無陀螺慣性導航技術 周紅進,許江寜,覃方君 9787118114232 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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周紅進，許江寜，覃方君 著

圖書標籤:

• 慣性導航
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齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118114232

商品編碼：29377081932

包裝：精裝

齣版時間：2017-12-01

基本信息

書名：無陀螺慣性導航技術

定價：69.00元

作者：周紅進,許江寜,覃方君

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2017-12-01

ISBN：9787118114232

字數：

頁碼：134

版次：1

裝幀：精裝

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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《無陀螺慣性導航技術》旨在介紹實現無陀螺慣性導航必須解決的一些關鍵技術。其中：章介紹無陀螺慣性導航技術的發展曆程和現狀；第2章介紹無陀螺慣性導航係統的基本原理，主要是利用加速度計通過“杆臂效應”測量剛體角運動參數的原理和方法、典型的加速度計配置方案，也介紹瞭課題組研製的無陀螺慣性測量試驗裝置；第3章介紹無陀螺慣性導航係統進行自主初始對準和藉助外部信息輔助初始對準的技術方法；第4章介紹無陀螺慣性導航係統的姿態解算技術，主要介紹基於四元數法設計姿態解算算法的流程和注意事項；第5章對無陀螺慣性導航係統的主要慣性元件加速度計的噪聲特性分析和降噪技術進行比較研究，推導瞭非標準觀測噪聲條件下的卡爾曼濾波基本方程；第6章分析瞭加速度計安裝誤差對導航參數解算的影響，提齣瞭一種簡化快捷的加速度計安裝誤差校準方法；第7章介紹無陀螺慣導與GPS進行組閤導航的方法，包括EKF、UKF和PF等非綫性濾波方法。

目錄

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章 概述
1．1 慣性導航
1．2 無陀螺慣性導航
1．3 本書內容簡介

第2章 無陀螺慣性導航原理
2．1 加速度計工作原理
2．2 剛體運動模型
2．3 載體角速度解算
2．3．1 角加速度的解算
2．3．2 角速度平方的解算
2．3．3 角速度交叉乘積項的解算
2．3．4 其他組閤方式的角速度解算
2．4 加速度計配置方案
2．4．1 經典6加速度計配置方案
2．4．2 典型的9加速度計配置方案
2．4．3 一種12加速度計的配置方案
2．5 GFIMU試驗裝置

第3章 無陀螺慣導初始對準
3．1 自主式初始對準
3．1．1 捷聯慣導對準原理應用於無陀螺慣導的可行性分析
3．1．2 單軸鏇轉的自主式對準方法
3．1．3 初始對準精度分析
3．1．4 仿真
3．2 外部信息輔助無陀螺慣導初始對準
3．2．1 外部信息輔助初始對準模型
3．2．2 仿真

第4章 無陀螺慣導姿態解算
4．1 方嚮餘弦法
4．2 歐拉角法
4．3 四元數法
4．3．1 鏇轉矢量與四元數
4．3．2 四元數與方嚮餘弦矩陣
4．4 基於四元數的姿態解算算法
4．4．1 姿態解算算法設計
4．4．2 鏇轉矢量求解
4．4．3 更新四元數單位化
4．4．4 姿態角解算
4．4．5 劃槳效應補償
4．5 姿態解算精度分析
4．5．1 圓錐效應
4．5．2 四元數解算誤差
4．6 試驗

第5章 加速度計噪聲特性分析與降噪方法
5．1 加速度計噪聲特性分析及處理
5．1．1 加速度計噪聲的直觀分析
5．1．2 基於Allan方差的加速度計噪聲分析
5．2 改進的自適應卡爾曼濾波降噪
5．2．1 基於新息的噪聲自適應估計
5．2．2 滑動估計窗口寬度的優化
5．3 基於小波卡爾曼濾波降噪
5．3．1 觀測噪聲在綫近似估計方法
5．3．2 非標準觀測噪聲條件下卡爾曼濾波基本方程的理論推導
5．4 試驗
5．4．1 無陀螺慣導中加速度計降噪模型
5．4．2 基於新息自適應卡爾曼濾波器的加速度計降噪方法
5．4．3 小波卡爾曼濾波降噪方法

第6章 加速度計安裝誤差校準方法
6．1 加速度計安裝誤差的影響分析
6．2 加速度計安裝誤差校準原理
6．3 一種簡化的安裝誤差校準方法
6．4 仿真
6．4．1 基於數字仿真的安裝誤差校準一般方法
6．4．2 基於數字-仿真的安裝誤差校準簡化方法
6．5 加速度計安裝誤差校準試驗
6．6 加速度計安裝誤差補償試驗
6．6．1 加速度計輸齣誤差確定
6．6．2 誤差補償

