惯性器件及应用 刘繁明著 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘繁明著 著

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• 惯性技术
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出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560339603

商品编码：29873187782

包装：平装

出版时间：2013-06-01

图书基本信息,请以下列介绍为准
书名	惯性器件及应用
作者	刘繁明著
定价	28.00元
ISBN号	9787560339603
出版社	哈尔滨工业大学出版社
出版日期	2013-06-01
版次	1

其他参考信息（以实物为准）
装帧：平装	开本：16开	重量：0.300
版次：1	字数：	页码：

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目录

内容提要

《惯性器件及应用》由刘繁明编著，本书全面系统地阐述了惯性元器件的工作原理、动力学规律及与其相关的测试技术，主要内容涉及经典转子陀螺仪、摆式加速度计等传统惯性元器件的动力学分析和结构介绍，以及现代的光学陀螺仪、振动陀螺仪、微机电陀螺仪和加速度计的工作原理、信号处理、测试方法及其*发展等问题；介绍了惯性元器件在航海、航空等领域的应用方案、系统构成等方面的相关技术。 《惯性器件及应用》可作为高等院校惯性技术相关专业的高年级本科生和研究生的教材，也可供从事惯性技术研究与应用系统开发的工程技术人员参考。

编辑推荐

《惯性器件及应用》由刘繁明编著，本书结合作者近十几年来从事惯性技术教学、科研的体会和经验，向读者介绍惯性系统的基础元件陀螺仪和加速度计的基本力学原理、类型及测试应用等方面的知识，具 本书得到哈尔滨工程大学研究生教材建设专项资金(2010年)、哈尔滨市科技创新人才研究专项资金(RC2006QN009030)及2011年黑龙江省精品图书出版工程专项资金的。

