慣性技術

前言

慣性技術是一門綜合性技術，用於對運動體的姿態和位置參數的確定，是實現運動體自主式（即工作時不依賴於外界的信息、不受氣候和電子干擾的影響等）控制和測量的最佳手段。慣性技術廣泛用於航天、航空、航海、大地測量等領域，由於慣性導航的自主性，使得慣性技術在軍事上具有特殊的應用價值。

本書以慣性導航系統為主?對慣性技術的原理、元件、系統做一全面的介紹，全書共分九章。第一章介紹慣性導航的基本知識，第二章介紹慣性導航的基本原理和三種常用的慣性導航系統，第三章介紹機械轉子陀螺儀的工作原理及其相應的敏感器件和加速度計，第四章介紹光學角速度敏感器件，第五章從系統設計的角度闡述了慣性導航平臺的結構和動特性，第六章介紹半解析式慣性導航系統的分析及其誤差的傳播特性，第七章介紹捷聯式慣性導航系統的基本算法和系統誤差傳播特性，第八章介紹慣性導航系統的初始對準，第九章介紹組合式慣性導航系統。

本書編寫的指導思想是向初學者講述慣性技術的基本概念和相關的基本知識，為進一步的應用和深入研究打下基礎。為配合這個教學目的，各章均給出一定的思考題，指出各章需要掌握的主要概念。本書主要用做自動控制、導航類大學本科生及研究生教材，對於較少學時的本科生，可適當選學相關章節的部分內容，並不影響教材?容的連貫性。

本書在編寫過程中，得到國防科工委教材編寫委員會、哈爾濱工業大學教務處、哈爾濱工業大學出版社的幫助和指導，同時得到哈爾濱工業大學控制科學和工程係的領導和同仁們的支持和鼓勵，王廣雄教授和黃德鳴教授對書稿進行了仔細的審閱，編輯做了大量的編審工作，在此一並表示感謝。由於作者水平所限，不足和疏漏在所難免，歡迎廣大讀者批評指正。

鄧正隆

第一章 慣性導航的基本知識
1.1 慣性導航的概念(1)
1.2 地球的形狀和重力特性(3)
1.3 坐標係(6)
1.4 用矩陣法推導方向餘弦表(8)
1.5 用四元數表示坐標變換(14)
思考題(22)

第二章 慣性導航的基本原理及分類
2.1 基本概念的描述(23)
2.2 慣性導航系統中加速度計輸出信號公式推導(29)
2.3 半解析式慣性導航系統(34)
2.4 解析式慣性導航系統(39)
2.5 捷聯式慣性導航系統(42)
2.6 各類系統的特點及適用範圍(55)
思考題(56)

第三章 慣性系統的主要敏感元件
3.1 陀螺儀的力學基礎(57)
3.2 單自由度陀螺儀(61)
3.3 二自由度陀螺儀(66)
3.4 撓性陀螺儀(67)
3.5 加速度計(71)
思考題(77)

第四章 新型角速度敏感器
4.1 概 述(78)
4.2 光學陀螺儀基礎(78)
4.3 環形激光陀螺儀(81)
4.4 光纖陀螺儀(86)
4.5 激光陀螺儀漂移誤差模型(91)
思考題(92)

第五章 慣性導航系統平臺
5.1 慣導平臺概述(93)
5.2 用單自由度浮子積分陀螺儀組成的單軸穩定器(97)
5.3 用二自由度陀螺儀組成的單軸穩定器(104)
5.4 半解析式慣性導航系統的修正回路(108)
5.5 舒拉調整(113)
思考題(117)

第六章 慣性導航系統的分析
6.1 半解析式慣導系統的基本方程(118)
6.2 匠□糐Y。(123)
6.3 單通道慣導系統的分析(128)
6.4 慣導系統誤差方程式的建立(135)
6.5 慣導系統誤差傳播特性(142)
思考題(146)

第七章 捷聯式慣性導航系統基本算法和系統誤差傳播特性
7.1 捷聯式慣導算法概述(147)
7.2 姿態矩陣的計算(148)
7.3 姿態矩陣的實時計算(154)
7.4 旋轉矢量法(165)
7.5 捷聯慣導系統誤差傳播特性(171)
思考題(177)

第八章 慣性導航系統的初始對準
8.1 概 述(178)
8.2 靜基座慣導系統誤差方程(179)
8.3 單回路的初始對準(180)
8.4 陀螺漂移的測定(187)
8.5 捷聯式慣導系統的初始對準(190)
思考題(194)

第九章 組合式慣性導航系統
9.1 概 述(195)
9.2 慣導系統的阻尼(196)
9.3 阻尼式組合導航系統(198)
9.4 最優組合導航系統(208)
9.5 慣性導航系統誤差的統計分析(219)
思考題(222)
參考文獻 (223)