惯性器件（陀螺仪和加速度计）是各类惯性导航系统的核心部件。本书以惯性器件及其系统技术发展为主线，系统介绍惯性技术理论基础、机械转子式陀螺仪结构、光学陀螺仪、振动陀螺仪、原子陀螺仪、加速度计、捷联式惯性导航系统、平台式惯性导航系统、旋转捷联式惯性导航系统、组合导航技术、惯性测试技术等内容。本书不但注重已有原理的阐述，而且注重前沿性，如加入原子陀螺仪、旋转捷联式惯性导航系统技术以及地球物理辅助导航技术等，使读者在掌握基本原理的同时也能把握学科方向的发展前沿。

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目录
第1章 惯性技术理论基础 1
1.1 基本概念与原理 1
1.1.1 惯性导航的基本原理 1
1.1.2 惯性导航系统的组成及分类 2
1.2 地球参考椭球和重力场 3
1.2.1 地球的形状 3
1.2.2 参考旋转椭球体的曲率半径 5
1.2.3 地球重力场特性 7
1.2.4 垂线与纬度 8
1.2.5 地球运动和时间的定义 9
1.3 参考坐标系的建立 10
1.3.1 确定地球相对惯性空间运动的坐标系 10
1.3.2 确定载体相对地球表面位置的坐标系 11
1.3.3 载体和导航仪表坐标系 13
1.4 坐标变换及姿态矩阵描述 14
1.4.1 方向余弦矩阵表示的坐标变换 14
1.4.2 四元数表示的坐标变换 22
1.5 哥氏定理 27
思考题 30
第2章 机械转子式陀螺仪 31
2.1 机械转子式陀螺仪力学基础 31
2.1.1 牛顿定律 31
2.1.2 刚体的定点转动 31
2.2 机械转子式陀螺仪工作原理 37
2.2.1 机械转子式陀螺仪的物理模型 37
2.2.2 双自由度陀螺仪 39
2.2.3 单自由度陀螺仪 46
2.2.4 性能指标与误差模型 48
2.3 典型的机械转子式陀螺仪 50
2.3.1 液浮陀螺仪 50
2.3.2 挠性陀螺仪 51
2.3.3 静电陀螺仪 52
思考题 52
第3章 光学陀螺仪 54
3.1 光学陀螺仪基础 54
3.1.1 光的干涉 54
3.1.2 Sagnac效应 55
3.1.3 光源 57
3.2 激光陀螺仪 58
3.2.1 基本结构原理和分类 58
3.2.2 激光陀螺仪性能指标与误差模型 62
3.2.3 自锁效应的克服 64
3.3 光纤陀螺仪 66
3.3.1 光纤陀螺仪的功能元件 66
3.3.2 光路的互易性 69
3.3.3 光纤陀螺仪分类及特点 70
3.3.4 噪声因素及抑制措施 72
3.4 MOEMS陀螺仪 74
3.4.1 集成光学陀螺仪 74
3.4.2 光子晶体光纤陀螺仪 75
3.4.3 硅光子光学陀螺仪 76
思考题 77
第4章 振动陀螺仪 78
4.1 振动陀螺仪理论基础 78
4.1.1 哥氏加速度与哥氏效应 78
4.1.2 振动陀螺仪原理 79
4.1.3 振动陀螺仪的典型敏感结构 82
4.2 半球谐振陀螺仪 83
4.2.1 半球谐振陀螺仪的工作原理 83
4.2.2 半球谐振陀螺仪的分类 85
4.3 石英音叉振动陀螺仪 88
4.3.1 石英音叉振动陀螺仪的结构 88
4.3.2 音叉振动陀螺仪的工作原理 89
4.4 微机电陀螺仪 91
4.4.1 微机电陀螺仪概述 91
4.4.2 框架式微机电陀螺仪的结构及工作原理 92
4.4.3 微机电陀螺仪的微弱信号检测 94
4.5 钟形振子式角速率陀螺仪 95
4.5.1 钟形振子式角速率陀螺仪概述 95
4.5.2 钟形振子式角速率陀螺仪的结构及工作原理 96
4.5.3 钟形阵子式角速率陀螺仪的微弱信号检测 98
思考题 101
第5章 原子陀螺仪 102
5.1 原子陀螺仪分类 102
5.2 原子干涉陀螺仪 102
5.2.1 基于Sagnac效应的原子干涉原理 103
5.2.2 原子干涉陀螺仪基本结构 105
5.2.3 原子干涉陀螺仪的主要噪声及抑制措施 106
5.2.4 原子干涉陀螺仪的分类 107
思考题 111
第6章 加速度计 112
6.1 比力与比力的测量 112
6.1.1 比力的概念 112
6.1.2 比力的测量 113
6.2 摆式加速度计 114
6.2.1 摆式加速度计的基本原理 114
6.2.2 石英挠性加速度计 116
6.3 石英振梁式加速度计 118
6.3.1 振梁式加速度计的分类 118
6.3.2 石英振梁式加速度计的工作原理 118
6.4 硅微加速度计 120
6.4.1 硅微加速度计的基本原理 120
6.4.2 电容式硅微加速度计控制方式 121
