陀螺与惯性导航原理

目录 第1章陀螺仪基本理论 1.1陀螺仪概述 1.1.1陀螺仪 1.1.2双自由度陀螺仪的基本组成 1.1.3单自由度陀螺仪的基本组成 1.1.4陀螺仪的应用 1.2角动量定理 1.2.1哥氏加速度 1.2.2转动惯量 1.2.3角动量及角动量定理 1.3陀螺与惯性导航原理中的坐标系 1.3.1有关地球的一些参数 1.3.2研究陀螺仪运动的参考坐标系 1.3.3地理坐标系和地平坐标系相对惯性空间的转动角速度 1.4坐标系之间的变换 1.4.1方向余弦矩阵 1.4.2四元数基础 1.4.3矢量在常用坐标系之间的变换 1.5陀螺仪运动的表示方法 1.6小结 习题 第2章双自由度陀螺仪 2.1双自由度陀螺仪的进动性 2.1.1陀螺仪的进动性及其规律 2.1.2用角动量定理解释陀螺仪的进动性 2.1.3陀螺力矩与陀螺效应 2.2双自由度陀螺仪的稳定性 2.2.1陀螺仪的稳定性及其表现 2.2.2衡量陀螺仪精度的主要指标——漂移率 2.2.3陀螺仪的表观运动(视在运动) 2.3双自由度陀螺仪的运动方程式 2.3.1应用动静法推导陀螺仪相对惯性坐标系的运动方程式 2.3.2双自由度陀螺仪的结构图和传递函数 2.4双自由度陀螺仪的典型动态分析 2.4.1冲击力矩作用下陀螺仪的运动规律 2.4.2常值力矩作用下陀螺仪的运动规律 2.4.3简谐变化力矩作用下陀螺仪的运动规律 2.4.4双自由度陀螺仪的进动方程式及其结构 2.4.5在动坐标系中表示的陀螺仪进动方程式 2.4.6对双自由度陀螺仪运动分析的小结 2.5干扰力矩对陀螺仪运动的影响 2.5.1干扰力矩的种类 2.5.2干扰力矩对陀螺仪运动的影响 2.6小结 习题 第3章飞机的姿态角及其测量 3.1飞机姿态角的定义及其测量原理 3.1.1飞机俯仰角、倾斜角的定义 3.1.2飞机俯仰角、倾斜角测量原理——人工当地地垂线基准的建立 3.2垂直陀螺仪 3.2.1垂直陀螺仪的基本组成 3.2.2双自由度陀螺仪 3.2.3修正系统 3.2.4信号传感器 3.2.5控制机构 3.2.6托架伺服系统 3.3垂直陀螺仪的运动方程式 3.3.1陀螺仪的运动方程式及结构图 3.3.2液体摆的运动方程式和结构图 3.3.3垂直陀螺仪的运动方程式和结构图 3.3.4垂直陀螺仪的动态特性 3.4垂直陀螺仪的修正规律和修正误差 3.4.1无加速度条件下垂直陀螺仪的修正规律和修正误差 3.4.2有加速度条件下垂直陀螺仪的误差 3.5地平仪 3.5.1地平仪的组成结构 3.5.2地平仪的工作原理 3.6小结 习题 第4章飞机航向角及其测量 4.1航向角及测量原理 4.1.1飞机航向角的定义及种类 4.1.2飞机航向角的测量原理——子午线基准的建立 4.2航向陀螺仪 4.2.1航向陀螺仪的基本原理 4.2.2航向陀螺仪的基本组成 4.2.3航向陀螺仪的运动方程式 4.3陀螺半罗盘 4.3.1陀螺半罗盘的运动方程式 4.3.2陀螺半罗盘的误差 4.4陀螺磁罗盘 4.4.1磁罗盘 4.4.2陀螺磁罗盘 4.5小结 习题 第5章单自由度陀螺仪及新型陀螺仪 5.1单自由度陀螺仪的基本特性 5.1.1单自由度陀螺仪感受转动的特性 5.1.2单自由度陀螺仪的漂移率 5.1.3单自由度陀螺仪的动力学分析 5.1.4单自由度陀螺仪的应用 5.1.5单自由度陀螺仪的精度 5.1.6转弯侧滑仪 5.1.7侧滑仪和转弯仪在飞行中的配合使用 5.2挠性陀螺仪 5.2.1细颈式挠性陀螺 5.2.2动力调谐式挠性陀螺 5.3光学陀螺仪 5.3.1萨格奈克干涉 5.3.2激光陀螺仪 5.3.3光纤陀螺仪 5.4小结 习题 第6章惯性导航基础理论 6.1导航的概念及发展 6.2惯性导航基本原理 6.2.1惯性导航的概念 6.2.2惯性导航系统的基本工作原理 6.2.3平台惯导与捷联惯导 6.2.4惯性导航的特点 6.2.5惯性导航与惯性制导的区别 6.2.6惯性导航的发展 6.3地球模型和重力模型 6.3.1地球表面的曲率半径 6.3.2地球重力场 6.3.3时间基准 6.4加速度测量与比力方程 6.4.1加速度测量与比力 6.4.2比力方程——惯性导航系统的基本方程 6.5加速度计 6.6小结 习题 第7章陀螺稳定平台 7.1陀螺稳定平台简介 7.1.1陀螺稳定平台的组成 7.1.2陀螺稳定平台的功用 7.1.3陀螺稳定平台的分类 7.2单轴指示式陀螺稳定平台 7.2.1单自由度陀螺构成的单轴指示式陀螺稳定平台 7.2.2双自由度陀螺构成的单轴指示式陀螺稳定平台 