高精度激光陀螺慣導係統非綫性模型參數評估方法研究 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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楊傑，練軍想，吳文啓 著

圖書標籤:

• 激光陀螺
• 慣性導航
• 非綫性模型
• 參數辨估
• 高精度
• 係統建模
• 誤差分析
• 濾波算法
• 姿態解算
• 控製技術

店鋪： 夜語笙簫圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118102680

商品編碼：29633045347

包裝：平裝

齣版時間：2016-07-01

基本信息

書名：高精度激光陀螺慣導係統非綫性模型參數評估方法研究

定價：50.00元

作者：楊傑,練軍想,吳文啓

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2016-07-01

ISBN：9787118102680

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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楊傑、練軍想、吳文啓所*的《高精度激光陀螺 慣導係統非綫性模型參數估計方法研究》針對長航時 航海導航和航空重力測量的高精度激光陀螺慣導係統 ，買現瞭石英撓性加速度計μg量級的參數標定精度。
根據石英撓性加速度計不同的誤差特性，分彆建立瞭 加速度計組件的綫性測量模型和不同誤差特性的非綫 性測量模型。針對加速度計組件不同的測量模型，本 書提齣瞭三種詳細的標定算法，分彆為基於轉動矢量 觀測的參數分立標定算法，基於重力值觀測的參數分 立標定算法，基於姿態自主測量的參數係統級標定算 法。在此基礎上，本書還給齣瞭高精度慣導係統參數 標定精度綜閤驗證和評估的有效方法。作者對書中涉 及的重要模型和算法進行瞭嚴格的理論推導，並給齣 瞭大量詳細的工程實例，可為慣性導航專業工程師和 在校研究生提供有益的參考和指導。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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高精度激光陀螺慣性導航係統：解鎖精確定位的無限可能 在現代導航、測量以及精密工程領域，對定位精度和姿態解算穩定性的要求日益嚴苛。無論是航空航天器的精準製導，還是地麵車輛的自主駕駛，抑或是地質勘探的精確測量，都離不開可靠的慣性導航係統（INS）。而激光陀螺（LG）作為慣性傳感器中的佼佼者，憑藉其高精度、零漂移、快速響應等卓越性能，已成為構建新一代高精度慣性導航係統的核心組件。 然而，慣性導航係統的性能錶現，不僅僅取決於核心傳感器的硬件質量，更與其背後復雜且精密的數學模型息息相關。特彆是當係統工作在非綫性條件下，例如高速運動、劇烈姿態變化、多源信息融閤等場景時，傳統的綫性模型已無法準確描述係統的動態特性，並導緻導航精度的顯著下降。因此，深入研究並掌握高精度激光陀螺慣性導航係統在非綫性模型下的參數評估方法，對於充分發揮激光陀螺的潛力，實現極緻的定位精度，具有至關重要的理論和實踐意義。 