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周红进许江宁覃方君... 编

图书标签:

• 惯性导航
• 陀螺
• 导航技术
• 姿态控制
• 传感器
• 算法
• 精密导航
• 误差分析
• 系统设计
• 工程应用

店铺： 木垛图书旗舰店

出版社： 国防工业

ISBN：9787118114232

商品编码：29737066287

开本：16

出版时间：2017-12-01

基本信息

• 商品名称：无陀螺惯性导航技术(精)
• 作者：编者:周红进//许江宁//覃方君
• 定价：69
• 出版社：国防工业
• ISBN号：9787118114232

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2017-12-01
• 印刷时间：2017-12-01
• 版次：1
• 印次：1
• 开本：16开
• 包装：精装
• 页数：134
• 字数：181千字

内容提要

周红进、许江宁、覃方君编著的《无陀螺惯性导 航技术》旨在介绍实现无陀螺惯性导航必须解决的一 些关键技术。其中：第1章介绍无陀螺惯性导航技术 的发展历程和现状；第2章介绍无陀螺惯性导航系统 的基本原理，主要是利用加速度计通过“杆臂效应” 测量刚体角运动参数的原理和方法、典型的加速度计 配置方案，也介绍了课题组研制的无陀螺惯性测量试 验装置；第3章介绍无陀螺惯性导航系统进行自主初 始对准和借助外部信息辅助初始对准的技术方法；第 4章介绍无陀螺惯性导航系统的姿态解算技术，主要 介绍基于四元数法设计姿态解算算法的流程和注意事 项；第5章对无陀螺惯性导航系统的主要惯性元件加 速度计的噪声特性分析和降噪技术进行比较研究，推 导了非标准观测噪声条件下的卡尔曼滤波基本方程； 第6章分析了加速度计安装误差对导航参数解算的影 响，提出了一种简化快捷的加速度计安装误差校准方 法；第7章介绍无陀螺惯导与GPS进行组合导航的方法 ，包括EKF、UKF和PF等非线性滤波方法。
    

目录

第1章 概述
1.1 惯性导航
1.2 无陀螺惯性导航
1.3 本书内容简介
第2章 无陀螺惯性导航原理
2.1 加速度计工作原理
2.2 刚体运动模型
2.3 载体角速度解算
2.3.1 角加速度的解算
2.3.2 角速度平方的解算
2.3.3 角速度交叉乘积项的解算
2.3.4 其他组合方式的角速度解算
2.4 加速度计配置方案
2.4.1 经典6加速度计配置方案
2.4.2 典型的9加速度计配置方案
2.4.3 一种12加速度计的配置方案
2.5 GFIMU试验装置
第3章 无陀螺惯导初始对准
3.1 自主式初始对准
3.1.1 捷联惯导对准原理应用于无陀螺惯导的可行性分析
3.1.2 单轴旋转的自主式对准方法
3.1.3 初始对准精度分析
3.1.4 仿真
3.2 外部信息辅助无陀螺惯导初始对准
3.2.1 外部信息辅助初始对准模型
3.2.2 仿真
第4章 无陀螺惯导姿态解算
4.1 方向余弦法
4.2 欧拉角法
4.3 四元数法
4.3.1 旋转矢量与四元数
4.3.2 四元数与方向余弦矩阵
4.4 基于四元数的姿态解算算法
4.4.1 姿态解算算法设计
4.4.2 旋转矢量求解
4.4.3 *新四元数单位化
4.4.4 姿态角解算
4.4.5 划桨效应补偿
4.5 姿态解算精度分析
4.5.1 圆锥效应
4.5.2 四元数解算误差
4.6 试验
第5章 加速度计噪声特性分析与降噪方法
5.1 加速度计噪声特性分析及处理
5.1.1 加速度计噪声的直观分析
5.1.2 基于Allan方差的加速度计噪声分析
5.2 改进的自适应卡尔曼滤波降噪
5.2.1 基于新息的噪声自适应估计
5.2.2 滑动估计窗口宽度的优化
5.3 基于小波卡尔曼滤波降噪