作者介绍

序言

《惯性器件与导航系统原理》 作者： 李明 教授 内容概述： 本书系统深入地阐述了惯性器件与导航系统的基本原理、关键技术、设计方法以及典型应用。全书围绕惯性导航的核心——惯性传感器的原理与应用展开，并在此基础上延伸至整个惯性导航系统的设计、分析与集成。 第一部分：惯性传感器基础 本部分聚焦于惯性导航的基石——惯性传感器。我们将从牛顿力学基本定律出发，深入剖析惯性传感器的物理模型与工作机理。 加速度计原理： 详细介绍不同类型的加速度计，包括压阻式、压电式、电容式、微机电系统（MEMS）加速度计等。重点讲解其将线性加速度转换为可测量电信号的物理过程，分析各种传感器在精度、量程、带宽、稳定性等方面的特性和优缺点。阐述了加速度计的误差来源，如零偏、比例系数误差、横轴耦合、温度漂移、振动敏感度等，并介绍相应的标定和补偿方法。 角速度计（陀螺仪）原理： 深入探讨角速度计的工作原理，重点分析了机械式陀螺仪（如光纤陀螺仪、激光陀螺仪）和MEMS角速度计（如振动式角速度计）的结构、工作方式及其核心技术。详细阐述了如何将角速度信息通过积分转化为角度信息，并分析了角速度计的主要误差源，如零偏、比例系数误差、轴耦合、温度效应、振动影响等，以及相应的误差抑制和补偿技术。 惯性测量单元（IMU）： 介绍IMU的构成，即如何将多个加速度计和角速度计有机地组合，以实现三维空间下的加速度和角速度测量。重点讨论IMU的轴系定义、坐标转换以及数据融合的基本概念。 第二部分：惯性导航系统原理 本部分将惯性传感器的测量结果上升到整个惯性导航系统的层面，深入探讨其工作原理、核心算法以及性能指标。 导航坐标系： 详细介绍惯性导航中常用的多种导航坐标系，包括地理坐标系（大地坐标系）、地理质心惯性系、平台坐标系（本地水平坐标系、导航坐标系）等，并深入讲解它们之间的相互转换关系，这是导航解算的基础。 姿态确定： 阐述如何利用陀螺仪数据积分和（若有）磁力计、星敏感器等辅助信息，实现导航平台的姿态（俯仰、滚转、航向）确定。重点介绍不同的姿态解算算法，如四元数法、欧拉角法等，分析其优缺点和适用场景。 位置与速度更新： 讲解惯性导航基本算法——基本惯性导航方程。详细推导在不同导航坐标系下的位置和速度更新方程，阐述如何通过对加速度测量值进行积分来获得速度和位置信息。重点分析了地球自转、科里奥利力、离心力等地球物理效应对导航精度的影响，以及如何在导航方程中加以考虑。 误差模型与误差传播： 深入分析惯性导航系统的误差来源，包括传感器误差、系统模型误差、初始对准误差等，并建立详细的误差模型。重点讲解误差传播率方程，阐述了初始误差如何随时间累积并影响导航精度。 卡尔曼滤波（Kalman Filter）及其变种： 详细介绍卡尔曼滤波及其扩展形式（EKF、UKF）在惯性导航系统中的应用。阐述卡尔曼滤波如何融合惯性测量数据与外部观测数据（如GPS、测距仪），有效地抑制误差，提高导航精度和鲁棒性。讲解滤波器的状态向量定义、状态转移方程、量测方程以及滤波器的预测与更新过程。 第三部分：惯性导航系统的设计与实现 本部分将理论知识与实际工程相结合，探讨惯性导航系统的具体设计、集成与优化。 系统架构设计： 介绍典型惯性导航系统的硬件架构，包括惯性测量单元（IMU）、数据处理单元（DSP/CPU）、电源管理、接口通信等。讨论不同应用场景下系统架构的选择和优化。 初始对准： 详细阐述惯性导航系统进行初始对准的原理和方法，包括粗对准（利用地球自转、重力等）和精对准（利用辅助导航信息或优化算法）过程。重点分析初始对准的精度对导航性能的影响。 捷联惯性导航系统（SINS）： 深入研究捷联惯性导航系统的原理，特别是其在现代应用中的主导地位。阐述如何通过对陀螺仪和加速度计的实时测量，利用数字计算机解算导航参数，无需进行机械平台万向节的解耦。重点讲解捷联系统中的姿态解算、位置速度更新算法以及其在软件实现上的特点。 辅助导航系统集成： 讨论如何将惯性导航系统与GPS、北斗等卫星导航系统、天文导航、地标匹配、雷达等其他导航方式进行集成，形成组合导航系统。重点分析不同传感器信息融合的策略和算法，以克服单一导航系统的局限性，实现高精度、高可靠性的全时域导航。 系统标定与补偿： 详细介绍惯性导航系统在出厂前和使用过程中进行的标定流程，包括传感器参数标定、系统参数标定等。阐述各种补偿算法在硬件和软件层面的实现，以最大程度地消除传感器和系统固有的误差。 性能评估与测试： 介绍惯性导航系统的性能评估方法，包括静态测试、动态测试、真实环境测试等。讲解评估指标，如位置误差、速度误差、姿态误差、漂移率等，以及如何通过数据分析来评价系统的性能。 第四部分：惯性器件与导航系统的典型应用 本部分将惯性器件与导航系统的理论知识应用于实际的工程领域，展示其广泛的应用前景。 航空航天领域： 详细介绍惯性导航在飞机、导弹、运载火箭、人造卫星、空间站等平台上的应用。重点阐述其在飞行控制、姿态稳定、轨道保持、着陆导航等方面的关键作用。 车辆导航： 探讨惯性导航在汽车（包括自动驾驶）、火车、船舶等平台上的应用。分析惯性导航如何与GPS等组合，实现高精度、高可靠性的车辆定位与轨迹跟踪，尤其是在GPS信号受干扰或失效的区域。 机器人与无人系统： 论述惯性导航在机器人（如AGV、服务机器人、工业机器人）、无人机（UAV）、水下机器人（AUV）等自主移动平台上的应用。重点介绍其在自主导航、路径规划、环境感知、精确着陆等方面的核心价值。 地质勘探与测绘： 讲解惯性导航在重力勘探、航空摄影测量、三维激光扫描等领域的应用，如何实现高精度的平台姿态测量和位置定位，以获取准确的地形地貌数据。 军事应用： 概述惯性导航在军事装备中的广泛应用，包括精确制导武器、战场侦察、潜艇导航、单兵导航等。 结论： 《惯性器件与导航系统原理》旨在为读者提供一个全面、系统、深入的学习平台，帮助理解惯性导航的科学奥秘，掌握其核心技术，并能应用于实际工程问题。本书适合于航空航天、机械工程、电子工程、自动化、计算机科学等领域的本科生、研究生，以及相关行业的科研人员和工程师阅读。通过本书的学习，读者将能深刻理解惯性器件的工作原理，掌握惯性导航系统的设计、分析与实现方法，并能根据具体应用需求，选择和设计适宜的惯性导航解决方案。

