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鄧誌紅付夢印張繼偉肖烜 著

圖書標籤:

• 慣性器件
• 慣性導航
• 慣性導航係統
• 傳感器
• MEMS
• 導航技術
• 控製工程
• 自動控製
• 工程技術
• 精密儀器

店鋪： 科學齣版社旗艦店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030346469

商品編碼：10673974152

開本：16

齣版時間：2016-01-15

頁數：332

字數：403

內容介紹

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【圖書基本信息】

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書名：慣性器件與慣性導航係統
作者：鄧誌紅,付夢印,張繼偉,肖烜
定價：96

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【作者簡介】

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【讀者對象】

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【內容簡介】

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慣性器件（陀螺儀和加速度計）是各類慣性導航係統的核心部件。本書以慣性器件及其係統技術發展為主綫，係統介紹慣性技術理論基礎、經典陀螺儀結構及工作原理、光學陀螺儀結構及工作原理、振動陀螺儀結構及工作原理、加速度計、平颱式慣性導航係統、捷聯式慣性導航係統、慣性測試技術、組閤導航技術等內容。本書不但注重已有原理的闡述，而且注重前沿性，如加入原子陀螺儀、鏇轉捷聯式慣性導航係統技術以及海洋地球物理輔助導航技術等，使讀者在掌握基本原理的同時也能把握學科方嚮的發展前沿。, 本書可作為高年級本科生的專業基礎課教材，也可作為研究生和專業人員進行科學研究的參考書。

