高精度激光陀螺惯导系统非线性模型参数评估方法研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨杰，练军想，吴文启 著

图书标签:

• 激光陀螺
• 惯性导航
• 非线性模型
• 参数辨估
• 高精度
• 系统建模
• 误差分析
• 滤波算法
• 姿态解算
• 控制技术

店铺： 夜语笙箫图书专营店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118102680

商品编码：29633045347

包装：平装

出版时间：2016-07-01

基本信息

书名：高精度激光陀螺惯导系统非线性模型参数评估方法研究

定价：50.00元

作者：杨杰,练军想,吴文启

出版社：国防工业出版社

出版日期：2016-07-01

ISBN：9787118102680

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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杨杰、练军想、吴文启所*的《高精度激光陀螺 惯导系统非线性模型参数估计方法研究》针对长航时 航海导航和航空重力测量的高精度激光陀螺惯导系统 ，买现了石英挠性加速度计μg量级的参数标定精度。
根据石英挠性加速度计不同的误差特性，分别建立了 加速度计组件的线性测量模型和不同误差特性的非线 性测量模型。针对加速度计组件不同的测量模型，本 书提出了三种详细的标定算法，分别为基于转动矢量 观测的参数分立标定算法，基于重力值观测的参数分 立标定算法，基于姿态自主测量的参数系统级标定算 法。在此基础上，本书还给出了高精度惯导系统参数 标定精度综合验证和评估的有效方法。作者对书中涉 及的重要模型和算法进行了严格的理论推导，并给出 了大量详细的工程实例，可为惯性导航专业工程师和 在校研究生提供有益的参考和指导。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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高精度激光陀螺惯性导航系统：解锁精确定位的无限可能 在现代导航、测量以及精密工程领域，对定位精度和姿态解算稳定性的要求日益严苛。无论是航空航天器的精准制导，还是地面车辆的自主驾驶，抑或是地质勘探的精确测量，都离不开可靠的惯性导航系统（INS）。而激光陀螺（LG）作为惯性传感器中的佼佼者，凭借其高精度、零漂移、快速响应等卓越性能，已成为构建新一代高精度惯性导航系统的核心组件。 然而，惯性导航系统的性能表现，不仅仅取决于核心传感器的硬件质量，更与其背后复杂且精密的数学模型息息相关。特别是当系统工作在非线性条件下，例如高速运动、剧烈姿态变化、多源信息融合等场景时，传统的线性模型已无法准确描述系统的动态特性，并导致导航精度的显著下降。因此，深入研究并掌握高精度激光陀螺惯性导航系统在非线性模型下的参数评估方法，对于充分发挥激光陀螺的潜力，实现极致的定位精度，具有至关重要的理论和实践意义。 激光陀螺：高精度惯导系统的基石 激光陀螺，顾名思义，是利用激光在环形腔内传播时产生的干涉条纹位移来测量角速度的传感器。