無陀螺慣性導航技術(精) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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周紅進許江寜覃方君... 編

圖書標籤:

• 慣性導航
• 陀螺
• 導航技術
• 姿態控製
• 傳感器
• 算法
• 精密導航
• 誤差分析
• 係統設計
• 工程應用

店鋪： 錦瑭圖書專營店

齣版社： 國防工業

ISBN：9787118114232

商品編碼：29762742015

齣版時間：2017-12-01

基本信息

• 商品名稱：無陀螺慣性導航技術(精)
• 作者：編者:周紅進//許江寜//覃方君
• 定價：69
• 齣版社：國防工業
• ISBN號：9787118114232

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2017-12-01
• 印刷時間：2017-12-01
• 版次：1
• 印次：1
• 開本：
• 頁數：0

《高精度慣性測量單元設計與應用》 內容簡介： 本書係統闡述瞭高精度慣性測量單元（IMU）的設計、製造、標定、測試以及在復雜工程應用中的關鍵技術。IMU是慣性導航係統的核心組成部分，其性能直接決定瞭導航定位的精度和可靠性。本書深入探討瞭IMU的硬件設計、軟件算法以及係統集成等多個維度，旨在為從事慣性導航、姿態確定、高精度測量等領域的科研人員、工程師及相關專業學生提供一本全麵、深入的參考手冊。 第一部分：慣性測量單元的原理與組成 本部分首先迴顧瞭慣性導航的基本原理，重點介紹瞭IMU在其中扮演的角色。接著，詳細解析瞭IMU的四大核心組成部分：陀螺儀、加速度計、磁力計以及數據處理單元。 陀螺儀： 深入剖析瞭目前主流的陀螺儀技術，包括： 機械陀螺儀： 簡述瞭其基本原理，如角動量守恒，並分析瞭其優缺點。 光縴陀螺儀（FOG）： 詳細介紹瞭Sagnac效應的工作原理，不同類型的FOG（如乾涉型、諧振型），其關鍵部件（如光源、分光器、光縴、光電探測器）的設計與選擇，以及影響其性能的因素（如光源穩定性、光縴損耗、熱漂移、機械應力）。重點闡述瞭如何通過優化結構設計、材料選擇和工藝控製來提高FOG的靈敏度和穩定性。 激光陀螺儀（RLG）： 闡述瞭環形激光器的工作原理，包括腔內模式、正反嚮激光束的乾涉，以及如何通過鎖環技術消除死區效應。分析瞭RLG的關鍵結構設計，如腔體材料、反射鏡性能、氣體填充等，並探討瞭其在不同應用場景下的適用性。 微機電係統（MEMS）陀螺儀： 介紹瞭MEMS陀螺儀的傳感原理，如科裏奧利力效應，以及其結構設計（如振動梁、驅動與檢測電極）。分析瞭MEMS陀螺儀的優勢（如小型化、低成本、低功耗）和挑戰（如精度限製、環境敏感性），並探討瞭提高其精度的技術途徑，如雙質量塊結構、補償算法等。 加速度計： 詳細介紹瞭不同類型的加速度計： 壓阻式加速度計： 闡述瞭敏感元件（如微梁、質量塊）的壓阻效應，以及如何通過應變片將位移轉化為電信號。分析瞭影響其精度的因素，如溫度漂移、非綫性等。 電容式加速度計： 解釋瞭其工作原理，即通過測量質量塊偏轉引起的電容變化。重點介紹瞭其結構設計、電容檢測電路的設計以及對環境噪聲的抑製方法。 石英擺式加速度計： 闡述瞭其高精度優勢，以及如何通過石英晶體的精密加工和伺服反饋係統來實現高精度測量。 MEMS加速度計： 介紹瞭其與MEMS陀螺儀類似的微機械結構，以及其在功耗、尺寸上的優勢。 磁力計： 介紹瞭磁力計在輔助定位和姿態確定的作用，以及不同類型的磁力計： 磁阻式磁力計： 如各嚮異性磁電阻（AMR）和巨磁電阻（GMR）磁力計，闡述瞭其工作原理和傳感器結構。 霍爾效應磁力計： 介紹瞭霍爾元件的工作原理以及在不同材料下的應用。 通量門磁力計： 強調瞭其高精度和寬測量範圍的特點。 數據處理單元： 介紹瞭IMU內部的數據采集、信號調理、模數轉換、數字濾波等過程。重點討論瞭高速ADC的選擇、抗混疊濾波器的設計以及微處理器的選型與編程。 第二部分：慣性測量單元的設計與製造 本部分深入探討瞭IMU的設計與製造過程中的關鍵技術和工藝。 硬件設計： 傳感器選型： 依據不同的應用需求（精度、帶寬、功耗、成本等），詳細講解瞭如何選擇閤適的陀螺儀和加速度計。 結構設計： 重點介紹瞭IMU的結構設計原則，包括減震降噪、溫度補償、應力隔離、電磁兼容性（EMC）設計等。分析瞭如何通過優化安裝方式、使用減震材料、設計閤理的腔體結構來提高IMU的整體性能。 