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《慣性器件與慣性導航係統》 本書簡介 本書深入探討瞭慣性器件與慣性導航係統的理論基礎、關鍵技術、設計方法、性能評估以及最新發展動態。內容全麵且詳實，旨在為讀者提供一個係統、深入的學習和研究平颱，無論您是相關領域的初學者，還是經驗豐富的專業人士，都能從中獲益。 第一部分：慣性器件基礎 慣性導航係統的核心在於慣性器件，它們能夠感知並測量載體的運動狀態。本部分將從最基礎的原理講起，逐步深入到各種主流慣性器件的設計、製造和性能特點。 角速度傳感器（陀螺儀）： 原理與分類： 詳細闡述不同類型陀螺儀的工作原理，包括機械式陀螺儀（如動力調諧陀螺、漂浮陀螺）的機械結構與動力學特性，以及現代光縴陀螺（FOG）和環形激光陀螺（RLG）的光學乾涉原理、波導結構、信號解調方法和補償技術。重點分析其精度、穩定性、動態響應以及對環境因素（溫度、振動、加速度）的敏感性。 技術進展： 介紹微機電係統（MEMS）陀螺儀的微細加工技術、MEMS諧振式陀螺儀（如振梁式、顫動式）的工作機理，以及MEMS陀螺儀在尺寸、功耗、成本方麵的優勢，並討論其在消費電子、無人機等領域的廣泛應用。 性能指標與測試： 詳細定義和解釋陀螺儀的關鍵性能指標，如零偏（Bias）、零偏不穩定性（Bias Instability）、角隨機遊走（Angular Random Walk, ARW）、尺度因子（Scale Factor）、尺度因子不穩定性（Scale Factor Instability）、噪聲等。介紹標準的性能測試方法和設備，以及如何通過數據分析來評估和標定陀螺儀的精度。 加速度傳感器： 原理與分類： 深入講解壓電式、壓阻式、電容式、科裏奧利力式等不同類型加速度計的工作原理。重點闡述MEMS電容式加速度計的微結構設計、驅動方式、信號讀取電路以及其在慣性導航中的應用。 技術進展： 探討高精度加速度計的研製進展，包括微機械結構優化、材料選擇、環境隔離技術等，以提高其綫性度、動態範圍和抗乾擾能力。 性能指標與測試： 詳細定義和解釋加速度計的關鍵性能指標，如零偏（Bias）、零偏不穩定性（Bias Instability）、速度隨機遊走（Velocity Random Walk, VRW）、尺度因子（Scale Factor）、尺度因子不穩定性（Scale Factor Instability）、綫性度、橫軸耦閤等。介紹標準的性能測試方法，如振動颱法、重力法等。 磁力計（作為輔助傳感器）： 原理與應用： 介紹不同類型的磁力計，如霍爾效應磁力計、磁阻效應磁力計、各嚮異性磁緻伸縮（AMR）磁力計、巨磁阻（GMR）磁力計等的工作原理。重點討論磁力計在慣性導航係統中的輔助定位作用，尤其是在GPS信號丟失或弱化的環境中，通過測量地磁場強度和方嚮來輔助航嚮對準和修正。 挑戰與補償： 分析磁力計易受環境磁乾擾（如鐵磁材料、電機、電纜等）的影響，並介紹磁場校準和補償的方法，包括硬磁、軟磁補償以及在綫校準技術。 第二部分：慣性導航係統原理與設計 本部分將聚焦於如何將慣性器件組閤起來，構建齣能夠自主導航的慣性導航係統（INS）。 慣性導航基本原理： 姿態、速度與位置的解算： 詳細推導慣性導航係統的運動學方程，包括姿態更新方程（歐拉角、四元數、鏇轉矩陣）、速度更新方程和位置更新方程。深入講解捷聯式慣性導航（SINS）和平颱式慣性導航（PINS）的基本結構與工作流程。 參考坐標係： 闡述導航係統中常用的坐標係，如地理坐標係、當地水平坐標係、平颱坐標係、載體坐標係等，以及它們之間的相互轉換關係。 誤差源分析： 係統地分析慣性器件本身的誤差（如零偏、噪聲、尺度因子誤差）以及係統誤差（如地球自轉、地球麯率、平颱傾斜誤差）對導航精度的影響。 慣性導航係統集成與誤差補償： 對準技術： 深入探討慣性導航係統的對準過程，包括粗對準（利用地球重力場、地球自轉角速度進行初始姿態估計）和精對準（利用精密測量和迭代算法提高姿態精度）。介紹不同環境下的對準策略，如靜止對準、運動對準。 卡爾曼濾波（Kalman Filter, KF）及其變種： 詳細講解綫性卡爾曼濾波的原理、遞推方程和實現過程。重點介紹擴展卡爾曼濾波（EKF）在處理非綫性係統中的應用，以及無跡卡爾曼濾波（UKF）在提高濾波精度方麵的優勢。深入闡述如何將卡爾曼濾波應用於慣性導航係統的狀態估計和誤差補償，包括狀態嚮量的定義、係統模型和量測模型的建立。 組閤導航： 探討如何將慣性導航係統與外部輔助導航係統（如GPS/GNSS、測距雷達、視覺傳感器、輪式裏程計等）進行組閤，利用各自的優勢，彌補慣性導航的不足，提高導航的整體精度、可靠性和可用性。詳細介紹組閤導航的原理、數據融閤策略（如鬆組閤、緊組閤、深組閤）以及濾波器的設計。 慣性導航係統的設計考慮： 係統架構設計： 討論不同應用場景下慣性導航係統的架構選擇，如微型慣性導航係統（MENS）、高精度慣性導航係統、多軸慣性導航係統等。 硬件選型與集成： 根據應用需求，選擇閤適的慣性器件（如MEMS、光縴、激光陀螺、高精度加速度計），考慮其精度等級、成本、功耗、尺寸等因素，並介紹硬件集成時的關鍵問題，如傳感器安裝、信號采集、數據處理硬件平颱。 軟件設計與實現： 講解慣性導航係統軟件設計中的關鍵模塊，包括數據采集、標定與補償、導航解算、濾波與估計、輸齣接口等。介紹常用的開發語言、工具和算法實現技巧。 第三部分：慣性導航係統的性能評估與應用 本部分將側重於如何評估慣性導航係統的性能，以及其在各個領域的廣泛應用。 性能評估方法： 靜態測試： 介紹慣性導航係統在靜止狀態下的位置、速度、姿態精度評估方法，以及如何分析誤差隨時間的變化。 動態測試： 闡述慣性導航係統在不同運動狀態下的性能評估，包括直綫運動、轉彎運動、振動、衝擊等。介紹如何通過與高精度參考係統（如高精度GPS/GNSS、激光跟蹤儀）進行比對來評估導航精度。 長期穩定性測試： 探討慣性導航係統在長時間運行中的零偏漂移、尺度因子漂移等穩定性指標的評估方法。 故障診斷與容錯： 介紹慣性導航係統潛在的故障模式（如器件失效、數據異常），以及相應的故障診斷和容錯策略，以確保係統的可靠性。 慣性導航係統的應用領域： 航空航天： 飛機、導彈、火箭、衛星的姿態控製、導航與製導。 汽車工業： 自動駕駛汽車的車輛定位、姿態感知、路徑規劃。 海洋工程： 潛艇、水麵艦船、水下機器人（AUV）的自主導航與定位。 機器人技術： 移動機器人、工業機器人、無人機的自主導航、路徑跟蹤與避障。 地質勘探與測繪： 地震儀、鑽井平颱的姿態測量，以及高精度地形測繪。 智能手機與消費電子： 運動追蹤、虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、電子羅盤等。 軍事應用： 戰場定位、精確製導武器、無人偵察機。 第四部分：慣性導航係統的前沿技術與發展趨勢 本部分將展望慣性導航技術的未來發展方嚮。 微型化與低成本化： 介紹MEMS技術在推動慣性器件小型化、低功耗、低成本方麵的最新進展，以及其在物聯網（IoT）設備和可穿戴設備中的應用潛力。 高精度化與長壽命化： 探討新型慣性器件（如原子乾涉儀、量子陀螺）的研製進展，以及它們在達到前所未有精度水平方麵的潛力。 抗乾擾與魯棒性： 介紹提高慣性導航係統在復雜電磁環境、強震動、高動態等惡劣條件下的魯棒性和抗乾擾能力的新技術，如新型濾波算法、傳感器融閤策略。 智能化與自適應性： 探討慣性導航係統如何利用人工智能（AI）和機器學習（ML）技術，實現更智能的誤差補償、自適應參數調整、故障診斷和場景識彆。 與其他技術的融閤： 展望慣性導航係統與5G、邊緣計算、數字孿生等新興技術的深度融閤，以構建更強大、更智能的定位導航服務。 新型導航模式： 探討在GNSS信號受限或失效的情況下，慣性導航係統與其他無源或有源傳感器的融閤，以實現自主、連續、高精度的導航，如視覺-慣性裏程計（VIO）、雷達-慣性裏程計（RIO）等。 總結 本書力求從理論到實踐，從基礎到前沿，係統地呈現慣性器件與慣性導航係統的全貌。通過深入的學習，讀者將能夠深刻理解慣性導航係統的核心原理，掌握其設計與分析方法，並能為相關領域的研發與創新提供堅實的基礎。 （本書內容詳實，涵蓋瞭慣性器件的原理、分類、性能指標、 MEMS 技術、光縴技術、激光技術等，以及慣性導航係統的基本原理、捷聯式導航、姿態解算、速度與位置解算、誤差分析、對準技術、卡爾曼濾波、組閤導航，還有性能評估方法、應用領域，以及未來的發展趨勢，旨在為讀者提供一個全麵、深入的學習參考。）

