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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