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商品簡介
目次
商品簡介
慣性導航技術是導航和定位領域裡一項重要的技術，它不與外界進行信息交換，自主性強，而且能夠給出載體的全狀態信息（加速度、角速度、速度、位置和姿態），是載體導航定位的核心系統。本書在介紹導航定義、作用、分類以及導航技術發展的基礎上，全面介紹了慣性導航系統的原理，捷聯姿態矩陣即時更新、導航參數即時更新、捷聯慣導系統的初始對準以及系統誤差分析等內容。在此基礎上，將工程實際中的一些科研成果融入本書中，形成了捷聯慣性導航系統設計與實現、姿態與航向系統設計與實現以及組合導航系統設計與實現等與系統設計和實現有關的內容。
本書既有導航系統所需數學物理知識的介紹，又有慣性導航系統原理的詳細分析，還有工程實例的應用設計，內容安排上循序漸進，由淺人深，物理概念清晰，既可作為控制科學與工程、儀器科學與技術和測繪科學與技術等相關專業本科生和研究生的教材，又可以作為專業技術人員的技術參考書，還可以作為瞭解導航技術和慣性導航系統原理和應用的參考資料。
本書既有導航系統所需數學物理知識的介紹，又有慣性導航系統原理的詳細分析，還有工程實例的應用設計，內容安排上循序漸進，由淺人深，物理概念清晰，既可作為控制科學與工程、儀器科學與技術和測繪科學與技術等相關專業本科生和研究生的教材，又可以作為專業技術人員的技術參考書，還可以作為瞭解導航技術和慣性導航系統原理和應用的參考資料。
目次
第1章 導航技術概述
1.1 導航的定義及作用
1.2 導航技術的產生與發展
1.2.1 人類活動範圍與導航技術發展
1.2.2 交通（或運載）工具與導航技術發展
1.2.3 航行可靠性與導航技術發展
1.3 導航技術的分類
1.3.1 古代導航技術
1.3.2 無線電導航技術
1.3.3 慣性導航技術
1.3.4 地球物理場導航技術
1.3.5 天文導航技術
1.3.6 視覺導航技術
1.3.7 組合導航技術
1.3.8 多源信息融合導航技術
1.4 慣性導航技術的發展及現狀
思考與練習題
第2章 慣性導航中的數理基礎
2.1 概述
2.2 牛頓運動定律
2.2.1 牛頓第一運動定律
2.2.2 牛頓第二運動定律
2.2.3 牛頓第三運動定律
2.3 向量的乘積
2.3.1 兩個向量的內積
2.3.2 兩個向量的叉積
2.4 哥氏定理
2.5 空間直角坐標系的坐標變換
2.5.1 方向余弦法
2.5.2 歐拉角法
2.5.3 空間直角坐標系間變換矩陣的性質
2.5.4 方向余弦矩陣微分方程
2.6 微分方程的數值積分算法
2.6.1 一階歐拉法
2.6.2 二階龍格-庫塔法
2.6.3 四階龍格-庫塔法
2.6.4 三種數值積分算法的適用性分析
2.7 地球數學模型和相關導航參數
2.7.1 地球幾何形狀及其數學模型
2.7.2 經線和經度
2.7.3 垂線、緯度和高度
2.7.4 參考橢球體的法線長度和法截線曲率半徑
2.7.5 地球重力加速度和自轉角速度
2.7.6 地球上定位的兩種坐標方法及其轉換
2.8 角動量定理與陀螺儀基本特性
2.8.1 定點轉動剛體的角動量
2.8.2 角動量定理
2.8.3 剛體定點轉動的歐拉動力學方程
2.8.4 陀螺儀的基本特性
2.9 慣性穩定平臺
2.9.1 單軸慣性穩定平臺
2.9.2 三軸慣性穩定平臺
2.10 舒勒擺原理與舒勒調整可實現性
2.10.1 用物理擺實現舒勒擺的原理
2.10.2 舒勒調整的可實現性
2.10.3 單軸慣導系統原理和舒勒調整實現
思考與練習題
第3章 慣性導航的基本原理
3.1 概述
3.2 慣性導航系統常用的坐標系和載體姿態角
3.2.1 慣性導航中各種坐標系的必要性
3.2.2 慣性導航中的常用坐標系
3.2.3 載體姿態角
3.3 慣導系統的分類
3.3.1 根據慣導系統選取的導航坐標系分類
3.3.2 根據慣導系統實現的結構分類