第7章 GPS與無陀螺慣導組閤導航
7．1 引言
7．1．1 級聯組閤方式
7．1．2 鬆組閤方式
7．1．3 緊組閤方式
7．2 GPS／GFINS非綫性組閤模型
7．2．1 係統狀態方程
7．2．2 係統觀測方程
7．3 GPS／GFINS非綫性組閤濾波
7．3．1 EKF濾波算法
7．3．2 UKF濾波算法
7．3．3 PF濾波算法
7．3．4 基於PF算法的GPS／GFINS組閤濾波器解算流程
7．4 GPS／GFIMU組閤導航試驗

附錄A 圓錐效應計算
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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章 概述
1．1 慣性導航
1．2 無陀螺慣性導航
1．3 本書內容簡介

第2章 無陀螺慣性導航原理
2．1 加速度計工作原理
2．2 剛體運動模型
2．3 載體角速度解算
2．3．1 角加速度的解算
2．3．2 角速度平方的解算
2．3．3 角速度交叉乘積項的解算
2．3．4 其他組閤方式的角速度解算
2．4 加速度計配置方案
2．4．1 經典6加速度計配置方案
2．4．2 典型的9加速度計配置方案
2．4．3 一種12加速度計的配置方案
2．5 GFIMU試驗裝置

第3章 無陀螺慣導初始對準
3．1 自主式初始對準
3．1．1 捷聯慣導對準原理應用於無陀螺慣導的可行性分析
3．1．2 單軸鏇轉的自主式對準方法
3．1．3 初始對準精度分析
3．1．4 仿真
3．2 外部信息輔助無陀螺慣導初始對準
3．2．1 外部信息輔助初始對準模型
3．2．2 仿真

第4章 無陀螺慣導姿態解算
4．1 方嚮餘弦法
4．2 歐拉角法
4．3 四元數法
4．3．1 鏇轉矢量與四元數
4．3．2 四元數與方嚮餘弦矩陣
4．4 基於四元數的姿態解算算法
4．4．1 姿態解算算法設計
4．4．2 鏇轉矢量求解
4．4．3 更新四元數單位化
4．4．4 姿態角解算
4．4．5 劃槳效應補償
4．5 姿態解算精度分析
4．5．1 圓錐效應
4．5．2 四元數解算誤差
4．6 試驗

第5章 加速度計噪聲特性分析與降噪方法
5．1 加速度計噪聲特性分析及處理
5．1．1 加速度計噪聲的直觀分析
5．1．2 基於Allan方差的加速度計噪聲分析
5．2 改進的自適應卡爾曼濾波降噪
5．2．1 基於新息的噪聲自適應估計
5．2．2 滑動估計窗口寬度的優化
5．3 基於小波卡爾曼濾波降噪
5．3．1 觀測噪聲在綫近似估計方法
5．3．2 非標準觀測噪聲條件下卡爾曼濾波基本方程的理論推導
5．4 試驗
5．4．1 無陀螺慣導中加速度計降噪模型
5．4．2 基於新息自適應卡爾曼濾波器的加速度計降噪方法
5．4．3 小波卡爾曼濾波降噪方法

第6章 加速度計安裝誤差校準方法
6．1 加速度計安裝誤差的影響分析
6．2 加速度計安裝誤差校準原理
6．3 一種簡化的安裝誤差校準方法
6．4 仿真
6．4．1 基於數字仿真的安裝誤差校準一般方法
6．4．2 基於數字-仿真的安裝誤差校準簡化方法
6．5 加速度計安裝誤差校準試驗
6．6 加速度計安裝誤差補償試驗
6．6．1 加速度計輸齣誤差確定
6．6．2 誤差補償

第7章 GPS與無陀螺慣導組閤導航
7．1 引言
7．1．1 級聯組閤方式
7．1．2 鬆組閤方式
7．1．3 緊組閤方式
7．2 GPS／GFINS非綫性組閤模型
7．2．1 係統狀態方程
7．2．2 係統觀測方程
7．3 GPS／GFINS非綫性組閤濾波
7．3．1 EKF濾波算法
7．3．2 UKF濾波算法
7．3．3 PF濾波算法
7．3．4 基於PF算法的GPS／GFINS組閤濾波器解算流程
7．4 GPS／GFIMU組閤導航試驗

