惯性导航原理实验教程 [Experimental Course Of Inertial Navigation Theory] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周乃新，杨亚非 著

图书标签:

• 惯性导航
• 惯性导航系统
• 导航技术
• 传感器
• 实验教程
• 高等教育
• 工程技术
• 自动控制
• 航空航天
• 测量学

出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560350240

版次：1

商品编码：11941688

包装：平装

丛书名： 工业和信息化部“十二五”规划教材

外文名称：Experimental Course Of Inertial Navigation Theory

开本：16开

出版时间：2015-11-01

用纸：胶版纸

页数：

内容简介

　　《惯性导航原理实验教程》共分8章，包括绪论、陀螺仪基础实验、陀螺仪综合类测试实验、陀螺仪创新实验、陀螺稳定平台综合性实验、惯性导航系统综合性实验、控制力矩陀螺综合性实验和加速度计综合性实验。《惯性导航原理实验教程》的特点在于以培养学生自主设计能力、综合实验能力、创新意识和创新能力为主导教学思想，一方面开设与“惯性导航原理”应该掌握的重点、难点问题相对应的实验项目，另一方面设计了一些创新性、综合性实验项目，这些实验项目涉及惯性系统设计与实现、应用基本理论解决实际问题等方面的知识，使学生在做实验的过程中，加强和锻炼分析问题、解决问题的能力及自主设计能力和创新能力。《惯性导航原理实验教程》可作为工科院校探测、制导与控制专业、自动化专业、航空航天等相关专业的本科高年级实验教材，也可作为研究生及相关科研人员的参考书。

目录

第1章 绪论
1．1 惯性导航原理实验分类
1．2 实验流程与要求
1．3 实验测试数据处理方法

第2章 陀螺仪基础实验
实验1 几种典型陀螺仪结构展示实验
实验2 二自由度陀螺仪基本特性验证实验
实验3 二自由度陀螺运动规律研究实验
实验4 光纤陀螺数据采集过程演示实验
实验5 光纤陀螺仪常值漂移测试实验

第3章 陀螺仪综合类测试实验
实验1 单自由度液浮陀螺静态漂移测试实验
实验2 单轴干涉型光纤陀螺仪性能测试综合实验
实验3 激光陀螺工作原理及闭锁效应研究实验

第4章 陀螺仪创新实验
实验1 MEMS陀螺仪数字采集系统设计
实验2 光纤陀螺捷联航姿系统设计

第5章 陀螺稳定平台综合性实验
实验1双轴陀螺稳定平台控制系统设计创新实验
实验2双轴陀螺稳定平台结构展示实验
实验3平台式惯性导航系统初始对准实验

第6章 惯性导航系统综合性实验
实验1 GPS接收机OEM板开发设计实验
实验2 捷联航姿系统工作过程演示实验
实验3 组合导航系统定位、定向、测姿实验
实验4 实时卫星位置解算实验
实验5 实时传输误差计算与特性分析实验
实验6 几何精度因子DOP实验
实验7 接收机位置解算实验

第7章 控制力矩陀螺综合性实验
7．1 Model750控制力矩陀螺系统简介
7．2 控制力矩陀螺动力学模型建立
7．3 系统安全须知和自导引示范
实验1 控制力矩陀螺系统惯量测量实验
实验2 控制力矩陀螺章动和进动实验
实验3 陀螺力矩三种控制律的设计与比较实验