探索万物定位的奥秘：《无陀螺惯性导航技术（精）》内容解析 《无陀螺惯性导航技术（精）》一书，并非简单罗列技术术语，而是深入剖析了一门关乎现代科技命脉的核心技术——惯性导航。这本书以其精炼的标题，预示着其内容将聚焦于惯性导航领域中最具挑战性和创新性的一个分支，即“无陀螺”技术。这本书将带领读者，从最基础的物理原理出发，逐步深入到复杂的算法设计、硬件实现以及实际应用等各个层面，全面而细致地展现惯性导航技术的理论基石与前沿进展。 第一部分：惯性导航的基本原理与演进 书中首先会详细阐述惯性导航的核心思想。这将包括对牛顿运动定律的深入解读，特别是惯性定律在导航中的直接体现。读者将理解，惯性导航的本质是通过测量载体自身的加速度和角速度，来推算其在空间中的位置、姿态和速度，而无需依赖外部信号。这部分内容将追溯惯性导航的历史发展，从最初的陀螺仪和加速度计的诞生，到早期笨重的惯性导航系统（INS），再到如何克服机械陀螺的局限性，为无陀螺技术的出现奠定理论基础。 对于陀螺仪，这本书将不会止步于介绍其基本工作原理，而是会深入分析不同类型陀螺仪（如机械陀螺、振动陀螺、光纤陀螺、激光陀螺等）的精度、稳定性、动态响应特性以及各自的优缺点。它会详细解释这些参数对导航精度的直接影响，以及它们在不同应用场景下的适用性。同时，对于加速度计，书籍也将从压电式、压阻式、科里奥利力式等多种类型进行细致的讲解，深入分析其测量误差的来源，如零偏、比例因子误差、温度漂移、振动影响等，并探讨抑制这些误差的有效方法。 第二部分：无陀螺惯性导航的核心技术 本书的精髓所在——“无陀螺”技术，将是本部分的重点。“无陀螺”并非真的没有陀螺，而是指利用非机械式（或更先进的）传感器来替代传统的、具有旋转部件的机械陀螺。书中会详细介绍当前主流的无陀螺传感器技术，这包括： 光纤陀螺（FOG）：深入解析其基于Sagnac效应的工作原理，包括不同结构（如干涉型、谐振型）的优劣。重点会放在如何通过优化光学路径、提高光源相干性、增强信号处理能力来提升其精度和稳定性。书中还会探讨FOG在成本、功耗、抗冲击等方面的改进。 激光陀螺（RLG）：阐述其基于环形激光的干涉原理，对比其与FOG在响应速度、稳定性、工作温度范围等方面的异同。书中将详细讲解RLG的腔体设计、激光器类型、锁环技术等关键要素，以及如何抑制背向散射、朗道-泽尔尼克效应等固有误差。 MEMS（微机电系统）陀螺：作为现代惯性导航的重要组成部分，MEMS陀螺（如角振动陀螺、科里奥利力式陀螺）因其体积小、成本低、功耗低而备受青睐。本书将深入剖析MEMS陀螺的微结构设计、驱动方式、信号采集与处理技术，以及如何通过先进的制造工艺和补偿算法来提高其精度，使其能够胜任更多场景下的导航任务。 这部分内容还会重点强调传感器融合的重要性。由于每种传感器都有其固有的误差特性，单一传感器的测量结果都存在局限性。因此，书中将详细介绍如何将来自不同类型惯性传感器（陀螺仪、加速度计）以及其他辅助导航传感器（如磁力计、气压计、GPS/GNSS接收机、轮速计、相机视觉里程计等）的数据进行有效融合。这部分将深入讲解各种数据融合算法，包括： 卡尔曼滤波器（Kalman Filter, KF）及其变种，如扩展卡尔曼滤波器（Extended Kalman Filter, EKF）和无迹卡尔曼滤波器（Unscented Kalman Filter, UKF）。书中将详细推导这些滤波器的数学模型，并结合实际导航场景，通过算例展示它们在状态估计、误差补偿和精度提升方面的强大能力。 粒子滤波器（Particle Filter），尤其是在非线性、非高斯噪声环境下，粒子滤波器的优势将被详细阐述。 因子图（Factor Graph）等图优化方法，在一些对精度要求极高的场景下的应用。 第三部分：导航算法与误差分析 除了传感器硬件和数据融合，导航算法本身也是贯穿全书的核心。书中将详细讲解： 运动方程的建立与求解：如何根据加速度和角速度的测量值，积分得到速度、位置和姿态。这包括不同坐标系（如导航坐标系、地理坐标系、载体坐标系）之间的转换。 误差传播与分析：详细分析惯性传感器误差（零偏、比例因子、随机游走等）在积分过程中如何随时间累积，导致导航误差的指数级增长。书中将引入误差状态卡尔曼滤波（Error State Kalman Filter, ESKF）等技术，用于实时估计和补偿导航误差。 姿态解算算法：包括四元数法、欧拉角法、旋转矩阵法等，并分析它们在数值稳定性和计算效率上的差异。 