7.3单轴陀螺稳定平台的稳定回路分析 7.3.1稳定力矩的产生形式 7.3.2稳定回路各环节的传递函数 7.3.3稳定回路的总传递函数及静态分析 7.3.4稳定回路的性能指标 7.4三轴稳定平台 7.4.1平台的构成及坐标系 7.4.2方位坐标分解器和正割分解器的功用 7.4.3单自由度陀螺构成的平台的缺陷 7.4.4双自由度陀螺构成的三轴平台 7.5四环三轴稳定平台 7.5.1四环三轴平台的构成 7.5.2外横滚伺服回路工作原理 7.6小结 习题 第8章平台式惯性导航系统 8.1平台式惯导系统的结构和分类 8.1.1平台式惯导系统的结构 8.1.2平台式惯导系统的分类 8.2舒勒调谐和平台式惯导系统的水平修正回路 8.2.1舒勒摆及舒勒调谐原理 8.2.2惯导系统水平修正回路实现舒勒调谐 8.3惯导系统的高度通道 8.4指北方位惯导系统的力学编排 8.4.1给平台施加的指令角速度 8.4.2速度方程 8.4.3位置和姿态方程 8.4.4指北方位惯导系统力学编排框图及优缺点 8.5游移方位惯导系统的力学编排 8.5.1游移方位惯导系统的方向余弦矩阵 8.5.2方向余弦矩阵的微分方程 8.5.3位移角速度方程 8.5.4速度方程 8.5.5施加给平台的指令角速度 8.5.6游移方位惯导系统力学编排框图及优缺点 8.6其他平台式惯导系统 8.6.1自由方位惯导系统 8.6.2旋转方位惯导系统 8.6.3平台式惯导系统小结 8.7小结 习题 第9章捷联式惯性导航系统 9.1捷联惯导基本原理 9.2捷联惯导系统的基本力学编排方程——位置方程 9.2.1位置矩阵 9.2.2位置求解方法 9.2.3位置微分方程 9.2.4位移角速率方程 9.3捷联惯导系统的基本力学编排方程——速度方程 9.4捷联惯导系统的基本力学编排方程——姿态方程 9.4.1姿态矩阵 9.4.2姿态角求解方法 9.4.3姿态微分方程 9.4.4姿态速率方程 9.5捷联惯导系统工作框图 9.6小结 习题 第10章惯性导航系统的误差分析 10.1惯导系统的误差源 10.2误差分析中的坐标系 10.3指北方位惯导系统误差分析 10.3.1姿态误差方程 10.3.2速度误差方程 10.3.3位置误差方程 10.3.4静基座条件下指北方位惯导系统的基本误差特性 10.4捷联惯导系统的误差分析 10.4.1主要误差源 10.4.2惯性元件的误差补偿 10.4.3误差方程 10.5小结 习题 第11章惯性导航系统中的卡尔曼滤波算法 11.1卡尔曼滤波的估计准则 11.2卡尔曼滤波原理 11.2.1连续系统的卡尔曼滤波 11.2.2离散系统的卡尔曼滤波 11.2.3连续卡尔曼滤波方程的离散化处理 11.2.4仿真分析 11.3离散型非线性扩展卡尔曼滤波 11.3.1扩展卡尔曼滤波 11.3.2仿真分析 11.4Unscented卡尔曼滤波 11.4.1UT变换和对称采样策略 11.4.2Unscented 卡尔曼滤波算法 11.5容积卡尔曼滤波 11.5.1Spherical-radial cubature准则 11.5.2容积卡尔曼滤波算法 11.5.3仿真分析 11.6小结 习题 第12章惯性导航系统初始对准 12.1初始对准的一般概念 12.2指北方位平台惯导系统的初始对准 12.2.1水平对准 12.2.2方位对准 12.2.3陀螺仪漂移的测定和精对准 12.2.4对准结束的标志 12.3捷联式惯导系统的初始对准 12.3.1解析粗对准 12.3.2一步修正粗对准 12.3.3精对准原理 12.4基于卡尔曼滤波的初始对准 12.4.1静基座时以加速度计输出为观测的开环自对准 12.4.2静基座时以加速度计输出为观测的简化开环自对准 12.5传递对准 12.5.1“一次性”传递对准 12.5.2惯性测量匹配传递对准 12.5.3速度匹配传递对准 12.5.4位置匹配传递对准 12.5.5姿态匹配传递对准 12.6小结 习题 第13章组合导航系统 13.1主要导航方法简介 13.1.1地磁导航 13.1.2天文导航 13.1.3地形辅助导航系统 13.1.4无线电导航 13.1.5多普勒雷达导航 13.1.6卫星导航 13.2组合导航系统的组合方式 13.2.1基于古典控制的组合导航 13.2.2基于卡尔曼滤波的组合导航 13.3惯性—卫星组合导航系统 13.3.1惯性—卫星组合导航系统状态模型 13.3.2惯性—卫星组合导航系统量测模型 13.4小结 习题 参考文献