慣性技術

全書共分6章。分別介紹了慣性技術基礎理論，力學陀螺、光學陀螺和加速度計等慣性敏感元件，慣性穩定器、穩定平台和慣性定向裝置，平台式慣導系統和捷聯式慣導系統的機械編排、誤差及其傳播特性，初始對準、動基座自對準和傳遞對準等慣性導航系統的基本原理和設計，並介紹了慣性技術的各種實際應用。

本書從系統掌握慣性技術角度?發，在內容上由淺入深，可供高等院校自動化及導航類專業師生以及慣性技術科技工作者使用。

慣性技術

第1章 慣性技術基礎知識……………………1

1.1 地球參考橢球及地球重力場特性……………………1

1.1.1 地球的形狀……………………1

1.1.2 垂線、緯度、高程的定義……………………3

1.1.3 地球重力場特性……………………4

1.2 載體的空間位置和姿態的描述……………………5

1.2.1 常用座標系……………………5

1.2.2 剛體的空間角位置描述……………………8

1.2.3 座標系之間的變換、載體位置、姿態和方位的確定……………………12

1.3 動量矩、動量矩定理及歐拉動力學方程……………………14

1.3.1 動量矩及動量矩定理……………………14

1.3.2 剛體定點轉動的歐拉動力學方程……………………16

1.4 哥氏加速度、絕對加速度和比力……………………17

1.4.1 哥氏加速度……………………17

1.4.2 絕對加速度……………………19

1.4.3 比力和有害加速度……………………21

1.5 舒勒原理……………………25

1.5.1 數學擺跟蹤垂線的舒勒原理……………………25

1.5.2 物理擺跟蹤垂線的舒勒原理……………………26

思考與練習……………………28

第2章 慣性敏感元件……………………29

2.1 陀螺儀……………………29

2.1.1 陀螺效應……………………30

2.1.2 陀螺儀的分類與發展趨勢……………………36

2.2 力學陀螺儀的數學模型……………………40

2.2.1 二自由度陀螺儀的數學模型……………………40

2.2.2 單自由度陀螺儀的數學模型……………………47

2.2.3 振動陀螺儀的數學模型……………………51

2.3 光學陀螺儀……………………54

2.3.1 激光陀螺儀……………………54

2.3.2 光纖陀螺儀……………………58

2.4 陀螺儀的技術指標及漂移分析……………………60

2.4.1 陀螺儀的技術指標……………………60

2.4.2 陀螺儀的漂移分析及其模型分類……………………60

2.5 加速度計……………………63

2.5.1 擺式加速度計的構成和工作原理……………………63

2.5.2 擺式陀螺積分加速度計……………………65

2.5.3 加速度計的主要參數及靜態誤差數學模型……………………66

2.5.4 加速度計的原理性誤差……………………66

思考與練習……………………68

第3章 陀螺穩定平台與定向裝置……………………69

3.1 一維穩定器……………………69

3.1.1 單軸動力陀螺穩定器基本原理……………………70

3.1.2 二自由度液浮陀螺組成的穩定器……………………75

3.1.3 單自由度液浮陀螺組成的穩定器……………………76

3.2 三維穩定平台……………………79

3.2.1 三軸穩定平台……………………79

3.2.2 四平衡環系統……………………81

3.3 慣性定向裝置……………………83

3.3.1 陀螺地平儀(陀螺垂直儀)……………………83

3.3.2 陀螺尋北儀……………………84

思考與練習……………………91 ^[1] 

第4章 平台式慣性導航系統……………………92

4.1 平台慣導系統基本原理與分類……………………92

4.1.1 平台慣導系統原理結構……………………92

4.1.2 平台慣導系統分類與機械編排概念……………………94

4.2 當地水平面慣導系統的機械編排……………………96

4.2.1 半解析式指北方位系統的機械編排方程……………………96

4.2.2 解決極區航行的方案與自由方位慣導系統……………………100

4.2.3 高度通道的不穩定和阻尼迴路……………………102

4.2.4 水平控制迴路及其舒勒調諧……………………103

4.3 指北方位系統的誤差方程……………………107

4.3.1 地理位置和速度誤差量的定義……………………107

4.3.2 半解析式指北方位慣導系統誤差方程……………………109

4.3.3 誤差傳播特性……………………115

4.4 指北方位系統的初始對準……………………121

4.4.1 靜基座半解析式指北方位系統的粗對準……………………122

4.4.2 靜基座半解析式指北方位系統的精對準……………………123

4.5 遊移方位慣性導航系統……………………128

4.5.1 遊移方位系統的機械編排方程……………………129

4.5.2 遊移方位系統的初始對準……………………134

思考與練習……………………141

第5章 捷聯式慣性導航系統……………………142

5.1 捷聯慣導系統工作原理……………………142

5.1.1 組成和算法概述……………………142

5.1.2 姿態矩陣的更新計算……………………145

5.1.3 三通道捷聯慣導系統的計算……………………148

5.2 捷聯慣導系統的誤差……………………151

5.2.1 速度誤差和位置誤差方程……………………151

5.2.2 姿態誤差方程……………………153

5.2.3 捷聯慣導系統的誤差傳播特性……………………156

5.3 捷聯慣導系統在動基座上的自對準……………………157

5.3.1 粗對準……………………157

5.3.2 卡爾曼濾波法精對準……………………160

5.4 捷聯慣導系統的動基座傳遞對準……………………162

5.4.1 主、子慣導誤差……………………162

5.4.2 傳遞對準中的匹配量……………………163

思考與練習……………………168

第6章 慣性技術的應用……………………169

6.1 大地測量……………………169

6.2 鐵路檢軌……………………172

6.3 陀螺測斜儀、陀螺經緯儀……………………173 ^[1] 

附錄 常用符號術語表及慣性技術參數常用單位

參考文獻