激光陀螺：高精度慣導係統的基石 激光陀螺，顧名思義，是利用激光在環形腔內傳播時産生的乾涉條紋位移來測量角速度的傳感器。其核心工作原理基於Sagnac效應，即當環形腔繞某一軸綫鏇轉時，沿順時針方嚮傳播的激光束與沿逆時針方嚮傳播的激光束會産生時間差，這個時間差與鏇轉角速度成正比。激光陀螺具有以下顯著優勢： 極高的精度： 激光陀螺能夠達到極高的角速度測量精度，其零偏（Bias）和隨機遊走（Random Walk）指標遠優於傳統的機械陀螺，這對於需要長時間高精度定位的應用場景至關重要。 零漂移特性： 相較於機械陀螺，激光陀螺不存在機械部件的磨損和老化，因此具有齣色的長期穩定性，其零偏在一定程度上不隨時間發生變化，大大降低瞭纍積誤差。 快速響應： 激光陀螺的輸齣信號與角速度的對應關係非常直接，響應速度快，能夠捕捉到快速的姿態變化。 寬動態範圍： 激光陀螺能夠測量非常大的角速度範圍，從微小的鏇轉到高速的翻滾，都能保持良好的測量精度。 固態結構： 激光陀螺通常采用固態設計，結構簡單，可靠性高，抗振動和衝擊能力強。 這些優勢使得激光陀螺成為構建高精度慣性導航係統的首選傳感器。一個典型的慣性導航係統由慣性測量單元（IMU）和數據處理器組成。IMU通常包含多個相互正交的激光陀螺（測量角速度）和加速度計（測量綫加速度）。數據處理器則利用IMU輸齣的原始測量數據，結閤預設的動力學模型和濾波算法，推算載體的姿態、速度和位置信息。 非綫性模型：挑戰與機遇並存 然而，慣性導航係統的理想化綫性模型，往往基於一係列簡化假設，如載體運動速度緩慢、姿態變化平緩、地球自轉影響可忽略等。在許多實際應用中，這些假設難以完全滿足。例如： 高機動性載體： 戰鬥機、導彈、高超音速飛行器等在執行復雜機動任務時，其速度和姿態變化都非常劇烈，這將導緻離心力、科裏奧利力等非綫性因素顯著影響陀螺和加速度計的測量。 姿態傳播誤差： 慣性導航係統通過對角速度進行積分來計算姿態。當姿態角接近90度或發生快速翻滾時，傳統的歐拉角錶示法會齣現奇異點，且姿態傳播的誤差會變得高度非綫性。四元數雖然避免瞭奇異點，但其動力學模型也存在非綫性特徵。 地球麯率與自轉： 在長距離導航中，地球的麯率和自轉對慣性導航係統的纍積誤差有不可忽略的影響，這些效應本身具有非綫性特性。 傳感器誤差的非綫性耦閤： 即使是看似綫性的傳感器誤差，在復雜的運動環境下也可能錶現齣非綫性的耦閤效應，例如溫度變化、振動等對傳感器參數的影響並非簡單的綫性關係。 多傳感器融閤中的非綫性： 當需要融閤來自激光陀螺、加速度計、GPS、磁力計等多種傳感器信息時，不同傳感器模型之間的非綫性耦閤以及不同參考係之間的轉換，都會引入非綫性問題。 這些非綫性因素的存在，使得基於綫性模型的慣性導航係統在精度和穩定性上大打摺扣。例如，綫性模型可能無法準確預測或補償在劇烈運動中産生的附加誤差，導緻位置和姿態快速發散。因此，研究和應用非綫性模型參數評估方法，成為提升高精度激光陀螺慣導係統在復雜工況下性能的關鍵。 參數評估：理解模型的“秘鑰” 參數評估，顧名思義，就是確定和優化慣性導航係統模型中關鍵參數的過程。這些參數可能包括： 傳感器固有參數： 如激光陀螺的零偏（bias）、比例因子（scale factor）、軸不對準（misalignment）、隨機噪聲（noise）等。雖然激光陀螺以零漂移聞名，但在特定條件下，其零偏仍會受到溫度、振動等因素的影響，且比例因子也可能存在微小變化。 係統動力學參數： 描述載體運動規律的參數，例如慣性導航係統的姿態動力學方程、位置更新方程等。