附錄A 圓錐效應計算
參考文獻

《無陀螺慣性導航技術》：解鎖高精度自主定位的奧秘 在現代科技飛速發展的浪潮中，精準、可靠的自主定位能力已成為諸多前沿領域不可或缺的核心要素。從深空探測到深海作業，從無人駕駛到智能製造，再到軍事偵察和應急救援，任何一個環節都離不開對自身位置、姿態和速度的實時、精確掌握。而慣性導航技術，作為一種不依賴外部信號的自主導航方式，憑藉其獨特的優勢，在這些關鍵領域扮演著至關重要的角色。 傳統慣性導航係統廣泛采用陀螺儀來測量角速度，進而推算姿態。然而，陀螺儀自身存在著易受溫度、振動等環境因素影響而産生漂移，以及體積大、功耗高、成本昂貴等固有的局限性。這些缺點在追求更小巧、更輕便、更經濟、更長續航的現代應用場景中，顯得尤為突齣。正是在這樣的背景下，無陀螺慣性導航技術應運而生，並迅速發展成為慣性導航領域的研究熱點與技術前沿。 《無陀螺慣性導航技術》 一書，正是這樣一部深度聚焦於這一革命性技術的權威著作。本書由周紅進、許江寜、覃方君三位在該領域深耕多年的資深專傢聯袂撰寫，係統、全麵地闡述瞭無陀螺慣性導航的核心理論、關鍵技術、創新算法以及實際應用。本書不僅為相關領域的研究人員、工程師提供瞭寶貴的理論指導和技術參考，更為行業內的從業者指明瞭技術發展的新方嚮和創新應用的廣闊前景。 本書核心內容概述： 第一部分：理論基礎與關鍵傳感器 本書首先深入淺齣地迴顧瞭慣性導航的基本原理，為讀者打下堅實的理論基礎。在此基礎上，重點介紹瞭支撐無陀螺慣性導航係統的關鍵傳感器——微機電係統（MEMS）加速度計和MEMS 陀螺儀（在無陀螺係統中，即使使用 MEMS 陀螺儀，其作用模式和數據處理方式也與傳統光縴陀螺等存在差異，本書將著重闡述其在無陀螺體係下的創新應用）。詳細剖析瞭這些傳感器的物理結構、工作原理、誤差模型以及性能參數。特彆地，本書會深入探討影響 MEMS 傳感器精度和穩定性的關鍵因素，例如噪聲、零偏、尺度因子誤差、軸交混擾、溫度依賴性等，並提供相應的標定與補償方法。 第二部分：無陀螺慣性導航的核心算法 無陀螺慣性導航的精髓在於如何有效利用加速度計數據，通過先進的算法來估算姿態和位置。本書的第二部分將是本書的重頭戲，係統性地介紹實現這一目標的核心算法。 基於加速度計的姿態估算： 傳統上，姿態估算依賴陀螺儀積分。在無陀螺係統中，本書將重點闡述如何利用加速度計在靜態或準靜態條件下的重力嚮量信息來直接或間接推算姿態。這包括但不限於： 重力嚮量匹配法： 通過分析加速度計在不同方嚮上的讀數，與已知重力嚮量進行匹配，從而推算齣載體相對於地平坐標係的俯仰角和滾轉角。 基於濾波器的姿態估算： 結閤卡爾曼濾波（Kalman Filter, KF）、擴展卡爾曼濾波（Extended Kalman Filter, EKF）、無跡卡爾曼濾波（Unscented Kalman Filter, UKF）等現代濾波技術，融閤多源信息（如磁力計、氣壓計等輔助傳感器），以提高姿態估算的魯棒性和精度，尤其是在載體存在動態運動時。 機器學習與深度學習方法： 探討如何利用神經網絡等人工智能技術，從大量的傳感器數據中學習姿態信息，為解決復雜的動態場景下的姿態估算問題提供新的思路。 基於加速度計的速度和位置推算： 剋服加速度計在積分過程中纍積誤差的問題，是無陀螺導航的關鍵挑戰。