捷联惯导动基座对准新方法及导航误差抑制技术研究 9787118102628 国防工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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练军想 著

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• 惯性导航
• 捷联惯导
• 动基座对准
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• 控制算法
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• 测量技术

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118102628

商品编码：29578398511

包装：平装

出版时间：2016-06-01

基本信息

书名：捷联惯导动基座对准新方法及导航误差抑制技术研究

定价：50.00元

作者：练军想

出版社：国防工业出版社

出版日期：2016-06-01

ISBN：9787118102628

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书共包含7部分内容，包括：绪论，捷联惯导惯性系对准方法研究，典型环境下惯性系对准方法的应用研究，惯性系动基座对准实验验证，惯导系统误差转动抑制机理研究，惯导系统误差转动抑制实验研究，结论与展望等方面内容。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《惯性导航系统在现代军事与航空航天中的应用与挑战》 内容简介 本书深入探讨了惯性导航系统（INS）在现代军事、航空航天以及高精度定位领域的核心作用、关键技术及其面临的挑战。全书围绕惯性导航系统的原理、设计、误差分析、优化策略以及前沿应用方向展开，旨在为相关领域的科研人员、工程师和技术爱好者提供一本详实而富有洞察力的参考读物。 第一章 绪论 本章首先回顾了惯性导航技术的发展历程，从早期的机械式陀螺系统到现代的光学陀螺和MEMS（微机电系统）惯性传感器，梳理了技术演进的关键节点。接着，阐述了惯性导航系统在现代国防、航空航天、高精度测绘、自动驾驶等领域不可替代的地位。重点分析了惯性导航系统的基本原理，即利用惯性传感器测量平台的加速度和角速度，通过积分运算推算出平台的姿态、速度和位置信息。本书的研究背景与意义在于，随着现代战争形态的变革和航空航天技术的飞速发展，对惯性导航系统的精度、可靠性和自主性提出了前所未有的要求。如何进一步提高系统的对准精度、抑制各种误差源的影响，并实现更长时间的自主导航，是当前研究的重点和难点。最后，对全书的章节结构和研究内容进行了概览，为读者构建了清晰的学习路径。 第二章 惯性导航系统基本原理与组成 本章详细解析了惯性导航系统的核心工作原理。首先，深入讲解了惯性导航系统的数学模型，包括欧拉方程、牛顿运动定律在导航坐标系下的应用，以及如何通过状态方程描述系统动态。其次，对惯性导航系统的关键组成部分进行了详尽的介绍。其中，惯性测量单元（IMU）是核心，本章重点阐述了陀螺仪和加速度计的工作原理。陀螺仪（包括机械陀螺、光纤陀螺、激光陀螺等）测量角速度，加速度计（包括压电式、电容式、科氏力式等）测量比力。详细分析了不同类型惯性传感器的性能指标，如零偏、比例系数误差、随机噪声、尺度因子等，并探讨了这些参数对导航精度的影响。接着，介绍了平台式和捷联式惯性导航系统的结构差异与优缺点。平台式系统通过稳定的平台来安装惯性器件，结构复杂但易于理解；捷联式系统直接将惯性器件安装在载体上，结构紧凑、成本低廉，是当前的主流技术。本章还重点介绍了导航计算机的功能，包括数据采集、信号处理、滤波算法、导航信息解算以及对准与标定等。最后，讨论了惯性导航系统与外部辅助导航系统（如GPS、磁罗姆、气压高度计等）进行组合导航的必要性，以及组合导航的常见结构和优势。 第三章 惯性导航系统误差分析与建模 本章是本书的重点和核心，详细剖析了惯性导航系统中存在的各类误差源及其建模方法。首先，对惯性传感器的误差进行了系统性的分析，包括： 零偏（Bias）: 传感器在零输入时产生的恒定输出，可能是温度相关的，也可能是随时间漂移的。 尺度因子误差（Scale Factor Error）: 传感器输出与其输入之间的线性关系不精确，即输出与实际输入不成严格的比例关系。 轴间耦合误差（Cross-axis Coupling）: 一个轴的输入会引起其他轴的输出，尤其在陀螺仪中常见。 随机噪声（Random Noise）: 传感器输出的随机波动，包括角度随机游走（Angle Random Walk, ARW）和速率随机游走（Rate Random Walk, RRW）等。 温度漂移（Temperature Drift）: 惯性传感器的性能参数随温度的变化而变化。 振动和冲击影响（Vibration and Shock Effects）: 外部的机械激励对传感器输出产生的干扰。 其次，针对导航系统本身的误差进行了建模： 平台误差（Platform Errors）: 主要针对平台式INS，包括平台倾斜误差、平台轴间耦合等。 捷联误差（Strapdown Errors）: 主要针对捷联式INS，包括姿态解算误差、坐标系转换误差等。 地球物理误差（Geophysical Errors）: 地球自转效应（Earth’s Rotation）: 惯性器件会受到地球自转的影响，需要进行补偿。 地球曲率效应（Earth’s Curvature）: 在较长距离导航中，地球的曲率对导航解算产生影响。 科里奥利力（Coriolis Force）: 载体在地球自转框架下运动时，受到的惯性力。 引力梯度（Gravity Gradient）: 在较高精度应用中，引力场的变化也需要考虑。 