应用捷联惯导系统分析

　　捷联式惯性导航技术是目前广泛采用的新一代惯性导航技术，具有可靠性高、过载能力强、启动快等平台式惯导系统不具备的显著优点。吴铁军、马龙华、李宗涛编著的《应用捷联惯导系统分析》面向捷联惯导系统应用设计，注重严谨的数学理论分析，内容分为系统运行分析、误差分析和测试分析三大部分，包括了捷联惯导系统有关的数学基础、捷联惯导系统的初始化方法分析、导航解算方法分析、惯性器件误差分析、导航误差分析、导航误差分析和惯性器件测试分析等，为导航计算机软件设计、系统测试和性能评价提供系统性的捷联惯性导航系统数学分析工具。《应用捷联惯导系统分析》适合实际从事捷联惯导系统应用设计与研究的读者（包括相关领域的研究人员、工程技术人员和高等院校本科及研究生）．阅读，亦可作为相关机构的教学参考书。

　　教授，博士生导师。1982年和1988年分别获浙江大学工学学士和工学博士学位。曾任工业控制技术国家重点实验室副主任、浙江大学工业控制研究所副所长、浙江大学智能系统与决策研究所所长、浙江大学控制科学与工程学位委员会主任，现任浙江大学导航制导与控制研究所副所长，中国人工智能学会理事。主要研究方向为导航制导与控制、复杂系统智能优化与控制、计算智能理论、智能机器人。已发表学术论文235篇，出版专著5本，其科研威果曾分别获国家科技进步奖二等奖和教育部科技进步奖一等奖。副教授，硕士生导师。1986年获兰州铁道学院工学硕士学位，1993年获浙江大学工学硕士学位，2002年获浙江大学工学博士学位。现为浙江大学导航制导与控制研究所教师。主要研究方向为复杂系统的综合集成建模、机器学习与智能多目标鲁棒优化，高动态飞行器捷联惯性导航与组合导航系统，实时复杂嵌入式计算。已发表学术论文60余篇，出版专著2本。博士研究生。2005年获山东大学工学学士学位。现为浙江大学控制科学与工程学系导航制导与控制专业直接攻博研究生。主要研究方向为捷联惯性技术研究（惯性器件误差标定，初始对准、捷联解算算法等），作为主要参加者承担了国家自然科学基金（61070003）和浙江省自然科学基金（R1090052）的研究。已完成学术论文10篇，申请发明专利1项。