本書將深入探討： 高精度加速度計數據處理： 針對加速度計的噪聲和漂移，介紹高級濾波技術（如粒子濾波、高斯混閤模型等）以及去噪算法，以提升原始數據的質量。 動態補償與解耦： 分析載體在運動過程中産生的各種加速度分量（包括重力、科氏力、嚮心力以及慣性力），並介紹有效的解耦和補償方法，將真正的動量變化從總加速度中分離齣來。 輔助信息融閤： 強調融閤來自全球導航衛星係統（GNSS）、輪速計、視覺裏程計（Visual Odometry, VO）、激光雷達（LiDAR）、磁力計、氣壓計等外部信息的必要性，並通過各種融閤策略（如鬆耦閤、緊耦閤）來校正和約束慣性導航的漂移，實現長期的精確導航。 誤差分析與校正： 詳細分析無陀螺慣性導航係統在不同運動狀態下産生的誤差來源，包括傳感器誤差、模型誤差、參數不確定性等。本書將重點介紹各種誤差分析技術，並提齣相應的校正方法，例如： 在綫標定與自適應補償： 針對傳感器參數隨環境變化的特點，提齣能夠在係統運行時進行自適應標定和補償的算法。 故障診斷與冗餘設計： 探討在係統設計中引入冗餘傳感器，並開發故障診斷算法，以提高係統的可靠性。 第三部分：集成與應用 本書的第三部分將目光投嚮無陀螺慣性導航技術的實際工程應用。 係統設計與實現： 從硬件選型、接口設計到軟件架構，詳細介紹如何構建一個完整的無陀螺慣性導航係統。包括嵌入式係統的開發、實時操作係統（RTOS）的應用、數據采集與預處理流程等。 不同應用場景下的性能優化： 消費電子産品： 如智能手機、可穿戴設備中的運動追蹤、AR/VR 應用，重點在於成本控製、功耗優化和輕量化設計。 自動駕駛汽車： 強調在GNSS信號弱或丟失時的魯棒性，以及高精度定位在路徑規劃、障礙物避障中的關鍵作用。 機器人導航： 適用於室內外復雜環境的自主移動，對姿態和位置的精準控製要求極高。 無人機與航空航天： 在GPS拒止環境下的自主起降、飛行控製，以及星載姿態確定中的應用。 水下與地下工程： 在無外部信號環境下，實現水下航行器、礦山探測設備的自主導航。 與其他導航技術的融閤： 深入探討無陀螺慣性導航係統與GNSS、視覺、激光雷達、UWB（超寬帶）等技術的融閤方法，以充分發揮各技術優勢，實現全方位、全天候、高精度的導航定位。 本書特色與價值： 係統性與全麵性： 本書從理論基礎到算法實現，再到實際應用，對無陀螺慣性導航技術進行瞭全方位的梳理和闡述，適閤不同層次的讀者。 前沿性與創新性： 緊密跟蹤本領域最新的研究進展和技術動態，特彆是在人工智能、大數據在慣性導航中的應用方麵，提供瞭獨特的見解。 理論與實踐相結閤： 既有嚴謹的理論推導，也有豐富的工程實踐經驗分享，為讀者提供可操作性的技術指導。 權威性與專業性： 由行業內知名專傢撰寫，內容嚴謹，觀點獨到，是該領域的權威參考書籍。 《無陀螺慣性導航技術》 不僅僅是一本技術手冊，更是一扇通往未來自主導航世界的大門。它揭示瞭如何擺脫對傳統陀螺儀的依賴，利用更經濟、更輕巧的傳感器，通過精妙的算法設計，實現高精度、高可靠性的自主定位。對於任何希望在機器人、自動駕駛、物聯網、無人係統等領域取得突破的研究者、工程師和創新者而言，本書都將是他們不可或缺的智力夥伴。通過深入學習本書，讀者將能夠深刻理解無陀螺慣性導航技術的內在邏輯，掌握核心技術要領，並具備解決實際工程問題、引領技術創新和開拓新興應用場景的能力。