重力模型与大地基准：讲解如何准确考虑地球的非均匀引力场对导航精度的影响，以及如何进行大地基准转换。 第四部分：实际应用与未来展望 《无陀螺惯性导航技术（精）》的价值不仅在于理论深度，更在于其对实际应用的广泛覆盖。书中将结合多个典型应用场景，深入剖析无陀螺惯性导航技术的具体实现方式和挑战： 航空航天：在飞机、导弹、卫星等领域的导航与制导。特别会讨论高精度惯性导航系统（INS）在GPS/GNSS失锁时的作用，以及如何在严苛的动态环境下保持高精度。 汽车导航与自动驾驶：在车辆定位、循迹、环境感知中的作用。探讨如何通过融合INS与其他传感器，实现高精度、高可靠性的车道级导航。 机器人导航：在地面机器人、无人机（UAV）等平台上的应用。重点关注其在室内、GPS信号弱区域的自主导航能力。 船舶与水下航行器：在海洋环境中的精密定位。讲解如何应对水下磁场干扰、声纳精度限制等挑战。 地质勘探与测绘：用于精确测量地形、地貌。 人体运动分析与可穿戴设备：在运动监测、康复训练等领域的应用。 书中还会对未来发展趋势进行展望，例如： 更高精度、更低成本的传感器研发。 人工智能与机器学习在惯性导航中的应用，例如用于传感器误差建模、自适应滤波、场景识别等。 与新兴导航技术（如视觉导航、雷达导航、磁场导航等）的深度融合。 更高性能的计算平台与算法优化，以支持实时、高精度的导航计算。 总结 《无陀螺惯性导航技术（精）》将是一本集理论性、技术性、实用性于一体的学术专著。它不仅仅是对现有技术的梳理，更是对惯性导航领域前沿问题的深入探讨和对未来发展方向的清晰指引。通过阅读此书，读者将能够深刻理解无陀螺惯性导航技术背后的科学原理，掌握其核心技术，并能够将其应用于实际的工程问题中。这本书将成为惯性导航领域研究者、工程师以及对该技术感兴趣的读者的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验上，这本书的行文风格非常古典和严谨，仿佛在阅读一本经典的教科书，每一个论述都建立在坚实的数学和物理基础之上。我记得有一章节专门讲解了卡尔曼滤波在状态估计中的应用，作者没有仅仅停留在理论推导，而是通过大量的图示和算例，将抽象的数学过程具象化，这对于理解动态系统的建模与优化至关重要。我发现自己不得不放慢阅读速度，经常需要停下来，对着公式反复琢磨，甚至要对照着自己过去积累的一些笔记进行对比验证。这本书的难度无疑是偏高的，它要求读者具备扎实的信号处理和控制理论背景，但回报也是巨大的——它能帮你构建起一个无懈可击的知识框架。对于那些希望在惯导领域进行深入研究或者需要解决实际工程难题的工程师而言，这本书的价值是无法用简单的“推荐”来衡量的，它更像是一把钥匙，能开启通往更高阶认知的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和排版也值得称赞，虽然内容专业，但阅读起来并不感到枯燥。字体选择恰当，行距舒适，即使长时间阅读也不会产生强烈的视觉疲劳。更让我欣慰的是，书中对一些关键概念的解释，往往会辅以历史背景的介绍，这使得技术的发展脉络更加清晰。比如，当介绍到某一代导航算法的诞生时，作者会简要说明它是为了解决前一代方法的哪些具体缺陷而提出的，这种叙事方式极大地增强了知识的连贯性和趣味性。我个人特别喜欢它对“鲁棒性”和“可靠性”这两个概念的探讨，书中没有把它们仅仅当作口号来喊，而是通过数学模型和仿真实例展示了如何量化和提升系统的抗干扰能力。这本书的价值在于，它教会读者如何思考一个“健壮”的导航系统应该是什么样子的，这远比单纯掌握某个算法重要得多。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我留下了深刻的印象，那种深邃的蓝色调和精准的几何线条，仿佛在诉说着导航世界的复杂与精密。拿到手里时，能明显感受到纸张的质感，很有分量，这让我对内容的深度充满了期待。我首先翻阅了目录，内容覆盖面之广着实令人惊叹，从基础的传感器原理到复杂的误差模型，再到实际的系统集成与测试，条理清晰，逻辑严谨。作者显然是这一领域的资深专家，对理论的阐述深入浅出，即便是初学者也能抓住主干。特别值得一提的是，书中对不同导航算法的对比分析非常到位，没有简单地罗列公式，而是结合实际应用场景，深入剖析了每种方法的优劣和适用条件。对于想要系统学习惯性导航技术的人来说，这无疑是一本不可多得的宝典，它不仅提供了知识，更塑造了一种严谨的工程思维。我尤其欣赏作者在处理前沿课题时的审慎态度，既不夸大其词，又能准确把握技术脉络，让人读来踏实可靠。