在非綫性模型中，這些方程的係數可能不再是常數，而是與載體的狀態（如速度、姿態）有關。 外部乾擾參數： 例如環境溫度、振動頻率、電磁乾擾等對傳感器性能的影響。 模型補償參數： 用於修正傳感器原始輸齣或模型預測偏差的參數。 在非綫性模型中，參數評估的挑戰在於： 1. 參數的非綫性依賴性： 模型的輸齣不僅是輸入（如角速度、加速度）的綫性組閤，還可能與狀態變量本身存在復雜的非綫性關係。這意味著參數的評估不再是簡單的綫性迴歸問題。 2. 誤差模型的復雜性： 傳感器的誤差模型可能不再是簡單的常數加高斯白噪聲，而是包含更復雜的時變、狀態依賴的誤差項。 3. 數據獲取的難度： 針對非綫性工況下的參數評估，往往需要采集在各種復雜運動狀態下的數據，這在實際操作中可能具有一定的難度和危險性。 4. 計算的復雜度： 非綫性模型的求解和參數優化通常需要更強大的計算能力和更復雜的算法。 研究方嚮與方法：通往精密的道路 為瞭應對這些挑戰，研究人員已經開發瞭多種非綫性模型參數評估方法，主要集中在以下幾個方麵： 基於非綫性濾波的參數估計： 擴展卡爾曼濾波（EKF）和無跡卡爾曼濾波（UKF）是常用的方法。EKF通過泰勒級數展開綫性化非綫性模型，UKF則利用確定性采樣來近似概率分布。這些方法可以將參數作為係統狀態的一部分進行聯閤估計，從而實現參數的在綫更新和補償。 基於優化的參數評估： 通過建立一個目標函數（如最小化導航誤差的平方和），並利用非綫性優化算法（如Levenberg-Marquardt算法、共軛梯度法等）來搜索最優參數。這種方法通常用於離綫分析，以獲得更精確的參數值。 基於機器學習的參數建模： 利用神經網絡、支持嚮量機等機器學習方法，學習傳感器輸齣與誤差項之間的復雜非綫性映射關係，從而實現更精準的誤差建模和參數補償。 基於仿真和標定的方法： 通過建立高精度的係統仿真模型，模擬各種非綫性工況，並利用仿真數據進行參數的初步評估和驗證。結閤實際標定實驗，可以進一步提高參數的準確性。 多尺度和多工況下的參數辨識： 針對不同應用場景下的非綫性特性，研究在不同運動速度、姿態變化率、外部擾動等條件下的參數辨識方法，構建能夠適應廣泛工況的模型。 應用前景：驅動創新，拓展邊界 對高精度激光陀螺慣性導航係統非綫性模型參數評估方法的研究，其意義深遠，將直接推動以下領域的進步： 航空航天： 實現更高精度的飛行器製導和控製，確保復雜機動飛行任務的成功；提升航天器在深空探測、行星著陸等任務中的自主導航能力。 自主駕駛： 提升自動駕駛汽車在復雜城市環境、惡劣天氣下的定位和導航精度，保障行車安全；支持更高級彆的自動駕駛功能。 機器人技術： 為移動機器人、無人機、水下機器人等提供更穩定、精確的運動感知能力，賦能更復雜的自主操作和環境交互。 地質與測繪： 提高地球物理勘探、高精度地形測繪、地下管綫探測等任務的精度和效率。 軍事應用： 實現高精度彈道導彈的製導，確保精確打擊能力；提升無人作戰平颱在復雜戰場環境下的自主導航和態勢感知能力。 精密工程： 在高精度工業製造、自動化裝配、精密測量等領域，提供穩定可靠的定位和姿態參考。 結語 高精度激光陀螺慣性導航係統，是現代科技發展的重要支撐。而對其非綫性模型參數的深入研究和精準評估，則是釋放其全部潛力的關鍵所在。通過不斷探索和完善參數評估方法，我們能夠更好地理解和駕馭慣性導航係統在復雜現實世界中的行為，從而在更廣闊的領域實現前所未有的精度和可靠性，驅動科技的持續進步，開啓無限可能。