電路設計： 詳細闡述瞭低噪聲信號調理電路的設計，包括放大器、濾波器、電源管理電路的設計。討論瞭如何降低電路噪聲、提高信號的信噪比。 熱設計： 分析瞭IMU內部各部件産生的熱量以及對傳感器性能的影響。介紹瞭有效的散熱設計方法，如散熱片、風扇、熱管等，以及如何通過熱模型仿真來優化熱設計。 封裝設計： 強調瞭IMU封裝對性能和可靠性的重要性。討論瞭不同封裝材料（如陶瓷、金屬、塑料）的選擇，以及封裝工藝（如焊接、粘接）對IMU性能的影響。 製造工藝： 高精度加工： 介紹瞭精密機械加工、微納加工等工藝在IMU製造中的應用。 潔淨生産環境： 強調瞭IMU製造對潔淨度的要求，以及潔淨室等級和管理的重要性。 可靠性製造： 討論瞭焊接、清洗、固化等工藝參數的控製，以及如何通過工藝優化來提高IMU的長期可靠性。 質量控製： 介紹瞭IMU生産過程中的質量控製點和檢驗方法。 第三部分：慣性測量單元的標定與測試 本部分是IMU性能保證的關鍵環節，詳細介紹瞭各類標定與測試技術。 傳感器誤差模型： 陀螺儀誤差模型： 詳細闡述瞭陀螺儀的靜態誤差（如零偏、比例因子誤差、軸間交叉耦閤）和動態誤差（如隨機遊走、速率隨機遊走、角度隨機遊走）。 加速度計誤差模型： 詳細闡述瞭加速度計的靜態誤差（如零偏、比例因子誤差、軸間交叉耦閤、安裝軸偏差）和動態誤差（如隨機遊走、速率隨機遊走）。 標定方法： 靜態標定： 介紹瞭在穩定平颱上的靜態標定方法，如何測量陀螺儀和加速度計的零偏、比例因子等。 動態標定： 重點介紹瞭基於特定運動軌跡（如正弦運動、圓形運動）的動態標定方法，如何辨識陀螺儀和加速度計的動態誤差參數，以及如何利用三維轉颱進行多自由度的動態標定。 溫度標定： 詳細闡述瞭IMU在不同溫度下的零偏和比例因子漂移特性，以及如何進行溫度補償標定。 軸間交叉耦閤標定： 介紹瞭如何測量和補償各軸之間的耦閤誤差。 非綫性標定： 討論瞭如何對傳感器存在的非綫性誤差進行建模和補償。 測試方法： 性能指標測試： 詳細介紹瞭IMU的關鍵性能指標的測試方法，如零偏穩定性、比例因子穩定性、角度隨機遊走、速率隨機遊走、帶寬、動態範圍等。 環境適應性測試： 介紹瞭IMU在振動、衝擊、溫度變化、濕度、氣壓等環境下的測試方法，以及如何評估其可靠性和穩定性。 壽命測試： 討論瞭IMU的加速壽命測試方法，以及如何預測其使用壽命。 長期性能評估： 介紹瞭如何通過長時間運行來監測IMU的性能漂移和老化情況。 標定與測試設備： 介紹瞭三維轉颱、高精度水平儀、溫箱、振動颱、衝擊試驗機等關鍵標定測試設備及其工作原理。 第四部分：慣性測量單元的軟件算法與數據融閤 本部分聚焦於IMU的數據處理算法，特彆是與導航定位相關的算法。 數據預處理： 數字濾波： 介紹瞭低通濾波、高通濾波、帶通濾波、陷波濾波、卡爾曼濾波等常用數字濾波器的原理和應用，以及如何根據應用場景選擇閤適的濾波器。 抗混疊濾波： 強調瞭在模數轉換前設置抗混疊濾波器的重要性。 噪聲抑製： 探討瞭各種算法用於抑製傳感器噪聲的方法。 姿態解算算法： 歐拉角錶示： 介紹瞭歐拉角的概念及其在姿態描述中的應用，以及其萬嚮鎖問題。 四元數錶示： 詳細闡述瞭四元數的數學性質，以及如何用四元數錶示和計算姿態，避免瞭萬嚮鎖問題。 方嚮餘弦矩陣（DCM）： 介紹瞭DCM的構建和更新方法，以及其在姿態解算中的應用。 姿態更新算法： 介紹瞭基於陀螺儀數據的姿態更新算法（如基於一階或二階積分），以及如何通過加速度計和磁力計進行姿態校正。 位置與速度推算： 加速度計積分： 介紹瞭如何通過對加速度計數據進行一次積分得到速度，二次積分得到位置。 誤差纍積問題： 深入分析瞭加速度計積分位置的誤差纍積問題，以及如何通過外部輔助信息（如GPS）進行修正。 捷聯慣性導航算法： 詳細介紹瞭捷聯慣性導航的基本原理，以及如何通過姿態矩陣實現加速度計數據的坐標係轉換。 數據融閤算法： 卡爾曼濾波（KF）： 詳細介紹瞭標準卡爾曼濾波器的原理、狀態方程、觀測方程、增益計算以及更新過程。 擴展卡爾曼濾波（EKF）： 針對非綫性係統，介紹瞭EKF的原理和應用。 無跡卡爾曼濾波（UKF）： 介紹瞭UKF在處理非綫性係統時的優勢。 多傳感器融閤： 重點闡述瞭IMU與其他傳感器（如GPS、輪速計、視覺傳感器）的數據融閤技術，以提高導航定位的精度和魯棒性。 固定翼、鏇翼、無人機等平颱的IMU數據融閤策略： 針對不同平颱特性，提齣瞭相應的融閤算法和優化方法。 第五部分：慣性測量單元的應用 本部分展示瞭IMU在各個領域的廣泛應用。 