慣性導航原理實驗教程 [Experimental Course Of Inertial Navigation Theory] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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周乃新，楊亞非 著

圖書標籤:

• 慣性導航
• 慣性導航係統
• 導航技術
• 傳感器
• 實驗教程
• 高等教育
• 工程技術
• 自動控製
• 航空航天
• 測量學

齣版社： 哈爾濱工業大學齣版社

ISBN：9787560350240

版次：1

商品編碼：11941688

包裝：平裝

叢書名： 工業和信息化部“十二五”規劃教材

外文名稱：Experimental Course Of Inertial Navigation Theory

開本：16開

齣版時間：2015-11-01

用紙：膠版紙

頁數：

內容簡介

　　《慣性導航原理實驗教程》共分8章，包括緒論、陀螺儀基礎實驗、陀螺儀綜閤類測試實驗、陀螺儀創新實驗、陀螺穩定平颱綜閤性實驗、慣性導航係統綜閤性實驗、控製力矩陀螺綜閤性實驗和加速度計綜閤性實驗。《慣性導航原理實驗教程》的特點在於以培養學生自主設計能力、綜閤實驗能力、創新意識和創新能力為主導教學思想，一方麵開設與“慣性導航原理”應該掌握的重點、難點問題相對應的實驗項目，另一方麵設計瞭一些創新性、綜閤性實驗項目，這些實驗項目涉及慣性係統設計與實現、應用基本理論解決實際問題等方麵的知識，使學生在做實驗的過程中，加強和鍛煉分析問題、解決問題的能力及自主設計能力和創新能力。《慣性導航原理實驗教程》可作為工科院校探測、製導與控製專業、自動化專業、航空航天等相關專業的本科高年級實驗教材，也可作為研究生及相關科研人員的參考書。

目錄

第1章 緒論
1．1 慣性導航原理實驗分類
1．2 實驗流程與要求
1．3 實驗測試數據處理方法

第2章 陀螺儀基礎實驗
實驗1 幾種典型陀螺儀結構展示實驗
實驗2 二自由度陀螺儀基本特性驗證實驗
實驗3 二自由度陀螺運動規律研究實驗
實驗4 光縴陀螺數據采集過程演示實驗
實驗5 光縴陀螺儀常值漂移測試實驗

第3章 陀螺儀綜閤類測試實驗
實驗1 單自由度液浮陀螺靜態漂移測試實驗
實驗2 單軸乾涉型光縴陀螺儀性能測試綜閤實驗
實驗3 激光陀螺工作原理及閉鎖效應研究實驗

第4章 陀螺儀創新實驗
實驗1 MEMS陀螺儀數字采集係統設計
實驗2 光縴陀螺捷聯航姿係統設計

第5章 陀螺穩定平颱綜閤性實驗
實驗1雙軸陀螺穩定平颱控製係統設計創新實驗
實驗2雙軸陀螺穩定平颱結構展示實驗
實驗3平颱式慣性導航係統初始對準實驗

第6章 慣性導航係統綜閤性實驗
實驗1 GPS接收機OEM闆開發設計實驗
實驗2 捷聯航姿係統工作過程演示實驗
實驗3 組閤導航係統定位、定嚮、測姿實驗
實驗4 實時衛星位置解算實驗
實驗5 實時傳輸誤差計算與特性分析實驗
實驗6 幾何精度因子DOP實驗
實驗7 接收機位置解算實驗

第7章 控製力矩陀螺綜閤性實驗
7．1 Model750控製力矩陀螺係統簡介
7．2 控製力矩陀螺動力學模型建立
7．3 係統安全須知和自導引示範
實驗1 控製力矩陀螺係統慣量測量實驗
實驗2 控製力矩陀螺章動和進動實驗
實驗3 陀螺力矩三種控製律的設計與比較實驗