其核心工作原理基于Sagnac效应，即当环形腔绕某一轴线旋转时，沿顺时针方向传播的激光束与沿逆时针方向传播的激光束会产生时间差，这个时间差与旋转角速度成正比。激光陀螺具有以下显著优势： 极高的精度： 激光陀螺能够达到极高的角速度测量精度，其零偏（Bias）和随机游走（Random Walk）指标远优于传统的机械陀螺，这对于需要长时间高精度定位的应用场景至关重要。 零漂移特性： 相较于机械陀螺，激光陀螺不存在机械部件的磨损和老化，因此具有出色的长期稳定性，其零偏在一定程度上不随时间发生变化，大大降低了累积误差。 快速响应： 激光陀螺的输出信号与角速度的对应关系非常直接，响应速度快，能够捕捉到快速的姿态变化。 宽动态范围： 激光陀螺能够测量非常大的角速度范围，从微小的旋转到高速的翻滚，都能保持良好的测量精度。 固态结构： 激光陀螺通常采用固态设计，结构简单，可靠性高，抗振动和冲击能力强。 这些优势使得激光陀螺成为构建高精度惯性导航系统的首选传感器。一个典型的惯性导航系统由惯性测量单元（IMU）和数据处理器组成。IMU通常包含多个相互正交的激光陀螺（测量角速度）和加速度计（测量线加速度）。数据处理器则利用IMU输出的原始测量数据，结合预设的动力学模型和滤波算法，推算载体的姿态、速度和位置信息。 非线性模型：挑战与机遇并存 然而，惯性导航系统的理想化线性模型，往往基于一系列简化假设，如载体运动速度缓慢、姿态变化平缓、地球自转影响可忽略等。在许多实际应用中，这些假设难以完全满足。例如： 高机动性载体： 战斗机、导弹、高超音速飞行器等在执行复杂机动任务时，其速度和姿态变化都非常剧烈，这将导致离心力、科里奥利力等非线性因素显著影响陀螺和加速度计的测量。 姿态传播误差： 惯性导航系统通过对角速度进行积分来计算姿态。当姿态角接近90度或发生快速翻滚时，传统的欧拉角表示法会出现奇异点，且姿态传播的误差会变得高度非线性。四元数虽然避免了奇异点，但其动力学模型也存在非线性特征。 地球曲率与自转： 在长距离导航中，地球的曲率和自转对惯性导航系统的累积误差有不可忽略的影响，这些效应本身具有非线性特性。 传感器误差的非线性耦合： 即使是看似线性的传感器误差，在复杂的运动环境下也可能表现出非线性的耦合效应，例如温度变化、振动等对传感器参数的影响并非简单的线性关系。 多传感器融合中的非线性： 当需要融合来自激光陀螺、加速度计、GPS、磁力计等多种传感器信息时，不同传感器模型之间的非线性耦合以及不同参考系之间的转换，都会引入非线性问题。 这些非线性因素的存在，使得基于线性模型的惯性导航系统在精度和稳定性上大打折扣。例如，线性模型可能无法准确预测或补偿在剧烈运动中产生的附加误差，导致位置和姿态快速发散。因此，研究和应用非线性模型参数评估方法，成为提升高精度激光陀螺惯导系统在复杂工况下性能的关键。 参数评估：理解模型的“秘钥” 参数评估，顾名思义，就是确定和优化惯性导航系统模型中关键参数的过程。这些参数可能包括： 传感器固有参数： 如激光陀螺的零偏（bias）、比例因子（scale factor）、轴不对准（misalignment）、随机噪声（noise）等。虽然激光陀螺以零漂移闻名，但在特定条件下，其零偏仍会受到温度、振动等因素的影响，且比例因子也可能存在微小变化。 系统动力学参数： 描述载体运动规律的参数，例如惯性导航系统的姿态动力学方程、位置更新方程等。在非线性模型中，这些方程的系数可能不再是常数，而是与载体的状态（如速度、姿态）有关。 