评分☆☆☆☆☆

这本书的插图和图表质量非常出色，这一点常常被技术书籍所忽视，但它在这本书中却起到了画龙点睛的作用。比如在描述传感器误差模型时，那些精心绘制的误差漂移曲线图，比纯文字描述要直观得多，能让人立刻领会到误差是如何随时间累积的。而且，作者在引用参考文献时也显得非常用心，不仅包含了经典的文献，也顾及到了近年来的一些突破性进展，体现了作者紧跟学术前沿的敏锐度。翻阅到系统集成那一章时，我感觉自己仿佛站在了一个真实的项目现场，书中对软硬件接口、时钟同步等实际操作层面的细节描述得细致入微，这对于将理论转化为实际产品的工程师来说，简直是雪中送炭。总的来说，这是一本兼顾理论深度和工程实践广度的精品，它成功地架起了一座从实验室研究到实际应用之间的桥梁。

评分☆☆☆☆☆

我用这本书作为我近期一个复杂动态系统建模项目的参考资料，最大的收获在于它提供的多角度分析视角。很多同类书籍侧重于单一的数学流派，而这本书则展现了一种兼容并包的视野，它将不同学派的优势巧妙地融合在了一起，力求构建出一个最符合现实情况的解决方案。在面对系统校准这一难题时，我尝试了书中介绍的一种基于最小二乘法的迭代优化策略，效果立竿见影，极大地提高了我们初始定位的精度，这直接节省了数周的调试时间。这本书绝非那种只能放在书架上“镇宅”的理论大部头，它是一本“活的”工具书，随时可以从中提取出解决实际问题的“利器”。对于那些渴望从“知道”惯导原理到“精通”惯导实现的人来说，这本书无疑是值得反复研读和珍藏的珍贵资源。