光学陀螺捷联惯性导航系统标定技术 [The Calibration Technique of Optical Gyro SINS] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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赵桂玲 著

图书标签:

• 光学陀螺
• SINS
• 惯性导航
• 标定技术
• 误差分析
• 算法设计
• 姿态解算
• 精密导航
• 传感器
• 测试技术

出版社： 测绘出版社

ISBN：9787503035807

版次：1

商品编码：11629782

包装：平装

外文名称：The Calibration Technique of Optical Gyro SINS

开本：16开

出版时间：2014-12-01

用纸：胶版纸

页数：128

正文语种：中文

内容简介

　　《光学陀螺捷联惯性导航系统标定技术》比较系统和全面地介绍了光学陀螺捷联惯性导航系统标定技术，全书内容可大致分为三部分：介绍了光学捷联惯性导航系统标定技术的研究背景与研究意义，分析了光学陀螺、惯性测试技术和惯性测试设备的研究现状、发展趋势以及与国外的差距；分析了惯性测量单元标定误差对捷联惯性导航系统的影响，建立了惯性测量单元标定误差与捷联惯性导航系统导航参数误差之间的关系；重点介绍了光学捷联惯性导航系统标定技术，包括分立式标定方法、闭环标定方法和系统级标定方法，并进行系统标定实验和导航实验验证。

目录

第1章 绪论
1.1 发展背景与研究意义
1.2 光学陀螺技术
1.3 惯性测试技术
1.4 惯性测试设备

第2章 IMu标定误差对惯性导航系统的影响
2.1 IMU标定误差数学建模
2.2 标定误差对惯性导航系统的影响
2.3 标定误差对导航影响的仿真

第3章 捷联惯性导航系统分立式标定方法
3.1 常用的分立式标定方法介绍
3.2 转台误差对常用分立式标定方法的影响
3.3 六位置分立式标定方法设计
3.4 转台误差对六位置分立式标定的影响

第4章 捷联惯性导航系统闭环标定方法
4.1 闭环标定方法的提出
4.2 陀螺漂移的确定
4.3 陀螺仪标定参数闭环修正
4.4 加速度计标定参数闭环修正

第5章 捷联惯性导航系统级标定方法
5.1 系统级标定发展概述
5.2 系统误差方程的降维处理
5.3 十位置标定路径与滤波器设计
5.4 十位置系统级标定仿真
5.5 陀螺仪的多级系统级标定
5.6 多级系统级标定仿真

第6章 捷联惯性导航系统标定与导航实验
6.1 实验设备介绍
6.2 自动标定程序设计
6.3 标定实验
6.4 导航实验
6.5 总结与展望
参考文献

附录A 捷联惯导系统的误差模型
A.1 速度误差和位置误差方程
A.2 姿态误差方程

附录B 卡尔曼滤波原理
B.1 卡尔曼滤波与最优估计
B.2 卡尔曼滤波方程

精彩书摘

　　《光学陀螺捷联惯性导航系统标定技术》：
　　第2章 将IMU标定误差对导航的影响进行了详细的理论推导和计算机仿真，为了减小系统的导航误差，必须建立捷联惯性导航系统惯性传感器的误差模型，对IMU进行精确标定，并由软件算法进行误差补偿，以提高系统的导航精度。
　　根据观测量的不同，IMU标定分为分立式标定和系统级标定，系统级标定将在第5章介绍。分立式标定方法一般借助三轴惯性测试转台或高精度六面体，直接采用陀螺仪和加速度计的输出作为观测量，简单易行，工程实用性强（吴赛成等，2011）。本章主要介绍两种分立式标定方法：一种是工程上比较成熟和常用的分立式标定方法，它主要是基于转台高精度的定位和转速功能，采用速率实验、位置实验和零位实验来标定陀螺仪和加速度计的各项误差参数；一种是基于三轴惯性测试转台高精度定位功能的六位置分立式标定方法。
　　§3.1常用的分立式标定方法介绍
　　关于IMU误差模型及主要的性能指标，在第2章已经进行了介绍，这里不再赘述，但是需要补充说明几点：
　　（1）对于光学陀螺捷联惯性导航系统，由于光学陀螺是全固态非转子型陀螺，它对g和g2不敏感，因此不用考虑光学陀螺与重力加速度有关的误差项。光学陀螺待标定的误差系数有标度因数、安装误差和零位。
　　（2）本书以光学捷联惯性导航系统为研究背景，系统采用的是石英挠性加速度计。从理论上讲，对加速度计误差数学模型的描述越精确，补偿效果就越好，但误差模型待标定的参数也就越多，试验计算的难度也就越大。从系统的补偿精度和标定试验的难度两方面进行综合考虑，加速度计采用的静态误差数学模型包含标度因数、安装误差、零位和二次非线性项等5个误差项。
　　……