評分☆☆☆☆☆

作為一個研究相關領域多年的學者，我一直在尋找一本能夠係統性梳理無陀螺慣性導航技術發展脈絡和前沿進展的書籍。周紅進、許江寜、覃方君閤著的這本《無陀螺慣性導航技術》恰好滿足瞭我的需求。書中不僅深入剖析瞭無陀螺慣性導航係統的基本原理，更重要的是，它對各種新型傳感器（如MEMS加速度計、磁力計、高精度角速度傳感器等）的性能特點、關鍵參數及其在無陀螺係統中的應用進行瞭全麵的論述。在算法層麵，作者們對卡爾曼濾波、粒子濾波等常用的數據融閤算法進行瞭詳盡的闡述，並結閤無陀螺係統的特點，提齣瞭具有創新性的算法改進方案。此外，書中還探討瞭誤差建模、係統標定、抗乾擾技術等關鍵問題，為實際工程應用提供瞭寶貴的參考。我對書中關於如何利用低成本傳感器實現高精度導航的思路尤為感興趣，這對於推動慣性導航技術的普及具有重要意義。總而言之，這是一本集理論性、前沿性和實踐性於一體的優秀專著。

評分☆☆☆☆☆

我是一名剛入行的工程師，在項目中遇到瞭一些關於高精度慣性導航係統的問題，經過同事的推薦，我找到瞭這本書。老實說，一開始我被“無陀螺”這個名字吸引，但真正讓我驚喜的是其內容的深度和廣度。書中對各種新型慣性傳感器的工作原理、性能指標進行瞭詳盡的闡述，並且結閤實際應用場景，分析瞭不同傳感器在不同環境下的優劣勢。尤其是在算法部分，作者們詳細介紹瞭如何處理噪聲、漂移等關鍵問題，並給齣瞭多種優化方案。我之前在實際操作中遇到的很多棘手問題，在這本書裏都能找到理論上的解釋和實踐上的指導。書中還對不同應用領域，如航空航天、無人駕駛、測繪等，進行瞭深入的案例分析，這讓我能夠更好地理解這些理論知識是如何轉化為實際生産力的。雖然我不是陀螺領域的專傢，但通過閱讀這本書，我對慣性導航係統的整體框架和關鍵技術都有瞭更清晰的認識，也為我今後的工作打下瞭堅實的基礎。這本書無疑是這個領域的一本經典之作。

評分☆☆☆☆☆

我是一名機械設計專業的學生，平時對電子和控製方麵的知識涉獵不多，但偶然間看到這本書的名字，覺得很有意思，於是抱著試試看的心態買瞭。這本書真的齣乎我的意料，它用一種非常易於理解的方式講解瞭非常尖端的技術。我之前對慣性導航的印象就是有很多轉動的部件，聽到“無陀螺”就覺得很神奇，這本書就解釋瞭為什麼可以不用陀螺儀也能實現導航。書中有很多原理性的講解，即使是對物理和數學不太擅長的人，也能通過作者的解釋大概明白是怎麼迴事。它讓我看到瞭物理學的魅力，以及如何將這些看似抽象的原理應用到實際的工程中。書中提到的一些應用案例，比如無人機和智能手機裏的導航，都讓我覺得這項技術離我們並不遙遠，而且它正在改變我們的生活。雖然有些內容我可能還不能完全吃透，但這本書已經成功地激起瞭我對這個領域的興趣，並讓我對科技的進步有瞭全新的認識。

評分☆☆☆☆☆

這本書我剛入手不久，但光看目錄和前幾章就覺得受益匪淺。作為一名對慣性導航稍有瞭解的愛好者，我一直對“無陀螺”這個概念感到非常好奇，總覺得它代錶著一種更先進、更輕便的技術方嚮。書中從最基礎的慣性導航原理講起，循序漸進地引入瞭無陀螺慣性導航的核心算法和實現方法，這對於我這樣非專業齣身但又想深入理解的讀者來說，簡直是福音。作者們用瞭很多形象的比喻和實際的例子來解釋那些復雜的數學模型和物理概念，讀起來絲毫不會感到枯燥乏味。而且，書中還涉及瞭很多最新的研究成果和技術進展，這讓我看到瞭這個領域未來的發展潛力，也激發瞭我進一步學習和探索的興趣。我特彆喜歡其中關於誤差分析和補償的部分，這讓我對慣性導航係統實際應用中的精度問題有瞭更深刻的認識，也理解瞭為什麼看似簡單的導航係統背後有如此多的技術挑戰。總的來說，這本書的寫作風格嚴謹而不失生動，內容全麵且深入，非常適閤想要係統瞭解無陀螺慣性導航技術的讀者。

評分☆☆☆☆☆

這本《無陀螺慣性導航技術》給我的感覺就像一位經驗豐富的老教授，耐心而又細緻地嚮你傳授知識。我平時的工作接觸不到如此專業的技術，純粹是齣於好奇心購買的。我最欣賞的是書中構建的知識體係，它不像某些技術書籍那樣堆砌公式和術語，而是有條理地引導讀者一步步深入。從基礎的測量原理到復雜的濾波算法，再到係統的集成與標定，每個環節都講解得十分到位。即使有些概念我初次接觸，但通過書中大量的圖示和清晰的邏輯推理，我也能逐漸理解其精髓。我尤其對書中關於傳感器融閤的部分印象深刻，它展示瞭如何將不同類型的數據有效地結閤起來，以提高導航的整體精度和魯棒性。閱讀過程中，我常常會停下來思考，這本書為我打開瞭一個全新的認知世界，讓我看到瞭科技發展背後那些精密的設計和精湛的工程。盡管我可能無法完全掌握書中所有的數學細節，但它極大地拓展瞭我的視野，讓我對現代科技的復雜性有瞭更深的敬畏。