对准误差（Alignment Errors）: 系统在启动时，对初始姿态、速度和位置进行校准的误差。 模型误差（Model Errors）: 导航模型本身的不精确性，例如对地球形状、重力场的简化模型。 本章还重点介绍了卡尔曼滤波（Kalman Filter）及其扩展形式（如扩展卡尔曼滤波 EKF）在惯性导航误差建模和补偿中的核心作用。通过建立系统的状态方程和观测方程，利用卡尔曼滤波可以实时估计和抑制上述各种误差。详细阐述了基于EKF的惯性导航系统误差状态方程的构建，包括状态向量的选取、系统噪声协方差矩阵（Q）和量测噪声协方差矩阵（R）的确定。 第四章 惯性导航系统对准技术 对准是惯性导航系统正常工作的关键前提，本章深入探讨了各种对准技术。首先，阐述了对准的基本概念和目的，即确定载体在导航坐标系下的初始姿态、速度和位置。接着，详细介绍了不同对准方式的原理和适用场景： 初始对准（Initial Alignment）: 静态对准（Static Alignment）: 在载体静止条件下进行的对准。包括： 重力对准（Gravity Alignment）: 利用重力加速度矢量来确定水平姿态。 地磁对准（Geomagnetic Alignment）: 利用地磁场矢量来确定航向。 天文对准（Celestial Alignment）: 利用天体（如太阳、恒星）来确定姿态，精度高但实现复杂。 动态对准（Dynamic Alignment）: 在载体运动过程中进行的对准。讨论了不同运动模式（如圆周运动、往复运动）下的动态对准方法。 组合对准（Combined Alignment）: 结合静态和动态对准的优点，提高对准速度和精度。 捷联惯导系统的对准难点与解决方案: 详细分析了捷联惯导系统在对准过程中面临的挑战，如对准时间、初始姿态的精度、环境干扰等。重点介绍了利用GPS等外部辅助信息来加速和提高对准精度的方法。 高精度对准技术: 探讨了提高对准精度的各种手段，包括多期观测、优化算法、利用高精度传感器等。 第五章 惯性导航系统导航误差抑制技术 本章聚焦于如何有效地抑制惯性导航系统在工作过程中产生的误差，以提高导航精度和自主工作时间。 基于滤波的误差补偿: 卡尔曼滤波（Kalman Filter, KF）: 再次强调了卡尔曼滤波在实时误差估计和补偿中的重要性，详细介绍了其在惯导系统中的具体应用，包括状态向量的选取、过程噪声和量测噪声的设置。 扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter, EKF）: 针对惯导系统的非线性特性，详细阐述了EKF的原理及在惯导系统中的应用。 无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter, UKF）: 介绍UKF如何通过采样点来近似非线性系统，相比EKF，UKF在处理强非线性系统时通常表现更优。 粒子滤波（Particle Filter, PF）: 针对更复杂的非线性非高斯系统，介绍了粒子滤波的思想和应用潜力。 组合导航技术: GPS/INS组合导航: 详细阐述了GPS和INS组合导航的优势，如GPS提供绝对位置信息，INS提供高频的姿态和速度信息，并能克服GPS信号丢失的短暂时间。介绍了几种主要的组合方式：松组合（Loosely Coupled）和紧组合（Tightly Coupled）。 其他组合导航: 探讨了惯导系统与视觉里程计（VINS）、激光雷达里程计（LIOS）、雷达、气压高度计、磁罗盘等传感器的组合，以及组合导航的优势和挑战。 模型补偿与校准技术: 实时标定与在线校准: 介绍了在系统工作过程中实时估计和补偿惯性器件参数（如零偏、尺度因子）的方法。 自适应滤波技术: 探讨了滤波器的参数可以根据环境变化进行自适应调整的技术。 基于学习的误差预测: 引入机器学习方法，利用历史数据学习误差模型，并进行预测和补偿。 第六章 惯性导航系统在高精度应用中的挑战与发展趋势 本章着眼于惯性导航系统在高精度领域的应用，如高精度制导、无人系统自主导航、深海探测、空间测定轨等，并探讨了当前面临的主要挑战以及未来的发展趋势。 挑战: 长期高精度自主导航: 如何在GPS等外部信号完全丢失的情况下，长时间保持高精度导航，对惯性传感器的性能和误差抑制提出了极高的要求。 微小化与低功耗: 在轻小型化载体（如无人机、微型机器人）上集成高精度惯导系统，需要克服尺寸、重量和功耗的限制。 极端环境下的鲁棒性: 在强电磁干扰、高强度振动、宽温域等极端环境下，惯导系统的稳定性和可靠性面临考验。 成本与可维护性: 高性能惯性器件成本高昂，如何降低成本并提高系统的可维护性是推广应用的关键。 发展趋势: 新一代惯性传感器技术: 重点介绍正在研发或已初具雏形的新型惯性传感器，如原子干涉仪、微机械陀螺（MMG）、量子陀螺等，这些技术有望在精度、稳定性、抗干扰能力等方面实现突破。 深度学习与人工智能在惯导中的应用: 探讨AI技术如何用于更精准的误差建模、异常检测、环境感知和导航路径优化。 多传感器融合与协同导航: 进一步发展多模态传感器融合技术，构建更具鲁棒性和全天候能力的导航系统。 惯性器件的自校准与自诊断: 发展具有自主感知和修复能力的惯性器件，降低对人工维护的需求。 面向特定应用的惯导解决方案: 针对不同的应用场景，设计定制化的惯导系统，优化性能与成本比。 结论 本书系统性地梳理了惯性导航技术从原理到应用的各个方面，重点突出了误差分析、对准技术和误差抑制策略。尽管惯性导航系统在精度和自主性方面取得了显著进展，但仍面临诸多挑战。未来的研究将集中于开发更高性能的惯性传感器、更先进的滤波与融合算法，以及更智能的误差补偿方法。随着技术的不断进步，惯性导航系统必将在更广泛的领域发挥越来越重要的作用，为人类的探索和发展提供坚实的导航基础。 参考文献 （此处为示例，实际图书中应包含详细的参考文献列表） 索引 （此处为示例，实际图书中应包含详细的索引）