第8章 加速度计综合性实验
实验1 几种典型加速度计结构展示实验
实验2 加速度计的重力场翻滚测试实验
实验3 加速度计离心实验

参考文献

前言/序言

《惯性导航原理实验教程》是一本专为渴望深入理解惯性导航技术核心奥秘的学习者量身打造的实践指南。本书旨在通过严谨的理论阐述与贴合实际的实验设计，引领读者一步步揭开惯性导航系统的神秘面纱，掌握其背后的物理原理、数学模型及工程实现。 全书结构与内容概览： 全书共分为若干章节，循序渐进地构建读者对惯性导航的认知体系。 第一章：引言与基本概念 本章首先为读者描绘惯性导航的宏大图景，阐述其在现代科技中的核心地位和广泛应用，从航空航天到无人驾驶，再到精密的科学测量，惯性导航无处不在。 接着，我们将聚焦于惯性导航最基础的构建单元——惯性传感器。详细介绍陀螺仪和加速度计的种类、工作原理、关键技术参数（如零偏、尺度因子、随机噪声、角随机游走、速率随机游走等）以及它们在惯性测量单元（IMU）中的集成方式。 重点讲解了惯性导航的基本导航原理，即利用惯性传感器测量载体的加速度和角速度，通过积分运算推算出载体的速度、位置和姿态。在此过程中，将引入地理坐标系、导航坐标系、平台坐标系等关键概念，并清晰阐述它们之间的转换关系。 还会有关于惯性导航系统误差来源的初步介绍，包括传感器误差、平台误差、模型误差等，为后续章节深入分析打下基础。 第二章：惯性传感器模型与误差分析 在掌握了基本传感器原理后，本章将深入探讨惯性传感器的数学模型。详细分析各种误差源，如零偏、尺度因子误差、轴不对准误差、温度漂移、振动影响等，并给出相应的误差模型。 通过实验，读者将学习如何对陀螺仪和加速度计进行标定，获取精确的误差参数。这将涉及多种标定方法，包括静态标定、动态标定以及基于特定运动轨迹的标定技术。 本章将重点介绍如何利用卡尔曼滤波等现代估计理论来对传感器数据进行实时补偿和误差校正，这是提高惯性导航系统精度的关键技术。读者将学习不同类型的卡尔曼滤波器，如扩展卡尔曼滤波器（EKF）、无迹卡尔曼滤波器（UKF）等，以及它们在惯性导航中的应用场景。 第三章：导航方程与运动学模型 本章将系统地推导惯性导航的导航方程。基于牛顿第二定律和微分几何，详细阐述在不同坐标系下（如导航坐标系、地理坐标系）速度、位置和姿态的演化方程。 重点分析地球的非均匀性（如地球形状、重力场模型）对导航精度的影响，并介绍如何修正这些影响。 将引入欧拉角、四元数等描述姿态的数学工具，并详细推导它们在导航方程中的应用，以及不同姿态表示之间的转换。 还将讨论惯性导航系统中的级联和串联误差传播特性，理解误差是如何随时间累积并影响系统整体精度的。 第四章：惯性导航系统实现与误差补偿 本章将把理论知识转化为实践。详细介绍惯性导航系统的基本组成，包括IMU、微处理器、数据处理单元、姿态解算单元、导航滤波单元等。 深入讲解姿态解算算法，如基于马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）的解算方法、基于梯度下降法的解算方法等，并分析其计算效率和精度。 重点阐述在实际应用中，如何通过引入外部辅助信息（如GPS、磁力计、气压计、轮速计等）来约束和修正惯性导航系统的漂移误差，实现高精度的融合导航。读者将学习多种传感器融合算法，如加权平均、互补滤波、扩展卡尔曼滤波（EKF）等。 本章还将涉及惯性导航系统的仿真与测试方法，包括如何建立仿真环境，如何设计测试场景，以及如何评价系统的性能指标。 第五章：实验设计与实践 这是本书的核心实践部分。本章将提供一系列精心设计的实验项目，涵盖了惯性导航的各个关键环节。 实验一：惯性传感器基本特性测试与标定。 读者将利用真实的惯性传感器模块，学习如何测量其零偏、尺度因子、噪声等参数，并掌握基本的传感器标定流程。 实验二：姿态解算算法实现与验证。 设计实验，让读者通过编程实现基本的姿态解算算法（如欧拉角法、四元数法），并利用已知的运动轨迹或外部设备（如运动捕捉系统）来验证算法的正确性。 实验三：基于IMU的单轴/多轴运动轨迹测量。 读者将搭建简单的实验平台，利用IMU测量载体的运动轨迹，并分析不同误差源对测量结果的影响。 实验四：惯性导航基本原理仿真。 利用MATLAB/Simulink或Python等工具，搭建惯性导航系统的仿真模型，验证导航方程和滤波算法的有效性。 实验五：惯性导航与GPS融合实验（可选）。 如果条件允许，将引导读者完成一个简单的惯性导航与GPS数据融合的实验，直观感受融合导航的优势。 每个实验项目都将包含明确的实验目的、实验器材、实验步骤、数据处理方法、结果分析要求以及相关的理论背景介绍，确保读者能够独立完成并深入理解。 第六章：高级主题与应用拓展 本章将触及惯性导航领域的一些前沿和深入的技术。 先进滤波技术： 介绍粒子滤波（PF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）等更高级的滤波算法，以及它们在复杂场景下的应用。 高精度惯性导航： 讨论了平台式、环式、光纤式陀螺仪的原理和在惯性导航系统中的应用，以及如何实现厘米级甚至更高的导航精度。 惯性导航在特定领域的应用： 深入探讨惯性导航在航空航天（如导弹制导、卫星姿态控制）、机器人（自主导航、SLAM）、自动驾驶（高精度定位）、地质勘探等领域的具体应用案例和技术挑战。 惯性导航系统测试与验证： 介绍惯性导航系统在不同环境下的测试方法和标准，以及如何对系统的可靠性和鲁棒性进行评估。 本书特色： 理论与实践深度结合： 紧密围绕实验展开，将抽象的理论概念具象化，让读者在动手操作中巩固所学。 由浅入深，循序渐进： 从最基础的传感器原理讲起，逐步深入到复杂的导航方程和滤波算法，适合不同基础的学习者。 丰富的实验设计： 提供一系列贴合实际的实验项目，从传感器标定到系统集成，覆盖惯性导航的关键技术环节。 强调误差分析与补偿： 深入剖析惯性导航系统的误差来源，并提供有效的误差补偿和滤波策略。 面向工程应用： 关注惯性导航系统的实际工程实现和应用，为读者未来的职业发展奠定坚实基础。 本书不仅是一本实验教程，更是一扇通往惯性导航世界的大门。通过深入研读和动手实践，您将不仅掌握惯性导航的基本原理和关键技术，更能培养出解决复杂工程问题的能力，为自己在智能导航、自动控制等相关领域的发展打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

