1比力方程 144
5.3.2指北方位惯性导航系统的定位原理 145
5.3.3平台的稳定及修正 149
5.3.4指北方位惯性导航系统的控制方程 156
5.3.5指北方位惯性导航系统的高度通道问题 156
5.4自由方位与游动方位惯性导航系统的力学编排方程 158
5.4.1自由方位惯性导航系统的特点分析 159
5.4.2自由方位惯性导航系统的力学编排 160
5.4.3游动方位惯性导航系统的力学编排 167
5.5平台式惯性导航系统误差分析 169
5.5.1基本方程与误差方程 169
5.5.2误差分析 178
5.6平台式惯性导航系统的初始对准 187
5.6.1初始对准概述 187
5.6.2水平对准 188
5.6.3方位对准 193
思考题 199
第6章 捷联式惯性导航系统 200
6.1捷联式惯性导航系统概述 200
6.1.1捷联式惯性导航系统的特点 200
6.1.2捷联算法 202
6.2捷联式惯性导航系统的姿态矩阵计算 204
6.2.1姿态矩阵微分方程描述 204
6.2.2姿态矩阵的实时计算 209
6.2.3等效旋转矢量算法 220
6.2.4各种姿态算法的比较 224
6.3捷联式惯性导航系统的速度与位置计算 225
6.3.1速度计算 225
6.3.2位置计算 230
6.4捷联式惯性导航系统的初始对准 237
6.4.1捷联式惯性导航系统的误差模型 237
6.4.2捷联式惯性导航系统的自对准 241
6.4.3捷联式惯性导航系统的传递对准 247
6.5旋转捷联式惯性导航系统 257
6.5.1旋转调制补偿机理 257
6.5.2旋转捷联式惯性导航系统的关键技术 260
6.6陀螺寻北仪 261
6.6.1陀螺寻北仪工作原理 261
6.6.2陀螺寻北仪数学模型 263
思考题 265
第7章 惯性测试技术 266
7.1惯性测试技术概述 266
7.2标定方法 268
7.2.1分立标定法 268
7.2.2系统级标定法 274
7.3惯性测试设备 286
7.3.1精度测试设备 286
7.3.2环境试验设备 289
思考题 290
第8章 组合导航技术 291
8.1常见导航系统基本定位原理 291
8.1.1卫星导航 291
8.1.2天文导航 293
8.1.3地形辅助导航 294
8.1.4无线电导航 296
8.2海洋地球物理辅助导航 298
8.2.1海洋重力辅助导航 299
8.2.2地磁辅助导航 301
8.2.3海深和海底地形辅助导航 304
8.2.4制图和同步定位技术 304
8.3组合导航系统设计 306
8.3.1组合导航系统的组合工作模式 306
8.3.2组合导航系统的滤波设计 308
8.3.3多传感器信息融合 312
思考题 317
参考文献 318