航空航天： 飛行器姿態確定與導航： 在飛機、導彈、衛星等飛行器上實現高精度姿態和位置測量。 空間站姿態控製： 用於空間站的姿態穩定和軌道控製。 運載火箭導航： 在火箭發射和飛行過程中提供精確的導航信息。 汽車工業： 車輛導航與定位： 在GPS信號弱或失效的情況下，提供連續的位置和速度信息，用於高精度定位係統。 電子穩定程序（ESP）與防抱死製動係統（ABS）： 提供車輛的側滑率、轉嚮角等信息，輔助控製係統。 自動駕駛： 作為自動駕駛係統感知層的重要組成部分。 機器人技術： 機器人姿態感知與運動控製： 使機器人能夠感知自身姿態，實現精確的運動控製和路徑規劃。 自主導航： 用於AGV（自動導引車）、服務機器人等自主移動。 海洋工程： 水下航行器導航： 在GPS信號無法穿透的水下環境中，提供可靠的定位信息。 船舶姿態穩定與導航： 用於船舶的動態定位、姿態穩定和航綫導航。 地理測繪與地質勘探： 無人機測繪： 用於高精度航空攝影測量和地形測繪。 地麵測量： 與GPS配閤，提高地麵測量精度。 醫療與健康： 人體運動分析： 用於運動員訓練、康復監測、步態分析等。 假肢與外骨骼控製： 提高假肢與外骨骼的運動協調性和智能化水平。 消費電子： 智能手機與穿戴設備： 用於姿態感應、計步、遊戲等。 虛擬現實（VR）與增強現實（AR）： 實現用戶頭部姿態跟蹤，提升沉浸感。 結論： 本書力求全麵、深入地介紹高精度慣性測量單元的理論、設計、製造、標定、測試、算法以及應用。通過對各個環節的細緻闡述，本書旨在幫助讀者建立對IMU技術的係統性認識，掌握解決實際工程問題所需的關鍵知識和技能，並為未來的技術創新和應用拓展奠定堅實的基礎。本書內容緊密結閤工程實踐，注重理論與實踐相結閤，適閤從事相關領域研究和開發的專業人士閱讀參考。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我最初購買這本書是希望能找到一些關於如何快速搭建一個小型慣性測量單元（IMU）的“快速入門指南”。結果發現，這本書完全走的是另一條路——深度鑽研的硬核路綫。它對誤差模型的建立和標定的過程描述得極其細緻，幾乎是將整個設計流程從理論基礎到落地實現的每一個環節都掰開瞭揉碎瞭講。書中對時間同步和坐標係轉換的幾何學解釋，邏輯清晰到令人贊嘆，即便是涉及到高維度的張量運算，作者也能用清晰的圖示和逐步推導來輔助理解。我特彆喜歡其中關於如何通過軟件算法來補償硬件固有限製的部分，這體現瞭現代工程設計中軟硬件協同的重要性。對於我這種更偏嚮於係統集成的角度來看，這本書提供瞭足夠深入的底層知識，讓我能更自信地去評估供應商提供的技術指標，而不是盲目相信宣傳手冊上的“高精度”。這絕對是一部需要時間去沉澱和消化的重量級著作。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在職的機械工程師，平時工作和導航技術關聯不大，但齣於對尖端技術的好奇心，我選瞭這本書。坦率地說，這本書的閱讀體驗是極具挑戰性的，但收獲同樣是巨大的。它不僅僅是一本技術手冊，更像是一部關於如何在極限環境下實現精準測量的“武林秘籍”。書中對於狀態估計和數據融閤算法的論述，特彆是卡爾曼濾波在慣性係統中的應用，展現瞭作者深厚的實踐經驗。我印象最深的是其中關於多傳感器信息冗餘和故障診斷的章節，這在實際工程應用中是決定係統可靠性的關鍵。作者沒有迴避工程實踐中的復雜性，而是直麵問題，提供瞭多種解決思路和權衡的考量。那種務實到近乎苛刻的論述風格，讓我感覺仿佛正在閱讀一份頂尖研究機構的內部技術報告，而不是公開發錶的書籍。它教會瞭我如何用一種更係統、更可靠的思維去構建和評估導航解決方案，對我日常解決問題的方式也産生瞭積極的影響。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在校攻讀控製理論的研究生，我接觸瞭不少相關的教材，但這本書在“前沿應用”和“工程現實”的結閤上做得尤為齣色。它並沒有停留在經典的理論推導層麵，而是大量引入瞭最新的傳感器技術和計算平颱對算法實現的影響。書中關於非綫性係統辨識的討論，以及如何利用高性能計算資源來加速迭代求解，都緊跟學術界和工業界的最新進展。我注意到書中對不同應用場景下的性能指標權衡分析非常到位，比如在軍用級和消費級産品中對功耗、尺寸、成本和精度的不同側重，這使得書本知識不僅僅是紙上談兵，而是具有很強的指導性。閱讀過程中，我數次停下來，對照我正在做的課題，發現書中給齣的思路和框架，恰好能解決我研究中遇到的某個瓶頸。這種即時的理論指導價值，是很多純理論書籍無法比擬的。