当我拿到《惯性导航原理实验教程》这本书时，我最大的感受就是它提供了一个非常清晰的学习路径。它没有一开始就丢给我一堆复杂的数学公式，而是从最基础的惯性器件原理入手，比如陀螺仪和加速度计，详细讲解了它们的工作方式、误差模型以及如何读取和处理原始数据。我特别喜欢它在介绍每个实验项目时，都提供了详细的硬件清单、电路连接图和详细的步骤说明，这大大降低了实验的门槛。我曾经遇到过很多次，因为缺少明确的指导，光是搭建实验平台就耗费了大量时间和精力，甚至因为某个小错误而导致整个实验无法进行，这种经历非常打击学习积极性。

评分☆☆☆☆☆

作为一名航空航天专业的学生，我一直对惯性导航（INS）这个领域充满好奇。在我接触到《惯性导航原理实验教程》这本书之前，我对INS的认知仅限于教科书上的理论公式和一些模糊的概念。我总觉得，如果没有实际操作，这些理论很难真正内化。我渴望能找到一本能够将理论与实践相结合的书，让我能够亲手搭建、调试，并深入理解INS系统的每一个环节。在寻找的过程中，我接触过一些偏重理论推导的专著，它们虽然严谨，但对于我这种需要动手能力的学习者来说，显得有些枯燥和遥远。我也尝试过一些介绍INS应用案例的文献，但它们往往跳过了核心的原理和实现细节，让我不得其解。

评分☆☆☆☆☆

对于一个想要深入了解惯性导航技术的人来说，理论知识固然重要，但脱离实际的理论就像空中楼阁。我一直认为，最好的学习方式就是“在实践中学习”。尤其是惯性导航，它涉及到大量的传感器融合、滤波算法以及误差补偿等内容，这些都需要通过实际操作才能真正理解其精妙之处。我曾经尝试过阅读一些纯粹的理论书籍，虽然在理论层面有所收获，但当我尝试将这些理论应用到实际问题中时，总会遇到各种各样意想不到的困难。我渴望找到一本能够连接理论与实践的桥梁，让我能够将抽象的概念转化为具体的行动，从而更有效地掌握惯性导航的精髓。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得，学习一个复杂的技术，尤其是像惯性导航这样集物理学、数学、工程学于一体的学科，单纯的理论灌输是远远不够的。我需要的是能够引导我一步步去“做”的书，让我能够从最基础的传感器原理开始，理解误差的来源，学会如何进行数据融合，甚至能够自己编写代码来实现算法。我希望通过实验，能够直观地看到不同的参数设置会对导航精度产生怎样的影响，能够亲身体验卡尔曼滤波在提高INS性能中的作用。过去，我曾尝试过在网上搜寻相关的实验教程，但碎片化的信息和缺乏系统性的指导让我望而却步。很多时候，找到的资源要么是过于陈旧，要么是只讲解了某个孤立的模块，无法形成完整的认知体系。

评分☆☆☆☆☆

在我多年的学习和探索过程中，我发现很多关于惯性导航的资料都过于偏向理论，或者过于偏向某个特定的应用领域，而缺乏一个能够系统性地介绍核心原理并提供实际操作指导的资源。我曾经花了很多时间去搜集零散的实验代码和资料，但这些信息往往缺乏连贯性，也很难将它们整合起来形成一个完整的实验体系。我希望有一本书，能够从基础的惯性传感器原理讲起，循序渐进地引导我理解导航算法，并且能够提供实际的实验步骤和代码示例，让我能够亲手搭建一个简单的惯性导航系统，并能够进行相关的测试和分析。