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| 編輯推薦： |
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本书作为本科电气工程及其自动化专业陀螺与惯导原理课程的配套教材，以陀螺仪的航空应用为背景，从经典陀螺开始到现代陀螺，从陀螺基本原理到飞机上地平仪、航向陀螺等陀螺仪表的工作原理和组成结构，从平台式惯性导航系统到捷联式惯性导航系统，再到组合式导航系统基本原理，进行了全面的介绍，理论结合工程实际，力求深入浅出。
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| 內容簡介： |
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本书深入浅出的介绍关键惯性器件——陀螺仪和加速度计，以及基于陀螺仪和加速度计的惯性导航系统的基本原理，包括各型加速度计和各型陀螺仪，重点介绍平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统的基本原理和关键技术，并以Matlab为仿真手段，对惯性导航系统的原理进行仿真分析。
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| 關於作者： |
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戴洪德（1981—）男，江苏泰州人，2000年-2008年在西北工业大学完成本科、硕士、博士阶段的学习，于2008年12月在西北工业大学获得工学博士学位。一直从事惯性导航系统初始对准，组合导航以及卡尔曼滤波技术的研究，在《宇航学报》、《控制与决策》以及IEEE国际会议发表相关学术论文20余篇，被EI、ISTP检索10余篇。现在海军航空工程学院担任讲师，从事导航及滤波方面的科研和教学工作。现承担相关科研项目3项，获国防科技进步三等奖两项，教学成果三等奖一项。
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| 目錄：
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第1章陀螺仪基本理论
1.1陀螺仪概述
1.1.1陀螺仪
1.1.2双自由度陀螺仪的基本组成
1.1.3单自由度陀螺仪的基本组成
1.1.4陀螺仪的应用
1.2角动量定理
1.2.1哥氏加速度
1.2.2转动惯量
1.2.3角动量及角动量定理
1.3陀螺与惯性导航原理中的坐标系
1.3.1有关地球的一些参数
1.3.2研究陀螺仪运动的参考坐标系
1.3.3地理坐标系和地平坐标系相对惯性空间的转动角速度
1.4坐标系之间的变换
1.4.1方向余弦矩阵
1.4.2四元数基础
1.4.3矢量在常用坐标系之间的变换
1.5陀螺仪运动的表示方法
1.6小结
习题
第2章双自由度陀螺仪
2.1双自由度陀螺仪的进动性
2.1.1陀螺仪的进动性及其规律
2.1.2用角动量定理解释陀螺仪的进动性
2.1.3陀螺力矩与陀螺效应
2.2双自由度陀螺仪的稳定性
2.2.1陀螺仪的稳定性及其表现
2.2.2衡量陀螺仪精度的主要指标——漂移率
2.2.3陀螺仪的表观运动(视在运动)
2.3双自由度陀螺仪的运动方程式
2.3.1应用动静法推导陀螺仪相对惯性坐标系的运动方程式
2.3.2双自由度陀螺仪的结构图和传递函数
2.4双自由度陀螺仪的典型动态分析
2.4.1冲击力矩作用下陀螺仪的运动规律
2.4.2常值力矩作用下陀螺仪的运动规律
2.4.3简谐变化力矩作用下陀螺仪的运动规律
2.4.4双自由度陀螺仪的进动方程式及其结构