6.5 MOEMS加速度计 122
6.5.1 基于直接光强调制的MOEMS加速度计 123
6.5.2 基于光的波动性的MOEMS加速度计 124
6.5.3 基于光与物质相互作用的MOEMS加速度计 126
思考题 127
第7章 捷联式惯性导航系统 128
7.1 捷联式惯性导航系统的数学描述 128
7.1.1 姿态矩阵微分方程描述 129
7.1.2 比力方程 132
7.1.3 捷联式惯性导航系统的捷联解算 134
7.2 捷联式惯性导航系统的姿态矩阵计算 135
7.2.1 姿态矩阵的实时计算方法 135
7.2.2 等效旋转矢量算法 147
7.2.3 各种姿态算法的比较 150
7.3 捷联式惯性导航系统的速度与位置计算 151
7.3.1 速度计算 151
7.3.2 位置计算 155
7.4 捷联式惯性导航系统的初始对准 161
7.4.1 捷联式惯性导航系统的误差模型 161
7.4.2 捷联式惯性导航系统的自对准 165
7.4.3 捷联式惯性导航系统的传递对准 170
7.4.4 制导炮弹微惯导系统函数迭代空中对准方法 178
7.5 陀螺寻北仪 189
7.5.1 陀螺寻北仪工作原理 189
7.5.2 陀螺寻北仪数学模型 191
思考题 192
第8章 平台式惯性导航系统 193
8.1 平台式惯性导航系统概述 193
8.1.1 系统组成与工作原理 193
8.1.2 平台式惯性导航系统的分类 193
8.1.3 平台式与捷联式惯性导航系统的对比 194
8.2 陀螺稳定平台 195
8.2.1 单轴积分陀螺稳定平台 196
8.2.2 三轴陀螺稳定平台 198
8.3 指北方位惯性导航系统基本工作原理 199
8.3.1 指北方位惯性导航系统的定位原理 199
8.3.2 平台的稳定及修正 202
8.3.3 指北方位惯性导航系统的控制方程 208
8.3.4 指北方位惯性导航系统的高度通道问题 209
8.4 自由方位与游动方位惯性导航系统的力学编排方程 210
8.4.1 自由方位惯性导航系统的特点分析 210
8.4.2 自由方位惯性导航系统的力学编排 212
8.4.3 游动方位惯性导航系统的力学编排 217
8.5 平台式惯性导航系统误差分析 220
8.5.1 平台式惯性导航系统的误差方程 220
8.5.2 误差分析 228
8.6 平台式惯性导航系统的初始对准 235
8.6.1 初始对准概述 235
8.6.2 水平对准 236
8.6.3 罗经法方位对准 240
8.6.4 陀螺测漂与计算法方位对准 243
思考题 245
第9章 旋转捷联式惯性导航系统 247
9.1 双轴旋转捷联式惯性导航系统误差特性 247
9.1.1 双轴旋转捷联式惯性导航系统误差方程建立 248
9.1.2 双轴旋转捷联式惯性导航系统误差分析 251
9.2 基于切换控制的双轴旋转捷联式惯性导航系统阻尼方法 256
9.2.1 阻尼方法概述 257
9.2.2 切换控制理论基础 258
9.2.3 基于切换控制理论的双轴旋转捷联式惯性导航系统阻尼切换方法 259
9.3 双轴旋转捷联式惯性导航系统误差自标定技术 267
9.3.1 系统级误差自标定方法 267
9.3.2 双轴轴系非正交角对系统的影响分析 270
9.3.3 二位置轴系非正交角自标定方法 272
思考题 273
第10章 组合导航技术 274
10.1 常见导航系统基本原理 274
10.1.1 卫星导航 274
10.1.2 天文导航 277
10.1.3 无线电导航 278
10.1.4 声学导航定位 280
10.1.5 仿生导航 282
10.2 海洋地球物理场辅助导航 282
10.2.1 海洋重力场辅助导航 283
10.2.2 地磁场辅助导航 285
10.2.3 水深和海底地形辅助导航 286
10.2.4 制图和同步定位技术 287
10.3 组合导航系统设计 288
10.3.1 组合导航系统的组合工作模式 288
10.3.2 组合导航系统的滤波设计 290
10.4 SINS/DVL组合导航系统实例 293
10.4.1 DVL工作原理 293
10.4.2 SINS/DVL组合滤波方程 294
10.4.3 仿真与结果分析 295
思考题 299
第11章 惯性测试技术 300
11.1 惯性测试技术概述 300
11.2 标定方法 301
11.2.1 分立标定法 302
11.2.2 系统级标定法 307
11.3 惯性测试设备 317
11.3.1 精度测试设备 317
11.3.2 环境试验设备 320
思考题 320
参考文献 321