评分☆☆☆☆☆

让我特别赞赏的是，刘繁明先生在书中并没有回避一些工程实践中的“硬骨头”。比如，他对惯性器件在极端环境下的性能表现，如高温、低温、强振动等，进行了深入的分析，并提供了相应的解决方案。这对于我们在设计和应用惯性器件时，能够预见并规避潜在的风险，非常有帮助。我曾经在设计一个应用于极地科考的惯导系统时，就遇到了严峻的低温性能挑战，书中关于低温环境下器件材料选择和补偿策略的讨论，无疑能为我提供宝贵的参考。他对于各种环境应力对器件性能影响的分析，以及如何进行环境适应性设计，都显得非常专业和实用。

评分☆☆☆☆☆

再者，书中关于惯性器件在不同应用场景下的具体实现方式，让我大开眼界。从传统的航空航天领域，到新兴的无人驾驶、机器人技术，再到地质勘探和医疗设备，惯性器件的身影无处不在，而这本书则为我们描绘了这幅宏大的应用蓝图。作者通过介绍不同场景下对惯性器件的性能指标要求，以及如何根据这些要求选择合适的器件类型和集成方案，为读者提供了宝贵的决策依据。我特别欣赏他对无人驾驶车辆中惯性导航系统与GPS/北斗组合导航的融合技术进行的探讨，这正是当前行业的热点和难点。书中对各种组合导航策略的优劣分析，以及如何处理不同传感器的时空同步问题，都写得非常透彻。

评分☆☆☆☆☆

此外，书中对惯性器件的性能测试和标定的方法论，也是我学习的重点。作为一名工程师，我深知“巧妇难为无米之炊”，缺乏可靠的测试和标定，即使再先进的器件也无法发挥其应有的性能。刘繁明先生在这方面的内容，可以说是“干货”满满。他详细介绍了各种测试设备的使用方法，以及如何设计科学的测试方案来全面评估惯性器件的各项性能指标。特别是他对标定过程中常见问题及其解决方案的分析，对于我们实验室的同事来说，无疑是一本“救命稻草”。我记得我们曾经为了标定一个复杂的IMU，花费了大量的时间和资源，如果当初能参考这本书中的方法，定能事半功倍。

评分☆☆☆☆☆

更让我印象深刻的是，书中在讲解复杂技术概念时，往往会穿插一些生动形象的比喻和贴近实际的工程案例，使得原本晦涩难懂的理论知识变得通俗易懂。刘繁明先生的写作风格，既有严谨的学术深度，又不失工程实践的接地气。我尤其喜欢他对某些物理现象的解释，用一些生活中的例子来类比，瞬间就能豁然开朗。比如，他解释惯性导航中的“漂移”现象时，用了“坐船的乘客”的比喻，非常形象地说明了即使船在匀速直线航行，乘客依然会因为惯性感觉到方向和速度的变化。这种教学方法，对于初学者来说，绝对是一大福音。

评分☆☆☆☆☆

最后，我想说的是，这本书的出版，对于推动国内惯性技术的发展，具有重要的意义。刘繁明先生能够将如此深厚的专业知识，以如此清晰、系统、实用的方式呈现出来，实属不易。通过阅读这本书，我不仅巩固和拓展了我在惯性技术方面的知识，更重要的是，它激发了我对该领域更深入研究的兴趣。我相信，随着这本书的广泛传播，将会有更多的有志之士投身于惯性技术的研究和应用，为我国的科技进步贡献力量。我期待着刘繁明先生未来能带来更多这样的精品力作，继续为业界带来宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