2.4.5在动坐标系中表示的陀螺仪进动方程式
2.4.6对双自由度陀螺仪运动分析的小结
2.5干扰力矩对陀螺仪运动的影响
2.5.1干扰力矩的种类
2.5.2干扰力矩对陀螺仪运动的影响
2.6小结
习题
第3章飞机的姿态角及其测量
3.1飞机姿态角的定义及其测量原理
3.1.1飞机俯仰角、倾斜角的定义
3.1.2飞机俯仰角、倾斜角测量原理——人工当地地垂线基准的建立
3.2垂直陀螺仪
3.2.1垂直陀螺仪的基本组成
3.2.2双自由度陀螺仪
3.2.3修正系统
3.2.4信号传感器
3.2.5控制机构
3.2.6托架伺服系统
3.3垂直陀螺仪的运动方程式
3.3.1陀螺仪的运动方程式及结构图
3.3.2液体摆的运动方程式和结构图
3.3.3垂直陀螺仪的运动方程式和结构图
3.3.4垂直陀螺仪的动态特性
3.4垂直陀螺仪的修正规律和修正误差
3.4.1无加速度条件下垂直陀螺仪的修正规律和修正误差
3.4.2有加速度条件下垂直陀螺仪的误差
3.5地平仪
3.5.1地平仪的组成结构
3.5.2地平仪的工作原理
3.6小结
习题
第4章飞机航向角及其测量
4.1航向角及测量原理
4.1.1飞机航向角的定义及种类
4.1.2飞机航向角的测量原理——子午线基准的建立
4.2航向陀螺仪
4.2.1航向陀螺仪的基本原理
4.2.2航向陀螺仪的基本组成
4.2.3航向陀螺仪的运动方程式
4.3陀螺半罗盘
4.3.1陀螺半罗盘的运动方程式
4.3.2陀螺半罗盘的误差
4.4陀螺磁罗盘
4.4.1磁罗盘
4.4.2陀螺磁罗盘
4.5小结
习题
第5章单自由度陀螺仪及新型陀螺仪
5.1单自由度陀螺仪的基本特性
5.1.1单自由度陀螺仪感受转动的特性
5.1.2单自由度陀螺仪的漂移率
5.1.3单自由度陀螺仪的动力学分析
5.1.4单自由度陀螺仪的应用
5.1.5单自由度陀螺仪的精度
5.1.6转弯侧滑仪
5.1.7侧滑仪和转弯仪在飞行中的配合使用
5.2挠性陀螺仪
5.2.1细颈式挠性陀螺
5.2.2动力调谐式挠性陀螺
5.3光学陀螺仪
5.3.1萨格奈克干涉
5.3.2激光陀螺仪
5.3.3光纤陀螺仪
5.4小结
习题
第6章惯性导航基础理论
6.1导航的概念及发展
6.2惯性导航基本原理
6.2.1惯性导航的概念
6.2.2惯性导航系统的基本工作原理
6.2.3平台惯导与捷联惯导
6.2.4惯性导航的特点
6.2.5惯性导航与惯性制导的区别
6.2.6惯性导航的发展
6.3地球模型和重力模型
6.3.1地球表面的曲率半径
6.3.2地球重力场
6.3.3时间基准
6.4加速度测量与比力方程
6.4.1加速度测量与比力
6.4.2比力方程——惯性导航系统的基本方程
6.5加速度计
6.6小结
习题
第7章陀螺稳定平台
7.1陀螺稳定平台简介
7.1.1陀螺稳定平台的组成
7.1.2陀螺稳定平台的功用
7.1.3陀螺稳定平台的分类
7.2单轴指示式陀螺稳定平台
7.2.1单自由度陀螺构成的单轴指示式陀螺稳定平台
7.2.2双自由度陀螺构成的单轴指示式陀螺稳定平台
7.3单轴陀螺稳定平台的稳定回路分析
7.3.1稳定力矩的产生形式
7.3.2稳定回路各环节的传递函数
7.3.3稳定回路的总传递函数及静态分析
7.3.4稳定回路的性能指标
7.4三轴稳定平台
7.4.1平台的构成及坐标系
7.4.2方位坐标分解器和正割分解器的功用
7.4.3单自由度陀螺构成的平台的缺陷
7.4.4双自由度陀螺构成的三轴平台
7.5四环三轴稳定平台
7.5.1四环三轴平台的构成
7.5.2外横滚伺服回路工作原理
7.6小结
习题
第8章平台式惯性导航系统
8.1平台式惯导系统的结构和分类
8.1.1平台式惯导系统的结构
8.1.2平台式惯导系统的分类
8.2舒勒调谐和平台式惯导系统的水平修正回路
