慣性導(dǎo)航原理與系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)
定 價(jià):49 元
叢書名:普通高校“十四五”規(guī)劃教材
- 作者:趙龍 著
- 出版時(shí)間:2020/9/1
- ISBN:9787512433229
- 出 版 社:北京航空航天大學(xué)出版社
- 中圖法分類:TN966
- 頁碼:230
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16開
慣性導(dǎo)航技術(shù)是導(dǎo)航和定位領(lǐng)域里一項(xiàng)重要的技術(shù),它不與外界進(jìn)行信息交換,自主性強(qiáng),而且能夠給出載體的全狀態(tài)信息(加速度、角速度、速度、位置和姿態(tài)),是載體導(dǎo)航定位的核心系統(tǒng)。《慣性導(dǎo)航原理與系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)》在介紹導(dǎo)航定義、作用、分類以及導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,全面介紹了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的原理,捷聯(lián)姿態(tài)矩陣即時(shí)更新、導(dǎo)航參數(shù)即時(shí)更新、捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)以及系統(tǒng)誤差分析等內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上,將工程實(shí)際中的一些科研成果融入書中,形成了捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、姿態(tài)與航向系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等與系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)有關(guān)的內(nèi)容。
《慣性導(dǎo)航原理與系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)》既有導(dǎo)航系統(tǒng)所需數(shù)學(xué)物理知識(shí)的介紹,又有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)原理的詳細(xì)分析,還有工程實(shí)例的應(yīng)用設(shè)計(jì),內(nèi)容安排上循序漸進(jìn),由淺人深,物理概念清晰,既可作為控制科學(xué)與工程、儀器科學(xué)與技術(shù)和測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的教材,又可以作為專業(yè)技術(shù)人員的技術(shù)參考書,還可以作為了解導(dǎo)航技術(shù)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)原理和應(yīng)用的參考資料。
導(dǎo)航定位技術(shù)伴隨人類誕生而誕生,且隨著人類政治、經(jīng)濟(jì)和軍事活動(dòng)的發(fā)展而不斷發(fā)展,迄今已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)千年的發(fā)展,已成為保證航空、航天、航海、陸地和大眾生活領(lǐng)域中眾多載體安全可靠航行的關(guān)鍵技術(shù)之一。慣性導(dǎo)航技術(shù)是導(dǎo)航定位技術(shù)理論發(fā)展過程中的一個(gè)重要分支,是現(xiàn)代精確導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)的核心信息源,而且在構(gòu)建陸?仗祀姡ù牛┪寰S一體信息化體系和實(shí)現(xiàn)軍事裝備機(jī)械化與信息化復(fù)合式發(fā)展的進(jìn)程中具有不可替代的關(guān)鍵支撐作用。無論是航空/天器和艦船等軍用載體,還是行人、車輛和無人機(jī)/車等民用載體,在空間內(nèi)航行都必須實(shí)時(shí)獲取導(dǎo)航定位信息并引導(dǎo)載體安全航行,這既是一項(xiàng)基本要求,也是一項(xiàng)核心內(nèi)容,關(guān)乎每一次航行的安全和成敗。在實(shí)際應(yīng)用中,特別是軍事應(yīng)用中,都是以慣性導(dǎo)航為核心,再融合其他導(dǎo)航系統(tǒng)信息為載體提供導(dǎo)航定位信息。
慣性導(dǎo)航技術(shù)是一門獨(dú)立的學(xué)科,其綜合了現(xiàn)代數(shù)學(xué)、現(xiàn)代控制理論、物理、力學(xué)、計(jì)算機(jī)、機(jī)電以及精密儀器等多個(gè)學(xué)科的相關(guān)技術(shù),已廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海、車輛導(dǎo)航以及行人導(dǎo)航和定位中。由于慣性是所有質(zhì)量體的基本屬性,因此建立在慣性原理基礎(chǔ)上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)不需要任何外界信息,僅依靠系統(tǒng)本身就可以全天時(shí)、全天候地提供載體的全狀態(tài)信息(加速度、角速度、速度、位置和姿態(tài)信息)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有自主性、隱蔽性和完備性的特點(diǎn)是其他導(dǎo)航系統(tǒng)(如無線電導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、地球物理場(chǎng)導(dǎo)航系統(tǒng)、天文導(dǎo)航和視覺導(dǎo)航系統(tǒng)等)無法比擬的,在載體導(dǎo)航和定位系統(tǒng)中具有重要作用。
本書在介紹導(dǎo)航技術(shù)產(chǎn)生、發(fā)展及其作用和導(dǎo)航系統(tǒng)中常用的數(shù)學(xué)、物理知識(shí)的基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的原理、力學(xué)方程編排、誤差分析、初始對(duì)準(zhǔn)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);同時(shí)將作者多年科研工作中取得的成果融入本書中,使得全書內(nèi)容豐富、由淺入深,既有利于初學(xué)者順利掌握基本概念和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),又可為導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用的工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐提供借鑒;既可作為高年級(jí)本科生和研究生的教材,又可作為專業(yè)工程技術(shù)人員的參考書。
本書共三個(gè)部分,第一部分(第1章和第2章)主要介紹了導(dǎo)航技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展、作用和應(yīng)用以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的數(shù)理基礎(chǔ)知識(shí)。第二部分(第3~6章)主要介紹了慣性導(dǎo)航的參考基準(zhǔn)、慣性導(dǎo)航基本方程、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理與力學(xué)方程編排、捷聯(lián)矩陣即時(shí)更新、導(dǎo)航參數(shù)即時(shí)更新、系統(tǒng)誤差分析和系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)等內(nèi)容。第三部分(第7~9章)主要介紹了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在實(shí)際工程中應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),包括捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、栽體全姿態(tài)解算系統(tǒng)和慣導(dǎo)/GNSS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);同時(shí),以無人機(jī)自主導(dǎo)航與控制為應(yīng)用背景,對(duì)低成本姿態(tài)與航向參考系統(tǒng)和低成本慣導(dǎo)/GNSS組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),并在無人機(jī)飛行控制中進(jìn)行了應(yīng)用。三部分內(nèi)容既有一定的連貫性,又相對(duì)獨(dú)立,讀者可根據(jù)自身基礎(chǔ)和實(shí)際應(yīng)用情況選擇所需內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)和閱讀。
本書所涉及的部分成果得到國(guó)家自然基金(No.41574024,41874034)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFB0502102)、北京市自然基金(No.4162035,4202041)、航空科學(xué)基金(No.2016ZC51024)和多項(xiàng)科研課題的大力支持。
在本書完成之際,要特別感謝我的博士生導(dǎo)師陳哲教授和同實(shí)驗(yàn)室的張常云教授,他們雖未直接參與本書編寫,但他們積累的豐富科研成果和教學(xué)成果為本書編寫提供了支撐。書中部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果來源于實(shí)驗(yàn)室博士生和碩士生的研究成果,而且王夢(mèng)園博士生和穆夢(mèng)雪博士生閱讀和校對(duì)了全書。在此一并表示衷心地感謝!