外部干扰参数： 例如环境温度、振动频率、电磁干扰等对传感器性能的影响。 模型补偿参数： 用于修正传感器原始输出或模型预测偏差的参数。 在非线性模型中，参数评估的挑战在于： 1. 参数的非线性依赖性： 模型的输出不仅是输入（如角速度、加速度）的线性组合，还可能与状态变量本身存在复杂的非线性关系。这意味着参数的评估不再是简单的线性回归问题。 2. 误差模型的复杂性： 传感器的误差模型可能不再是简单的常数加高斯白噪声，而是包含更复杂的时变、状态依赖的误差项。 3. 数据获取的难度： 针对非线性工况下的参数评估，往往需要采集在各种复杂运动状态下的数据，这在实际操作中可能具有一定的难度和危险性。 4. 计算的复杂度： 非线性模型的求解和参数优化通常需要更强大的计算能力和更复杂的算法。 研究方向与方法：通往精密的道路 为了应对这些挑战，研究人员已经开发了多种非线性模型参数评估方法，主要集中在以下几个方面： 基于非线性滤波的参数估计： 扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）是常用的方法。EKF通过泰勒级数展开线性化非线性模型，UKF则利用确定性采样来近似概率分布。这些方法可以将参数作为系统状态的一部分进行联合估计，从而实现参数的在线更新和补偿。 基于优化的参数评估： 通过建立一个目标函数（如最小化导航误差的平方和），并利用非线性优化算法（如Levenberg-Marquardt算法、共轭梯度法等）来搜索最优参数。这种方法通常用于离线分析，以获得更精确的参数值。 基于机器学习的参数建模： 利用神经网络、支持向量机等机器学习方法，学习传感器输出与误差项之间的复杂非线性映射关系，从而实现更精准的误差建模和参数补偿。 基于仿真和标定的方法： 通过建立高精度的系统仿真模型，模拟各种非线性工况，并利用仿真数据进行参数的初步评估和验证。结合实际标定实验，可以进一步提高参数的准确性。 多尺度和多工况下的参数辨识： 针对不同应用场景下的非线性特性，研究在不同运动速度、姿态变化率、外部扰动等条件下的参数辨识方法，构建能够适应广泛工况的模型。 应用前景：驱动创新，拓展边界 对高精度激光陀螺惯性导航系统非线性模型参数评估方法的研究，其意义深远，将直接推动以下领域的进步： 航空航天： 实现更高精度的飞行器制导和控制，确保复杂机动飞行任务的成功；提升航天器在深空探测、行星着陆等任务中的自主导航能力。 自主驾驶： 提升自动驾驶汽车在复杂城市环境、恶劣天气下的定位和导航精度，保障行车安全；支持更高级别的自动驾驶功能。 机器人技术： 为移动机器人、无人机、水下机器人等提供更稳定、精确的运动感知能力，赋能更复杂的自主操作和环境交互。 地质与测绘： 提高地球物理勘探、高精度地形测绘、地下管线探测等任务的精度和效率。 军事应用： 实现高精度弹道导弹的制导，确保精确打击能力；提升无人作战平台在复杂战场环境下的自主导航和态势感知能力。 精密工程： 在高精度工业制造、自动化装配、精密测量等领域，提供稳定可靠的定位和姿态参考。 结语 高精度激光陀螺惯性导航系统，是现代科技发展的重要支撑。而对其非线性模型参数的深入研究和精准评估，则是释放其全部潜力的关键所在。通过不断探索和完善参数评估方法，我们能够更好地理解和驾驭惯性导航系统在复杂现实世界中的行为，从而在更广阔的领域实现前所未有的精度和可靠性，驱动科技的持续进步，开启无限可能。

