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第1章 定位定向基础知识1

1.1 基本概念1

1.2 地球参考椭球及地球重力场特性1

1.2.1 地球的形状和时间的定义1

1.2.2 垂线、纬度、高程的定义3

1.2.3 地球重力场特性5

1.3 地球磁场特性5

1.3.1 地球磁场的要素及其分布特征6

1.3.2 地球磁场的解析模式7

1.3.3 地球磁场变化特性7

1.4 恒星特性及天球坐标系8

1.4.1 恒星的特性8

1.4.2 天球及天球坐标系8

1.4.3 星表及星图识别技术10

1.5 载体的空间位置和姿态的描述12

1.5.1 常用坐标系13

1.5.2 刚体的空间角位置描述15

1.5.3 坐标系之间的变换、载体位置、姿态和方位的确定20

1.6 导航技术23

1.6.1 惯性导航23

1.6.2 地磁导航26

1.6.3 天文导航27

思考与练习29

第2章 自主定位定向器件32

2.1 陀螺仪32

2.1.1 陀螺效应33

2.1.2 陀螺仪的分类与发展趋势39

2.1.3 陀螺仪原理44

2.1.4 陀螺仪的技术指标及漂移分析64

2.2 加速度计67

2.2.1 哥氏加速度、绝对加速度和比力67

2.2.2 加速度计的分类和发展趋势75

2.2.3 加速度计原理76

2.2.4 加速度计的技术指标及误差分析82

2.3 地磁传感器84

2.3.1 磁罗经技术84

2.3.2 磁通门技术88

2.3.3 直感式地磁导航系统的一般结构91

2.3.4 地磁测量误差模型及其补偿93

2.4 天体敏感器93

2.4.1 天体敏感器的分类94

2.4.2 航海六分仪和空间六分仪100

思考与练习106

第3章 自主定向系统108

3.1 舒勒原理108

3.1.1 数学摆跟踪垂线的舒勒原理108

3.1.2 物理摆跟踪垂线的舒勒原理110

3.2 姿态稳定器111

3.2.1 单轴稳定器基本原理111

3.2.2 三轴稳定平台121

3.2.3 四平衡环系统123

3.3 惯性定向系统126

3.3.1 陀螺地平仪126

3.3.2 陀螺寻北仪127

3.4 地磁定向系统134

3.4.1 磁定向基本原理135

3.4.2 数字式磁罗盘基本组成和原理135

3.4.3 数字式磁罗盘的误差分析及补偿137

3.5 天文定向系统137

3.5.1 天文定向系统基本原理137

3.5.2 天文定向系统误差分析139

思考与练习141

第4章 自主定位系统142

4.1 捷联惯导系统142

4.1.1 组成和算法概述142

4.1.2 姿态矩阵的更新计算145

4.1.3 三通道捷联惯导系统的计算148

4.2 捷联惯导系统的初始对准151

4.2.1 粗对准152

4.2.2 卡尔曼滤波法精对准154

4.3 捷联惯导系统的动基座传递对准156

4.3.1 主、子惯导误差156

4.3.2 传递对准中的匹配量157

4.4 地磁定位系统162

4.4.1 地球磁场组成及分布描述162

4.4.2 地磁匹配定位系统算法原理164

4.4.3 地磁辅助惯性组合导航方法167

4.5 天文定位系统168

4.5.1 多星定位算法原理及误差分析169

4.5.2 单星定位算法原理及误差分析170

4.5.3 多敏感器融合定位算法原理174

思考与练习176

第5章 系统误差方程与导航解算177

5.1 捷联惯导系统的误差177

5.1.1 速度误差和位置误差方程177

5.1.2 姿态误差方程179

5.1.3 捷联惯导系统的误差传播特性181

5.2 导航解算182

5.2.1 姿态计算183

5.2.2 加速度矢量变换算法185

5.2.3 导航算法185

5.3 卡尔曼滤波与辅助导航计算186

5.3.1 卡尔曼滤波简单推导186

5.3.2 几种最优估计和卡尔曼滤波基本方程188

5.3.3 卡尔曼滤波中的技术处理191

5.3.4 卡尔曼滤波理论在自主定位定向系统设计中的应用202

5.3.5 卡尔曼滤波的推广209

思考与练习210

第6章 自主定位定向技术的应用212

6.1 大地测量212

6.2 铁路检轨215

6.3 陀螺测斜仪和陀螺经纬仪217

6.4 车辆稳定系统219

6.5 摄像陀螺仪220

6.6 船舶惯性导航系统222

6.7 自动驾驶仪224

6.8 导弹滚转被动控制（陀螺舵）228

6.9 飞机弹射座椅229

6.10 搜救机器人230

6.11 个人自主航位推算230

6.12 消费电子231

附录 常用符号术语及定位定向技术参数常用单位233

参考文献236