光学陀螺是指基于萨格纳克效应的激光陀螺和光纤陀螺。本书主要围绕光学陀螺惯性导航系统的原理和关键技术展开相关论述。光学陀螺惯性导航系统具有高精度、高可靠性、快速响应等特点,其应用领域之多、覆盖精度范围之广,已成为目前最主流的惯性导航设备。本书介绍了以激光陀螺、光纤陀螺等光学陀螺和石英加速度计为主的惯性测量传感器的工作机理,全面、系统地阐述了光学陀螺惯性导航系统的导航原理,包括光学陀螺惯性导航系统的基础知识、惯性导航的机械编排、导航误差特性、卡尔曼滤波组合导航技术、对准与标定技术、阻尼与校准技术、系统结构设计与线路设计等方面的内容。从系统应用的角度对光学陀螺惯性导航系统的元件和系统测试方法进行了详细的说明,并介绍了目前成熟的激光陀螺、光纤陀螺惯性导航设备现状。
本书可供从事光学陀螺惯性导航系统研究和设计的相关人员及院校师生阅读参考，
目录第 1 章 引言
1.1 惯性导航技术
1.2 光学陀螺惯性导航技术的发展
1.2.1 惯性导航技术的发展
1.2.2 激光陀螺惯性导航的发展
1.2.3 光纤陀螺惯性导航的发展
1.3 本书编排
参考文献
第 2 章 惯性导航基础知识
2.1 概述
2.2 坐标系的定义
2.2.1 地心惯性坐标系
2.2.2 地心地图坐标系
2.2.3 当地导航坐标系
2.2.4 载体坐标系
2.3 坐标系变换关系
2.3.1 欧拉角表示
2.3.2 坐标系变换矩阵
2.3.3 四元数表示
2.3.4 旋转矢量表示
2.4 运动学定义
2.4.1 角速度
2.4.2 速度
2.4.3 加速度
2.4.4 旋转坐标系运动
2.5 地球模型
2.5.1 地球表面椭球模型
2.5.2 曲线坐标系位置表示
2.5.3 大地水准面、垂线高度和地球潮汐
2.5.4 比力、地心引力和重力
参考文献
第 3 章 光学陀螺惯性导航系统传感器
3.1 概述
3.2 光学陀螺
3.2.1 萨格纳克效应
3.2.2 激光陀螺
3.2.3 光纤陀螺
3.2.4 光学陀螺的技术指标
3.2.5 光学陀螺仪的漂移分析
3.3 加速度计
3.3.1 摆式加速度计结构原理
3.3.2 石英挠性加速度计
3.3.3 石英振梁加速度计
3.3.4 加速度计的数学模型
3.3.5 加速度计的主要参数
参考文献
第 4 章 光学陀螺惯性导航系统机械编排
4.1 概述
4.2 姿态更新算法
4.2.1 姿态定义
4.2.2 欧拉角微分方程
4.2.3 方向余弦矩阵微分方程
4.2.4 四元数微分方程
4.2.5 旋转矢量微分方程
4.3 速度更新算法
4.4 位置更新算法
4.5 惯性导航系统的误差
4.5.1 基本编排方程
4.5.2 系统误差微分方程
4.5.3 系统误差特性
4.6 旋转调制惯性导航系统
4.6.1 旋转调制基本原理
4.6.2 器件误差旋转调制机理
4.6.3 系统旋转调制误差特性
参考文献
第 5 章 卡尔曼滤波与组合导航技术
5.1 概述
5.2 卡尔曼滤波方程
5.2.1 最小二乘估计
5.2.2 卡尔曼滤波推导
5.2.3 系统噪声和量测噪声
5.2.4 可观测性分析方法
5.3 惯性导航系统卡尔曼滤波的实现
5.3.1 预测量测模型
5.3.2 系统校正方法
5.3.3 卡尔曼滤波器应用
5.4 卡尔曼滤波的发展
5.4.1 序贯卡尔曼滤波
5.4.2 自适应卡尔曼滤波
5.4.3 遗忘卡尔曼滤波
5.4.4 扩展卡尔曼滤波
5.4.5 无迹卡尔曼滤波
5.4.6 联邦卡尔曼滤波
参考文献
第 6 章 光学陀螺惯性导航系统对准与标定
6.1 概述
6.2 光学惯性导航初始对准
6.2.1 粗对准
6.2.2 精对准
6.3 光学惯性导航动基座传递对准
6.3.1 传递对准匹配量
6.3.2 主、子惯性导航误差建模
6.4 光学惯性导航系统参数标定
6.4.1 标定误差模型
6.4.2 分立式标定方法
6.4.3 系统级标定方法
参考文献
第 7 章 光学陀螺惯性导航系统水平阻尼与系统校准
7.1 概述
7.2 水平阻尼技术
7.2.1 水平速度阻尼
7.2.2 变阻尼技术
7.3 系统校准技术
7.3.1 外参考信息有限的点位置校准算法
7.3.2 基于卡尔曼滤波的连续校准算法
参考文献
第 8 章 光学陀螺惯性导航系统硬件设计
8.1 概述
8.2 光学陀螺惯性导航系统结构设计
8.2.1 结构设计原则
8.2.2 结构方案设计
8.2.3 结构技术设计
8.2.4 结构验证设计
8.3 旋转伺服控制设计
8.3.1 控制系统组成
8.3.2 控制系统电机选型
8.3.3 控制系统工作原理
8.3.4 伺服系统校正设计
8.4 光学陀螺器件数据采集
8.4.1 光纤陀螺数据采集线路
8.4.2 激光陀螺数据采集线路
参考文献
第 9 章 光学陀螺惯性导航系统与元件测试方法
9.1 概述
9.2 测试原理
9.2.1 静态测试
9.2.2 加速度测试
9.2.3 角速率测试
9.3 试验设备
9.3.1 精度测试设备
9.3.2 可靠性试验设备
9.4 陀螺仪试验
9.4.1 仪器仪表
9.4.2 测试项目及方法
9.5 加速度计试验
9.5.1 仪器仪表
9.5.2 测试项目及方法
9.6 温度误差补偿
9.7 系统测试
9.7.1 静态测试
9.7.2 摇摆测试
9.7.3 车载测试
9.7.4 高低温测试
9.7.5 湖海测试
参考文献
第 10 章 光学陀螺惯性导航系统的应用
10.1 概述
10.2 舰船用光学惯性导航产品
10.2.1 Marins 系列产品
10.2.2 Octans 与 Phins
10.2.3 SIGMA - 40XP
10.2.4 MK 系列产品
10.2.5 SeaFIND
10.2.6 SURF - 200
10.2.7 GEO?FOG 3D INS
10.3 水下无人光学惯性导航产品
10.3.1 iXblue 水下系列产品
10.3.2 Nautilus 4000
10.3.3 SeaNav 系列
10.4 车载光学惯性导航产品
10.4.1 SIGMA30 定位定向系统
10.4.2 TopAxyz 惯性陆地系统
10.4.3 LN - 270 型定位定向系统
10.4.4 RLG - 2HX90 双轴旋转定位定向系统
10.5 机载光学惯性导航产品
参考文献
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