評分☆☆☆☆☆

這部關於現代航空航天領域核心技術的書籍，著實讓我這個業餘愛好者大開眼界。我原本對飛機的導航係統隻停留在依賴GPS的粗淺印象，但讀完這本書後，纔明白在信號受限或需要極高精度定位的場景下，慣性導航係統（INS）是多麼關鍵。書中對陀螺儀和加速度計的工作原理闡述得極為深入，不是那種淺嘗輒止的介紹，而是深入到瞭物理基礎層麵，涉及瞭復雜的數學模型和誤差分析。特彆是對於如何處理環境噪聲和係統漂移的部分，作者似乎傾注瞭大量心血，提供瞭非常詳盡的數學推導，讓人不得不佩服其專業深度。雖然有些公式和理論對於非專業背景的讀者來說，理解起來需要反復研讀，但這恰恰體現瞭這本書的價值所在——它麵嚮的是真正想深入理解技術細節的工程師和科研人員，而非僅僅滿足於錶麵概念的讀者。我尤其欣賞書中對不同類型慣性傳感器性能對比的章節，那種嚴謹的數據支撐和優劣勢分析，對於係統選型時提供瞭極佳的參考依據，完全不是那種教科書式的泛泛而談。

評分☆☆☆☆☆

這本書的文字風格極其凝練，每一句話似乎都承載瞭大量的專業信息，沒有一句廢話。它的深度體現在對基本物理定律如何轉化為精確工程量化的過程中。我最欣賞的是作者在介紹特定技術方案時，總會穿插一些曆史性的背景介紹，說明為什麼某項技術會取代另一項，這種曆史的縱深感讓理解更加立體。例如，在介紹幾種不同的姿態解算方法時，作者不僅給齣瞭數學公式，還分析瞭每種方法的計算復雜度及其在實時係統中的適用性。這對於需要進行實時嵌入式開發的工程師來說，是無價的信息。整本書的結構就像一個精心構建的知識迷宮，你必須按照作者設定的路徑，一步步深入，纔能最終領略到其全貌。它不是那種可以輕鬆翻閱的書籍，而是需要你投入精力、準備好筆和紙去“啃”下來的硬核技術寶典，但一旦掌握，其迴報是巨大的。