3.4 慣性導航基本方程及其矩陣表示法
3.4.1 慣導基本方程
3.4.2 慣導基本方程的矩陣表示法
3.5 慣導系統原理與力學方程編排
3.5.1 指北方位系統
3.5.2 自由方位系統
3.5.3 遊動自由方位系統
3.6 基於方向余弦矩陣的慣性導航方法
3.6.1 位置矩陣
3.6.2 位置矩陣微分方程
3.6.3 由位置矩陣確定經度、緯度和方位角
3.6.4 指北方位系統的方向余弦法
3.6.5 自由方位系統的方向余弦法
3.6.6 遊動自由方位系統的方向余弦法
3.7 慣導系統的高度通道
3.7.1 慣導系統高度通道的穩定性分析
3.7.2 慣導系統高度通道阻尼
思考與練習題
第4章 捷聯矩陣的即時更新
4.1 概述
4.2 捷聯矩陣與載體姿態角計算
4.2.1 捷聯矩陣
4.2.2 載體姿態角的計算
4.3 捷聯矩陣的即時更新
4.3.1 歐拉角法
4.3.2 方向余弦法
4.4 捷聯矩陣即時更新的四元數方法
4.4.1 四元數的定義和性質
4.4.2 四元數的運算
4.4.3 四元數的三角表示法
4.4.4 矢量轉動的四元數變換
4.4.5 轉動四元數與轉動方向余弦矩陣的關係
4.4.6 轉動四元數的微分方程
4.4.7 四元數的即時更新算法
4.4.8 四元數的歸一化
4.4.9 四元數的初始化
思考與練習題
第5章 慣性導航系統的誤差分析
5.1 概述
5.2 系統誤差傳播特點
5.2.1 姿態誤差角
5.2.2 系統誤差傳播過程
5.3 慣性導航系統誤差方程
5.3.1 慣性導航系統基本誤差方程
5.3.2 指北方位系統的誤差方程
5.3.3 自由方位系統的誤差方程
5.3.4 遊動自由方位系統的誤差方程
5.4 慣性導航系統誤差特性分析
思考與練習題
第6章 慣性導航系統的初始對準
6.1 概 述
6.2 指北方位系統的初始對準
6.2.1 水平對準原理
6.2.2 方位對準原理
6.3 捷聯慣導解析式對準方法
6.3.1 雙矢量定姿與解析粗對準
6.3.2 精對準
6.4 低成本捷聯慣導系統的初始對準
思考與練習題
第7章 捷聯慣性導航系統設計與實現
7.1 概述
7.2 指北方位系統的設計與實現
7.2.1 系統初始化和初始參數計算
7.2.2 捷聯矩陣即時更新
7.2.3 對地速度即時更新
7.2.4 位置矩陣即時更新
7.2.5 地球自轉角速度更新
7.2.6 導航參數計算
7.2.7 垂直通道導航參數計算
7.3 方位角自由系統的設計與實現
7.3.1 系統初始化和初始參數計算
7.3.2 捷聯矩陣即時更新
7.3.3 對地速度即時更新
7.3.4 位置矩陣即時更新
7.3.5 地球自轉角速度更新
7.3.6 導航參數計算
7.3.7 載體航向角計算
7.3.8 垂直通道導航參數計算
7.4 捷聯慣導系統的工程實現
7.4.1 數值積分算法的選擇
7.4.2 姿態角速度的選取
7.4.3 捷聯解算不同迭代週期的劃分
7.5 捷聯慣導系統設計與實現的工程實例
思考與練習題
第8章 姿態與航向參考系統設計與實現
8.1 概述
8.2 載體全姿態運動的姿態解算
8.2.1 俯仰角→90°的情況
8.2.2 橫滾角→90°的情況
8.2.3 仿真實例
8.3 低成本AHRS設計和實現方案1
8.3.1 加速度計和陀螺儀輸出數據分析
8.3.2 方案設計與實現
8.3.3 仿真實例
8.4 低成本AHRS設計和實現方案2
8.4.1 系統動力學模型
8.4.2 系統兩步觀測模型
8.4.3 系統濾波實現過程
8.4.4 仿真實例
思考與練習題
第9章 SINS/GNSS組合導航系統的設計與實現
9.1 概述
9.2 組合導航系統的實現方法
9.2.1 組合導航系統的校正方式
9.2.2 組合導航系統的組合模式
9.3 組合導航系統的數學模型
9.3.1 系統狀態方程
9.3.2 系統量測方程
9.3.3 組合導航系統數學模型離散化