評分☆☆☆☆☆

評價一： 這本書的標題《高精度激光陀螺慣導係統非綫性模型參數評估方法研究》立刻就吸引瞭我。作為一名對慣性導航技術有著濃厚興趣的工程師，我一直在尋找能夠深入理解並解決實際工程問題的專業書籍。激光陀螺作為新一代高精度慣性器件，其非綫性模型特性一直是研究和應用中的難點。我期待這本書能夠提供一套係統、嚴謹的參數評估方法，能夠幫助我更好地理解激光陀螺的內在機製，以及如何通過精細的參數辨識來提升慣導係統的整體精度和可靠性。尤其是“非綫性模型參數評估”這一核心概念，我希望書中能有詳實的理論推導，清晰的數學錶述，以及能夠將這些理論轉化為實際操作的算法和流程。我希望作者能夠從多個角度，比如統計學、優化理論、信號處理等，來闡述參數評估的原理，並給齣不同場景下的適用性分析。此外，如果書中能夠結閤實際的實驗數據或仿真結果來驗證所提方法的有效性，那就更加理想瞭。我對書中能夠解決諸如參數漂移、溫度敏感性、角隨機遊走等實際問題的方法論充滿好奇，希望能從中獲得啓發，並能在我的工作中加以實踐。

評分☆☆☆☆☆

評價二： 從書名《高精度激光陀螺慣導係統非綫性模型參數評估方法研究》來看，這無疑是一本偏嚮理論研究和技術深耕的專著。我尤其關注“非綫性模型”這一錶述，它暗示瞭作者可能並沒有停留在傳統的綫性假設層麵，而是深入挖掘瞭激光陀螺工作過程中固有的非綫性因素。這對於需要實現更高精度導航的應用場景至關重要，比如航空航天、高精度測量等。我希望書中能有對不同非綫性模型（例如，高階項、耦閤效應、飽和效應等）的詳細介紹，並針對這些模型提齣相應的參數辨識方法。這不僅僅是數學上的推演，更需要有對物理過程的深刻理解，將測量到的數據與模型參數建立起有效的聯係。我對作者提齣的“評估方法”的具體內容非常感興趣，是基於貝葉斯推斷？最大似然估計？還是某種新型的優化算法？希望書中能給齣清晰的算法框架，並對其收斂性、魯棒性、計算復雜度等進行深入分析。如果書中還能涉及到參數評估的在綫實現問題，以及如何處理測量噪聲和模型不確定性，那將極大地提升其在工程實踐中的價值。

評分☆☆☆☆☆

評價三： 讀到《高精度激光陀螺慣導係統非綫性模型參數評估方法研究》的書名，我腦海中立刻浮現齣慣導係統在復雜環境下的挑戰。激光陀螺雖然精度高，但其內部物理過程的非綫性特性，尤其是當工作在動態變化的環境中時，參數的準確評估就顯得尤為關鍵。我期待這本書能夠提供一套能夠有效應對這些挑戰的“方法研究”。這可能意味著書中會包含對各種外部因素（如溫度、振動、加速度等）對激光陀螺參數影響的建模，以及如何利用這些模型進行參數辨識。我特彆希望看到作者能夠提齣一些創新的評估技術，而不是簡單的套用現有方法。例如，是否有可能利用機器學習或深度學習的手段來輔助參數的評估？或者是否存在一些基於模型補償的非綫性參數辨識方法？我非常關心書中是如何處理模型誤差和數據噪聲的，畢竟在實際應用中，這些是不可避免的。一個優秀的評估方法應該能夠有效地從帶噪聲的測量數據中提取齣準確的參數信息，並且對模型誤差具有一定的魯棒性。

評分☆☆☆☆☆

評價四： 《高精度激光陀螺慣導係統非綫性模型參數評估方法研究》這個書名，讓我聯想到很多復雜的工程問題。在慣導係統的設計和應用中，精確的參數模型是基礎，而激光陀螺的非綫性特性使得這個模型變得更加復雜。我希望這本書能提供一套切實可行、且具有普適性的參數評估流程。這意味著，書中不僅要包含理論推導，更要有對實際操作細節的指導。比如，在數據采集方麵，需要采集哪些數據？如何進行預處理？在模型選擇方麵，有哪些考慮因素？在參數辨識算法方麵，是否提供瞭易於實現的僞代碼或者編程接口？我希望作者能夠站在一個工程師的角度，提供能夠幫助讀者快速上手並解決實際問題的解決方案。此外，我對書中如何處理參數的動態變化也非常感興趣。慣導係統的參數通常不是恒定的，它們會隨著時間、溫度、使用條件等發生變化。如何建立動態模型並對其參數進行實時或準實時評估，將是這本書價值的重要體現。

評分☆☆☆☆☆

評價五： 從《高精度激光陀螺慣導係統非綫性模型參數評估方法研究》的書名來看，這本書似乎觸及瞭慣性導航領域一個非常深入且具有挑戰性的課題。非綫性模型參數的評估，意味著作者深入探討瞭激光陀螺工作機理中那些不符閤簡單綫性規律的方麵，這對於追求極緻精度的應用而言至關重要。我非常好奇作者在“方法研究”上所做的具體貢獻。是提齣瞭全新的數學框架？還是優化瞭現有的算法？我期待書中能夠提供一套能夠兼顧精度和效率的參數評估方案。尤其是在麵對大規模數據集或者實時性要求高的場景時，評估方法的性能錶現就顯得尤為重要。我希望書中能夠詳細介紹如何進行模型的驗證和校驗，以及如何評估評估結果的置信度。同時，我也想瞭解作者是如何處理參數之間的耦閤關係的，這往往是非綫性模型中的一個難點。如果書中還能對不同類型的激光陀螺（例如，不同結構、不同工作原理）的非綫性模型參數評估方法進行比較和分析，那就更好瞭。