8.2.1舒勒摆及舒勒调谐原理
8.2.2惯导系统水平修正回路实现舒勒调谐
8.3惯导系统的高度通道
8.4指北方位惯导系统的力学编排
8.4.1给平台施加的指令角速度
8.4.2速度方程
8.4.3位置和姿态方程
8.4.4指北方位惯导系统力学编排框图及优缺点
8.5游移方位惯导系统的力学编排
8.5.1游移方位惯导系统的方向余弦矩阵
8.5.2方向余弦矩阵的微分方程
8.5.3位移角速度方程
8.5.4速度方程
8.5.5施加给平台的指令角速度
8.5.6游移方位惯导系统力学编排框图及优缺点
8.6其他平台式惯导系统
8.6.1自由方位惯导系统
8.6.2旋转方位惯导系统
8.6.3平台式惯导系统小结
8.7小结
习题
第9章捷联式惯性导航系统
9.1捷联惯导基本原理
9.2捷联惯导系统的基本力学编排方程——位置方程
9.2.1位置矩阵
9.2.2位置求解方法
9.2.3位置微分方程
9.2.4位移角速率方程
9.3捷联惯导系统的基本力学编排方程——速度方程
9.4捷联惯导系统的基本力学编排方程——姿态方程
9.4.1姿态矩阵
9.4.2姿态角求解方法
9.4.3姿态微分方程
9.4.4姿态速率方程
9.5捷联惯导系统工作框图
9.6小结
习题
第10章惯性导航系统的误差分析
10.1惯导系统的误差源
10.2误差分析中的坐标系
10.3指北方位惯导系统误差分析
10.3.1姿态误差方程
10.3.2速度误差方程
10.3.3位置误差方程
10.3.4静基座条件下指北方位惯导系统的基本误差特性
10.4捷联惯导系统的误差分析
10.4.1主要误差源
10.4.2惯性元件的误差补偿
10.4.3误差方程
10.5小结
习题
第11章惯性导航系统中的卡尔曼滤波算法
11.1卡尔曼滤波的估计准则
11.2卡尔曼滤波原理
11.2.1连续系统的卡尔曼滤波
11.2.2离散系统的卡尔曼滤波
11.2.3连续卡尔曼滤波方程的离散化处理
11.2.4仿真分析
11.3离散型非线性扩展卡尔曼滤波
11.3.1扩展卡尔曼滤波
11.3.2仿真分析
11.4Unscented卡尔曼滤波
11.4.1UT变换和对称采样策略
11.4.2Unscented 卡尔曼滤波算法
11.5容积卡尔曼滤波
11.5.1Sphericalradial cubature准则
11.5.2容积卡尔曼滤波算法
11.5.3仿真分析
11.6小结
习题
第12章惯性导航系统初始对准
12.1初始对准的一般概念
12.2指北方位平台惯导系统的初始对准
12.2.1水平对准
12.2.2方位对准
12.2.3陀螺仪漂移的测定和精对准
12.2.4对准结束的标志
12.3捷联式惯导系统的初始对准
12.3.1解析粗对准
12.3.2一步修正粗对准
12.3.3精对准原理
12.4基于卡尔曼滤波的初始对准
12.4.1静基座时以加速度计输出为观测的开环自对准
12.4.2静基座时以加速度计输出为观测的简化开环自对准
12.5传递对准
12.5.1“一次性”传递对准
12.5.2惯性测量匹配传递对准
12.5.3速度匹配传递对准
12.5.4位置匹配传递对准
12.5.5姿态匹配传递对准
12.6小结
习题
第13章组合导航系统
13.1主要导航方法简介
13.1.1地磁导航
13.1.2天文导航
13.1.3地形辅助导航系统
13.1.4无线电导航
13.1.5多普勒雷达导航
13.1.6卫星导航
13.2组合导航系统的组合方式
13.2.1基于古典控制的组合导航
13.2.2基于卡尔曼滤波的组合导航
13.3惯性—卫星组合导航系统
13.3.1惯性—卫星组合导航系统状态模型
13.3.2惯性—卫星组合导航系统量测模型
13.4小结
习题
参考文献
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| 內容試閱：