由于作者水平水平有限,書中的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤敬請(qǐng)讀者批評(píng)和指正。
第1章 導(dǎo)航技術(shù)概述
1.1 導(dǎo)航的定義及作用
1.2 導(dǎo)航技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展
1.2.1 人類活動(dòng)范圍與導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展
1.2.2 交通(或運(yùn)載)工具與導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展
1.2.3 航行可靠性與導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展
1.3 導(dǎo)航技術(shù)的分類
1.3.1 古代導(dǎo)航技術(shù)
1.3.2 無線電導(dǎo)航技術(shù)
1.3.3 慣性導(dǎo)航技術(shù)
1.3.4 地球物理場(chǎng)導(dǎo)航技術(shù)
1.3.5 天文導(dǎo)航技術(shù)
1.3.6 視覺導(dǎo)航技術(shù)
1.3.7 組合導(dǎo)航技術(shù)
1.3.8 多源信息融合導(dǎo)航技術(shù)
1.4 慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀
思考與練習(xí)題
第2章 慣性導(dǎo)航中的數(shù)理基礎(chǔ)
2.1 概述
2.2 牛頓運(yùn)動(dòng)定律
2.2.1 牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律
2.2.2 牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律
2.2.3 牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律
2.3 向量的乘積
2.3.1 兩個(gè)向量的內(nèi)積
2.3.2 兩個(gè)向量的叉積
2.4 哥氏定理
2.5 空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換
2.5.1 方向余弦法
2.5.2 歐拉角法
2.5.3 空間直角坐標(biāo)系間變換矩陣的性質(zhì)
2.5.4 方向余弦矩陣微分方程
2.6 微分方程的數(shù)值積分算法
2.6.1 一階歐拉法
2.6.2 二階龍格一庫塔法
2.6.3 四階龍格一庫塔法
2.6.4 三種數(shù)值積分算法的適用性分析
2.7 地球數(shù)學(xué)模型和相關(guān)導(dǎo)航參數(shù)
2.7.1 地球幾何形狀及其數(shù)學(xué)模型
2.7.2 經(jīng)線和經(jīng)度
2.7.3 垂線、緯度和高度
2.7.4 參考橢球體的法線長(zhǎng)度和法截線曲率半徑
2.7.5 地球重力加速度和自轉(zhuǎn)角速度
2.7.6 地球上定位的兩種坐標(biāo)方法及其轉(zhuǎn)換
2.8 角動(dòng)量定理與陀螺儀基本特性
2.8.1 定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的角動(dòng)量
2.8.2 角動(dòng)量定理
2.8.3 剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的歐拉動(dòng)力學(xué)方程
2.8.4 陀螺儀的基本特性
2.9 慣性穩(wěn)定平臺(tái)
2.9.1 單軸慣性穩(wěn)定平臺(tái)
2.9.2 三軸慣性穩(wěn)定平臺(tái)
2.10 舒勒擺原理與舒勒調(diào)整可實(shí)現(xiàn)性
2.10.1 用物理擺實(shí)現(xiàn)舒勒擺的原理
2.10.2 舒勒調(diào)整的可實(shí)現(xiàn)性
2.10.3 單軸慣導(dǎo)系統(tǒng)原理和舒勒調(diào)整實(shí)現(xiàn)
思考與練習(xí)題
第3章 慣性導(dǎo)航的基本原理
3.1 概述
3.2 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)常用的坐標(biāo)系和載體姿態(tài)角
3.2.1 慣性導(dǎo)航中各種坐標(biāo)系的必要性
3.2.2 慣性導(dǎo)航中的常用坐標(biāo)系
3.2.3 載體姿態(tài)角
3.3 慣導(dǎo)系統(tǒng)的分類
3.3.1 根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)選取的導(dǎo)航坐標(biāo)系分類
3.3.2 根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)分類
3.4 慣性導(dǎo)航基本方程及其矩陣表示法
3.4.1 慣導(dǎo)基本方程
3.4.2 慣導(dǎo)基本方程的矩陣表示法
3.5 慣導(dǎo)系統(tǒng)原理與力學(xué)方程編排
3.5.1 指北方位系統(tǒng)
3.5.2 自由方位系統(tǒng)
3.5.3 游動(dòng)自由方位系統(tǒng)
……
第4章 捷聯(lián)矩陣的即時(shí)更新
第5章 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差分析
第6章 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)
第7章 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
第8章 姿態(tài)與航向參考系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
第9章 SINS/GNSS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
參考文獻(xiàn)