《船用惯性导航》主要介绍船用平台式与捷联式惯性导航的原理,内容包括三部分:(1)惯性元件,重点介绍目前惯性导航系统中使用的液浮陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、加速度计以及微惯性器件;(2)船用平台式惯性导航系统原理、误差分析、阻尼、对准等;(3)船用捷联式惯性导航系统的结构、力学编排、误差分析、综合校正。
惯性导航系统利用惯性敏感元件在飞机、舰船、火箭等载体内部测量载体相对惯性空间的线运动和角运动参数,在给定的运动初始条件下,根据牛顿运动定律,推算载体的瞬时速度和瞬时位置。惯性导航涉及控制技术、计算机技术、测试技术、精密机械工艺等多门应用技术学科,是现代高精尖技术的产物,在航海、航空及航天领域有着不可替代的作用。尤其是其具有自主导航定位的特点,在国防领域有着极其重要的作用,是各国争相发展的高技术。
《惯性导航原理》(陈永冰、钟斌,国防工业出版社2007年出版)在长期使用中得到了广大读者的积极好评,其内容仅做了部分勘误和局部删减,主要内容均纳入了本书的内容范围。考虑到近年来惯性导航技术的新进展,本书中增加了光学陀螺、捷联式惯导、旋转调制式惯导、惯性系初始对准、变阻尼技术、两点校、三点校、利用卡尔曼滤波进行初始对准和综合校正等重要内容,篇幅有较大增加。
本书共分四个部分:第一部分(第一~三章)为基础部分,介绍惯性导航基础知识以及基本的惯性元件——陀螺仪和加速度计;第二部分(第四章)介绍惯性稳定平台原理:第三部分(第五~八章)介绍惯性导航系统基本原理与误差分析,内容包括平台式惯导原理、捷联式惯导原理、惯导系统误差分析等;第四部分(第九~十二章)介绍惯性导航系统关键技术,主要包括阻尼、初始对准、综合校正等。
本书以“平台式指北方位惯导系统”和“捷联式惯导系统”为重点,两条主线既平行又交叉。概论、基本知识、惯导阻尼、综合校正等部分内容,同时服务于“平台式指北方位惯导系统”和“捷联式惯导系统”两条主线;陀螺稳定平台仅服务于“平台式指北方位惯导系统”这一主线;对于惯性导航机械编排、误差分析、初始对准等内容,又花开两枝,分开叙述。本书内容侧重介绍了惯性导航的基本原理、研究惯性导航的基本方法,注重物理概念与各部分内容的内在联系和相互衔接。
限于作者的水平,书中疏漏之处在所难免恳请读者批评指正。
第一章 概论
1.1 导航的基本概念
1.2 惯性导航系统基本原理
1.3 惯性导航系统的分类
1.4 惯性导航系统的发展
1.5 捷联惯导系统与平台惯导系统的对比
思考题
第二章 惯性导航基础知识
2.1 惯性空间与惯性参照系
2.1.1 惯性空间及物体在惯性空间的运动
2.1.2 惯性参照系
2.1.3 物体在非惯性参照系中的运动
2.2 地球参考椭球和重力场
2.2.1 地球的形状与参考椭球
2.2.2 参考椭球的曲率半径
2.2.3 垂线及纬度的定义
2.2.4 地球的重力场
2.3 计时标准及地球自转角速度
2.4 惯性导航中常用的坐标系
2.4.1 惯性坐标系
2.4.2 确定载体相对地球位置的坐标系
2.4.3 与载体位置或惯导系统本身有关的坐标系
2.5 三维直角坐标系间的角度关系与方向余弦矩阵
2.5.1 方向余弦矩阵的定义与性质
2.5.2 根据欧拉角求取方向余弦矩阵
2.5.3 方向余弦矩阵的微分
2.6 坐标系间变换的其他数学描述
2.6.1 旋转矢量法
2.6.2 四元数
2.6.3 方向余弦矩阵、欧拉角、旋转矢量和四元数间的关系
思考题
第三章 惯性元件——陀螺仪与加速度计
3.1 转子陀螺仪力学基础
3.1.1 定点转动刚体的动量矩
3.1.2 动量矩定理
3.2 转子陀螺仪基本特性
3.2.1 陀螺仪的一般原理结构
3.2.2 二自由度陀螺仪的运动特性
3.2.3 二自由度陀螺仪的运动微分方程与传递函数
3.2.4 陀螺仪的进动与章动
3.2.5 单自由度陀螺仪的运动特性及传递函数
3.3 光学陀螺基础知识
3.3.1 Sagnac效应及Sagnac干涉仪
3.3.2 激光陀螺仪
3.3.3 光纤陀螺仪
3.4 加速度计测量比力的原理与常用的加速度计
3.4.1 比力的概念
3.4.2 加速度计对比力的测量
3.4.3 摆式加速度计
3.4.4 挠性加速度计
思考题
第四章 陀螺稳定平台
4.1 陀螺稳定系统概述
4.1.1 陀螺稳定系统的基本概念
4.1.2 陀螺稳定系统的分类
4.2 单轴积分陀螺稳定系统及其几何稳定状态
4.2.1 组成与稳定原理
4.2.2 几何稳定状态分析
4.2.3 单轴陀螺稳定系统的校正问题
4.3 积分陀螺仪输出轴上干扰力矩对系统的影响及陀螺稳定系统的
修正原理
4.3.1 积分陀螺仪输出轴上干扰力矩对稳定系统的影响
4.3.2 单轴积分陀螺稳定系统的修正原理
4.4 三轴陀螺稳定平台
4.4.1 三环式三轴平台的结构
4.4.2 研究三轴平台的坐标系
4.4.3 基座和环架轴的转动运动到平台台体的传递
4.4.4 三轴平台的几何稳定状态
4.4.5 三轴平台的修正
4.5 用二自由度陀螺仪构成的陀螺稳定平台
……
第五章 平台式惯性导航系统原理
第六章 捷联式惯性导航系统原理
第七章 无阻尼指北方位惯导的误差分析
第八章 捷联惯导误差分析
第九章 惯性导航系统的阻尼
第十章 指北方位惯性导航系统的初始对准
第十一章 捷联惯导初始对准技术
第十二章 惯性导航系统综合校正
附录A常用函数的拉氏变换
附录B卡尔曼滤波基础
附录C惯性导航快速入门问答
参考又献