第8章 加速度計綜閤性實驗
實驗1 幾種典型加速度計結構展示實驗
實驗2 加速度計的重力場翻滾測試實驗
實驗3 加速度計離心實驗

參考文獻

前言/序言

《慣性導航原理實驗教程》是一本專為渴望深入理解慣性導航技術核心奧秘的學習者量身打造的實踐指南。本書旨在通過嚴謹的理論闡述與貼閤實際的實驗設計，引領讀者一步步揭開慣性導航係統的神秘麵紗，掌握其背後的物理原理、數學模型及工程實現。 全書結構與內容概覽： 全書共分為若乾章節，循序漸進地構建讀者對慣性導航的認知體係。 第一章：引言與基本概念 本章首先為讀者描繪慣性導航的宏大圖景，闡述其在現代科技中的核心地位和廣泛應用，從航空航天到無人駕駛，再到精密的科學測量，慣性導航無處不在。 接著，我們將聚焦於慣性導航最基礎的構建單元——慣性傳感器。詳細介紹陀螺儀和加速度計的種類、工作原理、關鍵技術參數（如零偏、尺度因子、隨機噪聲、角隨機遊走、速率隨機遊走等）以及它們在慣性測量單元（IMU）中的集成方式。 重點講解瞭慣性導航的基本導航原理，即利用慣性傳感器測量載體的加速度和角速度，通過積分運算推算齣載體的速度、位置和姿態。在此過程中，將引入地理坐標係、導航坐標係、平颱坐標係等關鍵概念，並清晰闡述它們之間的轉換關係。 還會有關於慣性導航係統誤差來源的初步介紹，包括傳感器誤差、平颱誤差、模型誤差等，為後續章節深入分析打下基礎。 第二章：慣性傳感器模型與誤差分析 在掌握瞭基本傳感器原理後，本章將深入探討慣性傳感器的數學模型。詳細分析各種誤差源，如零偏、尺度因子誤差、軸不對準誤差、溫度漂移、振動影響等，並給齣相應的誤差模型。 通過實驗，讀者將學習如何對陀螺儀和加速度計進行標定，獲取精確的誤差參數。這將涉及多種標定方法，包括靜態標定、動態標定以及基於特定運動軌跡的標定技術。 本章將重點介紹如何利用卡爾曼濾波等現代估計理論來對傳感器數據進行實時補償和誤差校正，這是提高慣性導航係統精度的關鍵技術。讀者將學習不同類型的卡爾曼濾波器，如擴展卡爾曼濾波器（EKF）、無跡卡爾曼濾波器（UKF）等，以及它們在慣性導航中的應用場景。 第三章：導航方程與運動學模型 本章將係統地推導慣性導航的導航方程。基於牛頓第二定律和微分幾何，詳細闡述在不同坐標係下（如導航坐標係、地理坐標係）速度、位置和姿態的演化方程。 重點分析地球的非均勻性（如地球形狀、重力場模型）對導航精度的影響，並介紹如何修正這些影響。 將引入歐拉角、四元數等描述姿態的數學工具，並詳細推導它們在導航方程中的應用，以及不同姿態錶示之間的轉換。 還將討論慣性導航係統中的級聯和串聯誤差傳播特性，理解誤差是如何隨時間纍積並影響係統整體精度的。 第四章：慣性導航係統實現與誤差補償 本章將把理論知識轉化為實踐。詳細介紹慣性導航係統的基本組成，包括IMU、微處理器、數據處理單元、姿態解算單元、導航濾波單元等。 深入講解姿態解算算法，如基於馬爾可夫鏈濛特卡洛（MCMC）的解算方法、基於梯度下降法的解算方法等，並分析其計算效率和精度。 重點闡述在實際應用中，如何通過引入外部輔助信息（如GPS、磁力計、氣壓計、輪速計等）來約束和修正慣性導航係統的漂移誤差，實現高精度的融閤導航。讀者將學習多種傳感器融閤算法，如加權平均、互補濾波、擴展卡爾曼濾波（EKF）等。 本章還將涉及慣性導航係統的仿真與測試方法，包括如何建立仿真環境，如何設計測試場景，以及如何評價係統的性能指標。 第五章：實驗設計與實踐 這是本書的核心實踐部分。本章將提供一係列精心設計的實驗項目，涵蓋瞭慣性導航的各個關鍵環節。 實驗一：慣性傳感器基本特性測試與標定。 讀者將利用真實的慣性傳感器模塊，學習如何測量其零偏、尺度因子、噪聲等參數，並掌握基本的傳感器標定流程。 實驗二：姿態解算算法實現與驗證。 設計實驗，讓讀者通過編程實現基本的姿態解算算法（如歐拉角法、四元數法），並利用已知的運動軌跡或外部設備（如運動捕捉係統）來驗證算法的正確性。 實驗三：基於IMU的單軸/多軸運動軌跡測量。 讀者將搭建簡單的實驗平颱，利用IMU測量載體的運動軌跡，並分析不同誤差源對測量結果的影響。 實驗四：慣性導航基本原理仿真。 利用MATLAB/Simulink或Python等工具，搭建慣性導航係統的仿真模型，驗證導航方程和濾波算法的有效性。 實驗五：慣性導航與GPS融閤實驗（可選）。 如果條件允許，將引導讀者完成一個簡單的慣性導航與GPS數據融閤的實驗，直觀感受融閤導航的優勢。 每個實驗項目都將包含明確的實驗目的、實驗器材、實驗步驟、數據處理方法、結果分析要求以及相關的理論背景介紹，確保讀者能夠獨立完成並深入理解。 第六章：高級主題與應用拓展 本章將觸及慣性導航領域的一些前沿和深入的技術。 先進濾波技術： 介紹粒子濾波（PF）、無跡卡爾曼濾波（UKF）等更高級的濾波算法，以及它們在復雜場景下的應用。 高精度慣性導航： 討論瞭平颱式、環式、光縴式陀螺儀的原理和在慣性導航係統中的應用，以及如何實現厘米級甚至更高的導航精度。 慣性導航在特定領域的應用： 深入探討慣性導航在航空航天（如導彈製導、衛星姿態控製）、機器人（自主導航、SLAM）、自動駕駛（高精度定位）、地質勘探等領域的具體應用案例和技術挑戰。 慣性導航係統測試與驗證： 介紹慣性導航係統在不同環境下的測試方法和標準，以及如何對係統的可靠性和魯棒性進行評估。 本書特色： 理論與實踐深度結閤： 緊密圍繞實驗展開，將抽象的理論概念具象化，讓讀者在動手操作中鞏固所學。 由淺入深，循序漸進： 從最基礎的傳感器原理講起，逐步深入到復雜的導航方程和濾波算法，適閤不同基礎的學習者。 豐富的實驗設計： 提供一係列貼閤實際的實驗項目，從傳感器標定到係統集成，覆蓋慣性導航的關鍵技術環節。 強調誤差分析與補償： 深入剖析慣性導航係統的誤差來源，並提供有效的誤差補償和濾波策略。 麵嚮工程應用： 關注慣性導航係統的實際工程實現和應用，為讀者未來的職業發展奠定堅實基礎。 本書不僅是一本實驗教程，更是一扇通往慣性導航世界的大門。通過深入研讀和動手實踐，您將不僅掌握慣性導航的基本原理和關鍵技術，更能培養齣解決復雜工程問題的能力，為自己在智能導航、自動控製等相關領域的發展打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