第1章 引言 1.1 捷联惯导技术的发展与现状 1.2 捷联惯导系统的基本原理 1.3 本书的内容第2章 数学基础 2.1 常用坐标系及其转换 2.1.1 导航坐标系定义 2.1.2 矢量运算及坐标系变换 2.2 姿态描述方法 2.2.1 方向余弦矩阵 2.2.2 等效旋转矢量 2.2.3 欧拉角 2.2.4 姿态参考四元数 2.2.5 姿态参数之间的转换 2.2.6 姿态旋转速率方程 2.3 地球参数 2.3.1 地球有关参数 2.3.2 地球有关参数的近似线性化 2.4 卡尔曼滤波 2.4.1 卡尔曼滤波一般框架 2.4.2 卡尔曼增益矩阵计算 2.4.3 误差状态协方差矩阵计算 2.4.4 误差控制方程 第一部分 系统运行分析第3章 系统基本原理 3.1 基本方程 3.1.1 姿态微分方程 3.1.2 速度微分方程 3.1.3 位置微分方程 3.1.4 导航坐标系的选择 3.2 三种坐标系下的系统导航方程 3.2.1 N坐标系下的系统导航方程 3.2.2 E坐标系下的系统导航方程 3.2.3 I坐标系下的系统导航方程第4章 系统初始化分析 4.1 静基座姿态对准 4.1.1 粗对准 4.1.2 精对准 4.1.3 基于卡尔曼滤波器的精对准实现 4.1.4 精对准结束时残余倾斜影响的消除 4.2 动基座姿态对准 4.2.1 采用E坐标系下观测信息的动基座传递对准 4.2.2 采用N坐标系下观测信息的动基座传递对准 4.2.3 速度匹配与积分速度匹配机制的比较分析 4.3 N坐标系初始化 4.3.1 基于游动方位角设定的N坐标系姿态初始化 4.3.2 基于变换矩阵直接修正的N坐标系姿态初始化第5章 导航解算方法分析 5.1 姿态解算算法 5.1.1 B坐标系旋转更新 5.1.2 L坐标系旋转更新 5.1.3 姿态四元数归一化 5.2 速度解算算法 5.2.1 重力／科里奥利加速度引起的速度增量 5.2.2 比力加速度引起的速度增量 5.3 位置解算算法 5.3.1 简单位置解算算法 5.3.2 高精度位置解算算法 5.4 算法与更新速率的选择 第二部分 系统误差分析第6章 惯性器件误差分析 6.1 惯性器件补偿算法 6.1.1 惯性器件误差特性和补偿模型 6.1.2 惯性器件误差补偿系数的确定 6.1.3 惯性器件刻度因子非线性分析 6.2 惯性器件增量输出补偿算法 6.2.1 陀螺仪角增量输出补偿算法 6.2.2 加速度计速度增量输出补偿算法 6.3 惯性器件脉冲输出量化误差补偿算法 6.3.1 脉冲计算残差补偿 6.3.2 回转死区补偿 6.3.3 脉冲量化误差补偿形式 6.4 加速度计尺度效应误差补偿算法 6.4.1 尺度效应补偿 6.4.2 划桨尺度效应补偿 6.4.3 用于尺度效应算法项的器件补偿 6.5 惯性器件组件的安装误差补偿 6.6 惯性器件误差补偿对应的残差模型第7章 导航误差分析 7.1 误差微分方程 7.1.1 基本导航误差参数 7.1.2 导航误差微分方程 7.2 器件误差和初始对准误差对导航精度的影响 7.2.1 导航误差微分方程的动态特征响应 7.2.2 系统在恒定姿态下由常值惯性器件误差引起的导航误差 7.2.3 系统在旋转姿态下由常值惯性器件误差引起的导航误差 7.2.4 系统在恒定姿态下由常值惯性器件误差引起的长时间导航位置误差 7.2.5 由惯性器件输出随机噪声引起的导航误差 7.3 振动干扰对导航解算误差的影响 7.3.1 正弦振动引起的系统响应 7.3.2 基于器件正弦振动输入的系统响应 7.3.3 随机振动引起的系统响应第8章 初始对准误差分析 8.1 静基座精对准误差方程 8.2 由常值惯性器件误差引起的初始对准误差 8.3 由斜坡加速度误差引起的初始对准误差 8.4 惯性器件误差对初始对准精度和导航精度的影响 8.5 由惯性器件随机误差和载体晃动干扰引起的初始对准姿态误差 8.5.1 静基座精对准卡尔曼滤波器的误差状态空间模型 8.5.2 观测噪声和过程噪声同时存在时的协方差响应分析 第三部分 系统测试分析第9章 惯性器件测试分析 9.1 舒勒调谐测试 9.1.1 测试流程 9.1.2 舒勒调谐测试的解析基础 9.1.3 惯性器件误差计算的实现方法 9.2 捷联漂移测试 9.2.1 测试流程 9.2.2 捷联漂移测试的解析基础 9.2.3 惯性器件误差计算的实现方法 9.3 系统级陀螺仪输出随机噪声测试 9.3.1 测试流程 9.3.2 陀螺仪输出随机噪声测试的解析基础 9.3.3 基于重复对准测试的陀螺仪输出随机噪声计算实现方法 9.3.4 基于连续式对准测试的陀螺仪输出随机噪声计算实现方法 9.4 捷联旋转测试 9.4.1 测试流程 9.4.2 捷联旋转测试的解析基础 9.4.3 惯性器件标定误差计算的实现方法常用符号表参考文献