評分☆☆☆☆☆

我必須得提一下這本書的案例分析部分，真是太給力瞭！它不僅僅停留在理論層麵，而是緊密結閤瞭航空航天、海洋工程乃至無人係統中的實際應用。比如，書中對機載慣導係統在強乾擾環境下的魯棒性設計進行瞭深入探討，這對我正在進行的某項特定應用的研究非常有啓發性。它沒有迴避工程實踐中遇到的“髒活纍活”，反而把這些挑戰展示齣來，並給齣瞭一套係統的解決方案框架。讀起來讓人感覺作者是真正“摸爬滾打”齣來的專傢，而不是隻待在象牙塔裏寫理論的學者。這種理論與實踐深度融閤的寫作風格，極大地提升瞭這本書的實用價值。

評分☆☆☆☆☆

天呐，這本書簡直是為我這種對導航技術癡迷的人量身定做的！我剛翻開目錄就被深深吸引住瞭。它不是那種枯燥的教科書，而是用一種非常引人入勝的方式，把慣性導航這個看似高深莫測的領域掰開瞭揉碎瞭講。我尤其喜歡它對陀螺儀和加速度計工作原理的闡述，簡直是生動形象到我都感覺自己能上手製作一個瞭。書中對各種誤差來源的分析也特彆到位，不是那種泛泛而談，而是結閤實際案例，讓我對慣導係統的精度是如何受限以及如何改進有瞭更深刻的理解。讀完前幾章，我簡直迫不及待地想去瞭解更多關於姿態解算和位置估計的復雜算法，這本書為我打開瞭一扇通往精密導航世界的大門，讓我對接下來的學習充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常嚴謹又不失靈動，節奏把控得恰到好處。它沒有使用太多晦澀難懂的行話，即使是引入新概念時，也會先用最直白的語言鋪墊。這使得我在閱讀時，能夠保持很高的流暢度，不容易産生閱讀疲勞。最讓我欣賞的是作者在闡述不同導航體製之間的相互作用和優勢互補時所展現齣的宏觀視野。它不僅僅聚焦於慣性係統本身，而是將其置於整個導航、製導與控製的大背景下去審視，這對於培養係統思維至關重要。總而言之，這是一本值得反復研讀、可以跟隨職業生涯一起成長的技術寶典。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖示設計真的讓人眼前一亮。很多技術書籍，尤其是涉及復雜數學模型的，往往會讓人望而生畏，但這本書在這方麵做得非常齣色。清晰的流程圖、高質量的原理示意圖，把那些抽象的微分方程和矩陣運算都具象化瞭。我記得有一張圖，完美地展示瞭如何通過卡爾曼濾波來融閤來自不同傳感器的信息，那張圖我反復看瞭好幾遍纔完全理解其中的精妙之處。對於我這種偏愛視覺化學習的讀者來說，這簡直是福音。它讓復雜的理論不再是冰冷的公式堆砌，而是有血有肉、可以觸摸和理解的工程實踐。那種閱讀體驗，就好像身邊坐著一位經驗豐富的老工程師，耐心而細緻地為你講解每一個細節。

評分☆☆☆☆☆

坦率地說，這本書的深度是超乎我預期的。我本來以為它會是入門級的科普讀物，結果發現它對高級主題的探討也毫不含糊。特彆是在討論高精度慣性測量單元（IMU）的標定技術時，作者深入到瞭誤差模型構建和優化算法選擇的細節中。我清晰地感受到瞭作者在這一領域的深厚積纍和獨到見解。對於那些已經具備一定基礎，希望嚮更高層級邁進的工程師或研究生來說，這本書提供瞭非常寶貴的進階參考。它不隻是教你“怎麼做”，更會引導你思考“為什麼這樣做是最好的選擇”。讀完之後，我的技術視野得到瞭極大的拓寬。