在我多年的學習和探索過程中，我發現很多關於慣性導航的資料都過於偏嚮理論，或者過於偏嚮某個特定的應用領域，而缺乏一個能夠係統性地介紹核心原理並提供實際操作指導的資源。我曾經花瞭很多時間去搜集零散的實驗代碼和資料，但這些信息往往缺乏連貫性，也很難將它們整閤起來形成一個完整的實驗體係。我希望有一本書，能夠從基礎的慣性傳感器原理講起，循序漸進地引導我理解導航算法，並且能夠提供實際的實驗步驟和代碼示例，讓我能夠親手搭建一個簡單的慣性導航係統，並能夠進行相關的測試和分析。

評分☆☆☆☆☆

對於一個想要深入瞭解慣性導航技術的人來說，理論知識固然重要，但脫離實際的理論就像空中樓閣。我一直認為，最好的學習方式就是“在實踐中學習”。尤其是慣性導航，它涉及到大量的傳感器融閤、濾波算法以及誤差補償等內容，這些都需要通過實際操作纔能真正理解其精妙之處。我曾經嘗試過閱讀一些純粹的理論書籍，雖然在理論層麵有所收獲，但當我嘗試將這些理論應用到實際問題中時，總會遇到各種各樣意想不到的睏難。我渴望找到一本能夠連接理論與實踐的橋梁，讓我能夠將抽象的概念轉化為具體的行動，從而更有效地掌握慣性導航的精髓。

評分☆☆☆☆☆

當我拿到《慣性導航原理實驗教程》這本書時，我最大的感受就是它提供瞭一個非常清晰的學習路徑。它沒有一開始就丟給我一堆復雜的數學公式，而是從最基礎的慣性器件原理入手，比如陀螺儀和加速度計，詳細講解瞭它們的工作方式、誤差模型以及如何讀取和處理原始數據。我特彆喜歡它在介紹每個實驗項目時，都提供瞭詳細的硬件清單、電路連接圖和詳細的步驟說明，這大大降低瞭實驗的門檻。我曾經遇到過很多次，因為缺少明確的指導，光是搭建實驗平颱就耗費瞭大量時間和精力，甚至因為某個小錯誤而導緻整個實驗無法進行，這種經曆非常打擊學習積極性。

評分☆☆☆☆☆

作為一名航空航天專業的學生，我一直對慣性導航（INS）這個領域充滿好奇。在我接觸到《慣性導航原理實驗教程》這本書之前，我對INS的認知僅限於教科書上的理論公式和一些模糊的概念。我總覺得，如果沒有實際操作，這些理論很難真正內化。我渴望能找到一本能夠將理論與實踐相結閤的書，讓我能夠親手搭建、調試，並深入理解INS係統的每一個環節。在尋找的過程中，我接觸過一些偏重理論推導的專著，它們雖然嚴謹，但對於我這種需要動手能力的學習者來說，顯得有些枯燥和遙遠。我也嘗試過一些介紹INS應用案例的文獻，但它們往往跳過瞭核心的原理和實現細節，讓我不得其解。

評分☆☆☆☆☆

我一直覺得，學習一個復雜的技術，尤其是像慣性導航這樣集物理學、數學、工程學於一體的學科，單純的理論灌輸是遠遠不夠的。我需要的是能夠引導我一步步去“做”的書，讓我能夠從最基礎的傳感器原理開始，理解誤差的來源，學會如何進行數據融閤，甚至能夠自己編寫代碼來實現算法。我希望通過實驗，能夠直觀地看到不同的參數設置會對導航精度産生怎樣的影響，能夠親身體驗卡爾曼濾波在提高INS性能中的作用。過去，我曾嘗試過在網上搜尋相關的實驗教程，但碎片化的信息和缺乏係統性的指導讓我望而卻步。很多時候，找到的資源要麼是過於陳舊，要麼是隻講解瞭某個孤立的模塊，無法形成完整的認知體係。