9.4 慣導/GPS/北斗衛星組合導航系統的設計與實現
9.4.1 慣導/GPS/北斗衛星組合導航系統的數學模型
9.4.2 慣導/GPS/北斗衛星組合導航系統的濾波器設計
9.4.3 仿真實例
9.5 低成本SINS/GNSS組合導航系統的設計與實現
9.5.1 低成本SINS/GNSS組合導航系統的運動學模型
9.5.2 低成本SINS/GNSS組合導航系統的量測模型
9.5.3 仿真實例
9.6 SINS/GNSS緊組合導航系統的設計與實現
9.6.1 SINS/GNSS緊組合導航系統的運動學模型
9.6.2 SINS/GNSS緊組合導航系統的量測模型
9.6.3 仿真實例
思考與練習題
參考文獻
1.1 導航的定義及作用
1.2 導航技術的產生與發展
1.2.1 人類活動範圍與導航技術發展
1.2.2 交通（或運載）工具與導航技術發展
1.2.3 航行可靠性與導航技術發展
1.3 導航技術的分類
1.3.1 古代導航技術
1.3.2 無線電導航技術
1.3.3 慣性導航技術
1.3.4 地球物理場導航技術
1.3.5 天文導航技術
1.3.6 視覺導航技術
1.3.7 組合導航技術
1.3.8 多源信息融合導航技術
1.4 慣性導航技術的發展及現狀
思考與練習題
第2章 慣性導航中的數理基礎
2.1 概述
2.2 牛頓運動定律
2.2.1 牛頓第一運動定律
2.2.2 牛頓第二運動定律
2.2.3 牛頓第三運動定律
2.3 向量的乘積
2.3.1 兩個向量的內積
2.3.2 兩個向量的叉積
2.4 哥氏定理
2.5 空間直角坐標系的坐標變換
2.5.1 方向余弦法
2.5.2 歐拉角法
2.5.3 空間直角坐標系間變換矩陣的性質
2.5.4 方向余弦矩陣微分方程
2.6 微分方程的數值積分算法
2.6.1 一階歐拉法
2.6.2 二階龍格-庫塔法
2.6.3 四階龍格-庫塔法
2.6.4 三種數值積分算法的適用性分析
2.7 地球數學模型和相關導航參數
2.7.1 地球幾何形狀及其數學模型
2.7.2 經線和經度
2.7.3 垂線、緯度和高度
2.7.4 參考橢球體的法線長度和法截線曲率半徑
2.7.5 地球重力加速度和自轉角速度
2.7.6 地球上定位的兩種坐標方法及其轉換
2.8 角動量定理與陀螺儀基本特性
2.8.1 定點轉動剛體的角動量
2.8.2 角動量定理
2.8.3 剛體定點轉動的歐拉動力學方程
2.8.4 陀螺儀的基本特性
2.9 慣性穩定平臺
2.9.1 單軸慣性穩定平臺
2.9.2 三軸慣性穩定平臺
2.10 舒勒擺原理與舒勒調整可實現性
2.10.1 用物理擺實現舒勒擺的原理
2.10.2 舒勒調整的可實現性
2.10.3 單軸慣導系統原理和舒勒調整實現
思考與練習題
第3章 慣性導航的基本原理
3.1 概述
3.2 慣性導航系統常用的坐標系和載體姿態角
3.2.1 慣性導航中各種坐標系的必要性
3.2.2 慣性導航中的常用坐標系
3.2.3 載體姿態角
3.3 慣導系統的分類
3.3.1 根據慣導系統選取的導航坐標系分類
3.3.2 根據慣導系統實現的結構分類
3.4 慣性導航基本方程及其矩陣表示法
3.4.1 慣導基本方程
3.4.2 慣導基本方程的矩陣表示法
3.5 慣導系統原理與力學方程編排
3.5.1 指北方位系統
3.5.2 自由方位系統
3.5.3 遊動自由方位系統
3.6 基於方向余弦矩陣的慣性導航方法
3.6.1 位置矩陣
3.6.2 位置矩陣微分方程
3.6.3 由位置矩陣確定經度、緯度和方位角
3.6.4 指北方位系統的方向余弦法
3.6.5 自由方位系統的方向余弦法
3.6.6 遊動自由方位系統的方向余弦法
3.7 慣導系統的高度通道
3.7.1 慣導系統高度通道的穩定性分析
3.7.2 慣導系統高度通道阻尼
思考與練習題
第4章 捷聯矩陣的即時更新
4.1 概述
4.2 捷聯矩陣與載體姿態角計算
4.2.1 捷聯矩陣