前言/序言

惯性测量与导航技术综述 （本书涵盖内容概要） 本书聚焦于惯性测量单元（IMU）在现代导航系统中的应用与挑战，深入探讨了不依赖外部基准进行自主定位、定向和姿态解算的理论基础与工程实践。全书结构严谨，内容涵盖惯性导航系统的基本原理、关键误差源分析、系统集成与滤波技术，以及面向特定应用场景的优化策略。 --- 第一部分：惯性导航系统基础理论与元件特性 第一章：惯性导航系统的基本概念与框架 本章首先界定了惯性导航系统的核心功能——基于牛顿运动定律，通过积分加速度和角速度来推算载体的实时位置、速度和姿态。系统架构的分解是本章的重点，详细阐述了导航坐标系、地理坐标系与载体坐标系之间的转换关系，并介绍了常用的坐标系转换模型（如欧拉角、四元数、旋转矩阵）的优缺点及其在实际解算中的适用性。着重分析了惯性导航系统（INS）的固有特性，包括其误差随时间的累积效应，以及为何需要进行定期的外部修正。 第二章：核心传感器的物理原理与性能指标 本章是理解惯性导航误差的基石。我们详细剖析了两种主要的惯性传感器：加速度计和陀螺仪的工作原理。 加速度计部分： 讲解了不同类型加速度计（如压电式、振梁式、光纤式）的内部结构和测量机制。重点讨论了影响其精度的关键参数，包括比力噪声（Noise Spectral Density）、偏置稳定性（Bias Instability）、刻度因子（Scale Factor）误差以及不同温标下的漂移特性。 陀螺仪部分： 深入探讨了旋转抖动式、激光谐振腔式、光纤环式陀螺仪的物理基础。特别关注了干涉效应、萨格纳克效应在光纤陀螺中的应用。对于角速率传感器的性能分析，着重解释了角度随机游走（Angle Random Walk, ARW）和速率随机游走（Rate Random Walk, RRW）的物理意义及其对导航精度的长期影响。 第三章：误差建模与误差源分类 准确的误差模型是后续标定和滤波的基础。本章对惯性导航系统中的所有误差源进行系统性分类和建模。误差源被分为两类：一类是随时间漂移的慢变误差（如固定零偏、比例因子误差、轴间耦合误差），另一类是随机噪声误差（如白噪声、颜色噪声）。详细给出了这些误差在导航方程中随时间的传播和累积规律。本章还引入了误差传递矩阵的概念，用于量化不同传感器误差对最终导航结果的影响程度。 --- 第二部分：惯性导航系统集成与状态估计 第四章：导航微分方程与捷联系统实现 本章专注于捷联惯性导航系统（SINS）的数学描述。详细推导了在不同坐标系下，载体速度、位置和姿态随时间变化的微分方程组。重点阐述了如何利用高频次、高精度的固连坐标系（载体系）的测量值，通过姿态解算矩阵实时转换为导航系下的运动量。对离散化过程中的截断误差和数值稳定性问题进行了讨论。 第五章：卡尔曼滤波在惯性导航中的应用 卡尔曼滤波（KF）及其扩展形式是实现INS/GNSS组合导航（或纯INS误差补偿）的核心工具。本章系统介绍了扩展卡尔曼滤波（EKF）在惯性导航系统中的状态向量定义、系统噪声协方差矩阵 $mathbf{Q}$ 和量测噪声协方差矩阵 $mathbf{R}$ 的构建。详细论述了如何将IMU的原始测量值与外部参考源（如GPS）的信息融合，以实现对内部陀螺和加速度计误差参数的实时估计与补偿。 第六章：组合导航系统设计与性能优化 本章探讨了不同导航系统组合的架构，包括松耦合（Loose Coupling）、紧耦合（Tight Coupling）和深度耦合（Deep Coupling）的原理与适用性。重点分析了导航系统中的异步数据处理问题、时间同步误差的处理方法，以及如何设计有效的外部量测更新策略来维持导航精度。内容还涉及了对系统在长时间失锁或高动态环境下保持性能的鲁棒性设计。 --- 第三部分：传感器误差的参数辨识与系统补偿 第七章：静态与动态对准技术 导航系统启动前的初始对准是至关重要的步骤。本章详细介绍了静基座对准、动基座对准的原理。 静态对准： 阐述了基于重力矢量和地球自转角速度矢量的观测，通过迭代求解姿态解算矩阵来确定初始姿态的方法。 动态对准： 针对载体运动状态下，如何利用加速度计和陀螺仪的瞬时测量值，结合导航方程，辨识初始姿态和误差参数的方法。包括“快速对准”与“慢速对准”的策略选择。 第八章：惯性测量单元的误差参数辨识 系统误差参数（如零偏、刻度因子误差）必须经过精确辨识才能在导航解算中得到有效补偿。本章聚焦于在线和离线辨识技术。 离线辨识： 基于在标准测试设备（如精密转台）上采集的静态或动态数据，采用最小二乘法或特定迭代算法，分离出传感器自身的系统误差参数。 在线辨识： 在组合导航运行过程中，利用卡尔曼滤波框架，将误差参数作为扩展状态向量的一部分进行实时估计。重点讨论了如何设计充分激励的运动轨迹，以保证辨识矩阵的可逆性和参数的有效收敛。 第九章：系统误差补偿与性能验证 本章总结了如何利用辨识出的系统误差参数对导航原始测量值进行修正，并评估修正后的导航精度。内容包括： 1. 误差补偿流程： 如何将静态零偏、温度漂移项、比例因子误差项嵌入到数据预处理阶段。 2. 性能验证方法： 介绍使用高精度基准系统（如高精度激光跟踪仪或绝对定位系统）对SINS/组合导航的定位、速度和姿态误差进行定量评估的标准流程和指标（如均方根误差、最大偏差）。 --- 结语： 本书旨在为从事惯性导航系统设计、集成、测试与应用的技术人员提供一套从理论到实践的系统性指导，强调了传感器特性理解、精确误差建模和高效状态估计在构建高精度自主导航系统中的决定性作用。