另外，这本书的图文并茂，对于理解复杂的数学公式和工程原理起到了至关重要的作用。书中大量的示意图、原理图、测试曲线图等，都经过精心设计，清晰地展示了惯性器件的工作原理、结构特点以及性能表现。我特别喜欢书中关于不同类型陀螺仪（如机械陀螺、激光陀螺、光纤陀螺）的结构示意图，能够非常直观地对比它们之间的异同。还有那些详细的误差曲线图，能够让我们清晰地看到误差随时间、温度等因素的变化规律。这种可视化呈现方式，大大降低了学习门槛，也提高了学习效率。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，《惯性器件及应用》这本书，我给它的评价是“不容错过”。无论是对于刚刚踏入惯性技术领域的学生，还是对于在相关领域摸爬滚打多年的工程师，这本书都能提供宝贵的知识和启发。它不仅是一本技术书籍，更是一本能够激发思考、解决实际问题的“工具书”。我毫不犹豫地会将这本书推荐给我的同事和同行，相信它也能成为他们工作中不可或缺的良师益友。这本书的内容深度和广度，以及其严谨的学术态度和实用的工程指导性，都让我受益匪浅，它真正做到了“授人以鱼不如授人以渔”。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在航空航天领域摸爬滚打多年的工程师，我一直对惯性导航和姿态确定系统怀有浓厚兴趣。最近，我终于有幸拜读了刘繁明先生的《惯性器件及应用》一书，这绝对是一次令人振奋的学习经历。在我看来，这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一位资深从业者倾囊相授的宝贵经验集。 首先，书中对惯性器件基本原理的阐述，我只能用“鞭辟入里”来形容。作者并没有停留在概念的堆砌，而是深入剖析了陀螺仪和加速度计的物理基础，从最核心的力学原理出发，一步步推导出各种器件的工作机制。尤其令我印象深刻的是，他对科里奥利力在MEMS陀螺仪中的应用进行了详尽的数学建模和解释，对于理解其误差来源和补偿方法至关重要。我记得在实际项目中，我们曾经为MEMS陀螺仪的零偏稳定性问题头疼不已，如果当时能有这本书作为指导，想必能少走不少弯路。书中不仅解释了“是什么”，更重要的是解释了“为什么”。这种追根溯源的研究方法，对于我们这些需要将理论知识转化为实际工程应用的人来说，价值千金。

评分☆☆☆☆☆

其次，书中关于惯性传感器误差建模和补偿的章节，简直是我近期遇到的最实用的内容。刘繁明先生对各种误差源，如尺度因子误差、轴交叉耦合误差、温度漂移等，都进行了细致的分析，并提出了多种数学模型来描述这些误差。更难能可贵的是，他并没有止步于理论分析，而是结合大量的实际案例，详细介绍了如何利用卡尔曼滤波、最小二乘法等先进算法来对这些误差进行补偿。这一点对于提升惯性导航系统的精度至关重要。我曾经参与过一个高精度定位项目的开发，惯性导航部分的误差一直是我们攻克的难点，书中提供的解决方案，无论是从理论深度还是实践指导性上，都给予了我极大的启发。特别是他对动态模型和量测模型的构建思路，以及如何根据实际情况调整滤波器的参数，都写得非常到位。

评分☆☆☆☆☆

值得一提的是，书中对惯性器件的发展趋势和未来展望，也进行了富有洞察力的分析。作者结合当前技术发展的潮流，探讨了MEMS惯性器件的微型化、高精度化以及与其他传感器的融合等方向。这对于我们这些希望站在技术前沿的从业者来说，无疑是重要的指引。我一直对下一代惯性器件充满好奇，书中对激光陀螺、光纤陀螺的最新进展以及量子惯性传感器的前瞻性探讨，让我对接下来的技术发展充满了期待。他对未来惯性器件在太空探索、深海探测等领域的潜在应用前景的描绘，更是令人遐想联飞。