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感觉是“厚重而不失灵动”。它在传统惯导理论的基础上，大胆引入了跨学科的创新思路，这种跨界的融合是推动技术进步的真正动力。我注意到书中对计算效率的考量也十分到位，考虑到实际应用中对实时性的苛刻要求，作者在设计算法时显然也兼顾了计算资源的限制，这体现了极高的工程素养。它不仅关注了系统性能的极限，同时也兼顾了可行性和可维护性，这对于指导实际工程项目具有极强的指导意义。总之，这是一本兼具学术前瞻性和工程实用性的典范之作，绝对是该领域研究人员案头必备的参考书。

评分☆☆☆☆☆

我最近在寻找一些关于高精度导航系统抗干扰能力的文献资料，无意中发现了这本书，简直是淘到宝了。这本书的叙事风格非常具有实战性，不像有些学术著作那样充斥着晦涩的术语和脱离实际的假设。它更像是资深工程师的经验总结，直击要害地指出了现有技术在动态环境下的瓶颈，并且针对性地提出了创新性的解决方案。特别是关于“误差抑制”这部分内容的阐述，非常接地气，列举了大量实际工程中可能遇到的复杂工况，并展示了如何通过精妙的算法设计来削弱这些干扰的影响。阅读过程中，我常常会停下来思考，这些方法在我的项目中能否借鉴应用，那种强烈的代入感和启发性，是其他同类书籍难以比拟的。这本书的价值在于，它提供的不只是理论，更是一套可操作的、经过检验的思路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计和排版质量也相当不错，这虽然是外在因素，但对于沉浸式阅读体验的影响是不可忽视的。纸张的质感很好，阅读起来眼睛不易疲劳，而且图表的清晰度极高，这是理解复杂系统结构图和数据曲线的关键。从内容上看，它的章节过渡非常自然流畅，仿佛是在跟随一位经验丰富的导师进行一对一的辅导。作者的文笔兼具学术的精准和科普的易懂，使得一些高度专业化的内容也能被非专业背景的读者大致领会其核心思想，这在技术专著中是比较少见的优点。它成功地架起了一座连接理论研究者与应用工程师之间的桥梁，让知识的转化和应用变得更为高效和直接。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让人耳目一新，特别是它在技术理论上的深度和广度，完全超出了我对常规工程技术书籍的预期。作者似乎非常擅长将复杂的物理现象和前沿的数学模型无缝结合起来，使得即便是像“动基座对准”这样听起来就非常硬核的课题，在书中也能被梳理得条理清晰。我尤其欣赏它在论述过程中展现出的那种严谨的科学态度，每一个推导、每一个结论背后都有坚实的基础支撑，这对于需要深入理解底层原理的工程师或研究人员来说，简直是福音。它不仅仅是描述“怎么做”，更重要的是解释了“为什么是这样”，这种由内而外的剖析能力，让读者在阅读时能建立起一个非常扎实且具有逻辑性的知识框架。读完之后，感觉对整个惯导系统的工作机制和误差来源都有了全新的、更立体的认识，受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

说实话，一开始我对“动基座对准”这个方向持保留态度，总觉得理论成熟度不高，工程实现难度极大。然而，这本书彻底扭转了我的看法。它深入浅出地探讨了多约束条件下的最优估计问题，其数学工具的使用非常娴熟且恰当，没有为了炫技而堆砌复杂的公式，每一步的数学操作都服务于最终的工程目标。我特别喜欢它对不确定性建模的部分，处理得非常细腻和到位，显示出作者对误差源的深刻理解。读完后，我感觉自己在系统建模和状态估计方面的功底都得到了显著提升，这绝非泛泛而谈的科普读物能带来的效果，它更像是一本高阶的专业教程，值得反复研读和查阅。