评分☆☆☆☆☆

评价五： 从《高精度激光陀螺惯导系统非线性模型参数评估方法研究》的书名来看，这本书似乎触及了惯性导航领域一个非常深入且具有挑战性的课题。非线性模型参数的评估，意味着作者深入探讨了激光陀螺工作机理中那些不符合简单线性规律的方面，这对于追求极致精度的应用而言至关重要。我非常好奇作者在“方法研究”上所做的具体贡献。是提出了全新的数学框架？还是优化了现有的算法？我期待书中能够提供一套能够兼顾精度和效率的参数评估方案。尤其是在面对大规模数据集或者实时性要求高的场景时，评估方法的性能表现就显得尤为重要。我希望书中能够详细介绍如何进行模型的验证和校验，以及如何评估评估结果的置信度。同时，我也想了解作者是如何处理参数之间的耦合关系的，这往往是非线性模型中的一个难点。如果书中还能对不同类型的激光陀螺（例如，不同结构、不同工作原理）的非线性模型参数评估方法进行比较和分析，那就更好了。

评分☆☆☆☆☆

评价四： 《高精度激光陀螺惯导系统非线性模型参数评估方法研究》这个书名，让我联想到很多复杂的工程问题。在惯导系统的设计和应用中，精确的参数模型是基础，而激光陀螺的非线性特性使得这个模型变得更加复杂。我希望这本书能提供一套切实可行、且具有普适性的参数评估流程。这意味着，书中不仅要包含理论推导，更要有对实际操作细节的指导。比如，在数据采集方面，需要采集哪些数据？如何进行预处理？在模型选择方面，有哪些考虑因素？在参数辨识算法方面，是否提供了易于实现的伪代码或者编程接口？我希望作者能够站在一个工程师的角度，提供能够帮助读者快速上手并解决实际问题的解决方案。此外，我对书中如何处理参数的动态变化也非常感兴趣。惯导系统的参数通常不是恒定的，它们会随着时间、温度、使用条件等发生变化。如何建立动态模型并对其参数进行实时或准实时评估，将是这本书价值的重要体现。

评分☆☆☆☆☆

评价一： 这本书的标题《高精度激光陀螺惯导系统非线性模型参数评估方法研究》立刻就吸引了我。作为一名对惯性导航技术有着浓厚兴趣的工程师，我一直在寻找能够深入理解并解决实际工程问题的专业书籍。激光陀螺作为新一代高精度惯性器件，其非线性模型特性一直是研究和应用中的难点。我期待这本书能够提供一套系统、严谨的参数评估方法，能够帮助我更好地理解激光陀螺的内在机制，以及如何通过精细的参数辨识来提升惯导系统的整体精度和可靠性。尤其是“非线性模型参数评估”这一核心概念，我希望书中能有详实的理论推导，清晰的数学表述，以及能够将这些理论转化为实际操作的算法和流程。我希望作者能够从多个角度，比如统计学、优化理论、信号处理等，来阐述参数评估的原理，并给出不同场景下的适用性分析。此外，如果书中能够结合实际的实验数据或仿真结果来验证所提方法的有效性，那就更加理想了。我对书中能够解决诸如参数漂移、温度敏感性、角随机游走等实际问题的方法论充满好奇，希望能从中获得启发，并能在我的工作中加以实践。

评分☆☆☆☆☆

评价三： 读到《高精度激光陀螺惯导系统非线性模型参数评估方法研究》的书名，我脑海中立刻浮现出惯导系统在复杂环境下的挑战。激光陀螺虽然精度高，但其内部物理过程的非线性特性，尤其是当工作在动态变化的环境中时，参数的准确评估就显得尤为关键。我期待这本书能够提供一套能够有效应对这些挑战的“方法研究”。这可能意味着书中会包含对各种外部因素（如温度、振动、加速度等）对激光陀螺参数影响的建模，以及如何利用这些模型进行参数辨识。我特别希望看到作者能够提出一些创新的评估技术，而不是简单的套用现有方法。例如，是否有可能利用机器学习或深度学习的手段来辅助参数的评估？或者是否存在一些基于模型补偿的非线性参数辨识方法？我非常关心书中是如何处理模型误差和数据噪声的，毕竟在实际应用中，这些是不可避免的。一个优秀的评估方法应该能够有效地从带噪声的测量数据中提取出准确的参数信息，并且对模型误差具有一定的鲁棒性。

评分☆☆☆☆☆

评价二： 从书名《高精度激光陀螺惯导系统非线性模型参数评估方法研究》来看，这无疑是一本偏向理论研究和技术深耕的专著。我尤其关注“非线性模型”这一表述，它暗示了作者可能并没有停留在传统的线性假设层面，而是深入挖掘了激光陀螺工作过程中固有的非线性因素。这对于需要实现更高精度导航的应用场景至关重要，比如航空航天、高精度测量等。我希望书中能有对不同非线性模型（例如，高阶项、耦合效应、饱和效应等）的详细介绍，并针对这些模型提出相应的参数辨识方法。这不仅仅是数学上的推演，更需要有对物理过程的深刻理解，将测量到的数据与模型参数建立起有效的联系。我对作者提出的“评估方法”的具体内容非常感兴趣，是基于贝叶斯推断？最大似然估计？还是某种新型的优化算法？希望书中能给出清晰的算法框架，并对其收敛性、鲁棒性、计算复杂度等进行深入分析。如果书中还能涉及到参数评估的在线实现问题，以及如何处理测量噪声和模型不确定性，那将极大地提升其在工程实践中的价值。