4.2.2 載體姿態角的計算
4.3 捷聯矩陣的即時更新
4.3.1 歐拉角法
4.3.2 方向余弦法
4.4 捷聯矩陣即時更新的四元數方法
4.4.1 四元數的定義和性質
4.4.2 四元數的運算
4.4.3 四元數的三角表示法
4.4.4 矢量轉動的四元數變換
4.4.5 轉動四元數與轉動方向余弦矩陣的關係
4.4.6 轉動四元數的微分方程
4.4.7 四元數的即時更新算法
4.4.8 四元數的歸一化
4.4.9 四元數的初始化
思考與練習題
第5章 慣性導航系統的誤差分析
5.1 概述
5.2 系統誤差傳播特點
5.2.1 姿態誤差角
5.2.2 系統誤差傳播過程
5.3 慣性導航系統誤差方程
5.3.1 慣性導航系統基本誤差方程
5.3.2 指北方位系統的誤差方程
5.3.3 自由方位系統的誤差方程
5.3.4 遊動自由方位系統的誤差方程
5.4 慣性導航系統誤差特性分析
思考與練習題
第6章 慣性導航系統的初始對準
6.1 概 述
6.2 指北方位系統的初始對準
6.2.1 水平對準原理
6.2.2 方位對準原理
6.3 捷聯慣導解析式對準方法
6.3.1 雙矢量定姿與解析粗對準
6.3.2 精對準
6.4 低成本捷聯慣導系統的初始對準
思考與練習題
第7章 捷聯慣性導航系統設計與實現
7.1 概述
7.2 指北方位系統的設計與實現
7.2.1 系統初始化和初始參數計算
7.2.2 捷聯矩陣即時更新
7.2.3 對地速度即時更新
7.2.4 位置矩陣即時更新
7.2.5 地球自轉角速度更新
7.2.6 導航參數計算
7.2.7 垂直通道導航參數計算
7.3 方位角自由系統的設計與實現
7.3.1 系統初始化和初始參數計算
7.3.2 捷聯矩陣即時更新
7.3.3 對地速度即時更新
7.3.4 位置矩陣即時更新
7.3.5 地球自轉角速度更新
7.3.6 導航參數計算
7.3.7 載體航向角計算
7.3.8 垂直通道導航參數計算
7.4 捷聯慣導系統的工程實現
7.4.1 數值積分算法的選擇
7.4.2 姿態角速度的選取
7.4.3 捷聯解算不同迭代週期的劃分
7.5 捷聯慣導系統設計與實現的工程實例
思考與練習題
第8章 姿態與航向參考系統設計與實現
8.1 概述
8.2 載體全姿態運動的姿態解算
8.2.1 俯仰角→90°的情況
8.2.2 橫滾角→90°的情況
8.2.3 仿真實例
8.3 低成本AHRS設計和實現方案1
8.3.1 加速度計和陀螺儀輸出數據分析
8.3.2 方案設計與實現
8.3.3 仿真實例
8.4 低成本AHRS設計和實現方案2
8.4.1 系統動力學模型
8.4.2 系統兩步觀測模型
8.4.3 系統濾波實現過程
8.4.4 仿真實例
思考與練習題
第9章 SINS/GNSS組合導航系統的設計與實現
9.1 概述
9.2 組合導航系統的實現方法
9.2.1 組合導航系統的校正方式
9.2.2 組合導航系統的組合模式
9.3 組合導航系統的數學模型
9.3.1 系統狀態方程
9.3.2 系統量測方程
9.3.3 組合導航系統數學模型離散化
9.4 慣導/GPS/北斗衛星組合導航系統的設計與實現
9.4.1 慣導/GPS/北斗衛星組合導航系統的數學模型
9.4.2 慣導/GPS/北斗衛星組合導航系統的濾波器設計
9.4.3 仿真實例
9.5 低成本SINS/GNSS組合導航系統的設計與實現
9.5.1 低成本SINS/GNSS組合導航系統的運動學模型
9.5.2 低成本SINS/GNSS組合導航系統的量測模型
9.5.3 仿真實例
9.6 SINS/GNSS緊組合導航系統的設計與實現
9.6.1 SINS/GNSS緊組合導航系統的運動學模型
9.6.2 SINS/GNSS緊組合導航系統的量測模型
9.6.3 仿真實例
思考與練習題
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