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本书以陀螺仪表和惯性导航系统的结构、组成、基本工作原理为主要内容，在编写过程中，从内容体系、编排顺序等方面认真汲取了国内外相关文献的经验，并结合多年教学经验，尽可能做到既有利于相关专业的教学，也有利于学生自学。
陀螺仪表作为重要的机载设备，能够测量飞机的姿态角、航向角、角速度等信号，是飞行员操纵飞机、自动飞行控制系统操纵飞机的重要信息来源。
惯性导航可以不依靠任何其他信息而独立地完成导航任务，是一种自主性非常强的导航方法； 惯性导航对磁、电、光、热及核辐射等形成的波、场、线的影响都不敏感，具有极强的抗干扰能力，不易被敌方发现，也不易被敌方干扰； 同时也不受气象条件限制，能满足全天候导航的要求； 还不受地面形状、沙漠或海面影响，能满足全球范围导航的要求。
机载惯性导航系统能够为机上用户提供加速度、速度、位置、姿态和航向等十分全面的导航参数，可以与飞行控制系统交联，实现飞机的自动驾驶； 与飞机火控系统交联，实时提供火控计算所需的速度、姿态和航向等信号，极大地提高瞄准和攻击精度； 与飞机着陆系统配合，保证安全可靠着陆。另外，光学瞄准系统、侦察照相系统、电视摄像系统以及雷达天线系统等机载设备都离不开惯性导航系统输出的有关信息，惯性导航的这些优势是其他导航系统无法比拟的。所以惯性导航系统成为了现代飞机、导弹等系统必备的核心导航设备。即使与其他导航系统构成组合导航系统，惯性导航系统也处于非常重要的位置。所以，西方国家一直把惯性技术作为对我国严格封锁的技术之一。
二十年前笔者在求学时，几乎找遍了纸质图书和各大数据库，陀螺与惯性导航类的教材和专著只有老一辈专家
撰写的几本经典著作。但是最近这十几年，仅国内就出版了大量的相关教材、专著。足见工程实际对陀螺与惯性导航技术的需求之大，以及大量专家学者对该领域
的热情之高。但是业内人员都普遍反映学习陀螺与惯性导航的门槛很高，需要具有自动控制原理、理论力学等诸多的背景知识，难度很大。参加工作后，笔者一直在高校从事陀螺与惯性导航的教学、科研和惯性导航设备服务保障工作
，也一直在思考如何通俗易懂地来讲授这门课，让具备一定控制理论基础的同志能够较容易
地理解并掌握陀螺与惯性导航的基本原理。于是笔者在国内外专家学者所进行的大量工作的基础上，编写了这本教材。从更容易理解的角度编排各内容间的前后逻辑； 以通俗易懂的语言加上必要的严谨推导介绍基本原理； 辅以计算机仿真来演示陀螺与惯性导航的基本工作原理。
本书以飞机上陀螺仪表及惯性导航系统基本原理为重点。首先对陀螺基本理论进行讲述，重点介绍了双自由度陀螺仪、飞机的姿态角及其测量、飞机航向角及其测量、单自由度陀螺仪及新型陀螺仪； 然后在简单介绍惯性导航系统基本原理、发展历史、核心器件的基础上，重点介绍了陀螺稳定平台、平台式惯性导航系统、捷联式惯性导航系统、惯性导航系统中的卡尔曼滤波算法、惯性导航系统初始对准以及组合导航等内容。
本书由戴洪德任主编，戴邵武任副主编，王希彬、刘伟、王瑞共同参与编著。其中戴邵武负责
第1~3章的编写，戴洪德负责
第8~11章的编写，王希彬负责
第4章和第5章的编写，刘伟、王瑞负责第6、7、12和13章的编写，全书由戴洪德负责统稿。在编写过程中，
笔者参阅了国内外陀螺与惯性导航类的诸多专著及学术论文，在此对这些学术资料的原作者深表感谢！
刘爱元副教授在百忙中审阅了全书，提出了许多宝贵的意见； 徐胜红副教授为本书的编写提供了诸多帮助，在此表示衷心的感谢。
虽然经过反复审阅、校对，书中难免有不妥甚至错误之处，敬请读者斧正。
编著者
2020年2月14日
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