评分☆☆☆☆☆

初翻这本书的目录结构，我的直观感受是它可能涵盖了从基础理论到高级应用的完整链条。导航系统，尤其是基于光学陀螺的系统，其精度对环境变化极其敏感，因此，对系统误差模型的建立和辨识显得尤为重要。我猜想，书中必然会花费大量篇幅介绍如何利用飞行器或载体的运动轨迹信息（如外部观测信息，可能是GPS、星光仪或其他辅助传感器数据）来反演出系统内部的未知参数。这里面的挑战在于“解耦”——如何在多种误差源相互耦合的情况下，准确地分离出特定传感器的性能衰减参数。我期待看到对卡尔曼滤波及其变体在标定过程中的应用细节，尤其是在非线性环境下，如何设计鲁棒的滤波器来应对突发的测量噪声或模型失配。更进一步，如果书中能提供一些真实的案例分析，展示在特定型号的捷联系统中，某一特定标定技术如何显著提升了导航精度（例如，将水平精度从数米/小时降低到亚米/小时），那将极大地增强本书的说服力和实用性。对于我这类希望将技术应用于实际项目的工程师而言，那些关于标定数据采集方案和后处理软件框架的探讨，比纯粹的数学推导更有吸引力。

评分☆☆☆☆☆

这本《光学陀螺捷联惯性导航系统标定技术》的书名，初看起来就透着一股浓厚的专业气息，让人不禁联想到精密测量、复杂算法和工程实践的深度融合。我作为一个对导航技术有基础了解的读者，首先会被其“标定技术”这几个字深深吸引。在惯性导航领域，标定绝非可有可无的步骤，而是决定整个系统性能上限的关键所在。我期望书中能详尽阐述如何处理光学陀螺仪固有的误差源，比如零偏、比例因子、随机游走等，并且能提供一套系统化的流程来量化和补偿这些误差。理想情况下，作者应该能够结合最新的研究成果，比如融入机器学习或先进优化算法来提升标定效率和精度。如果书中能深入探讨不同标定场景下的策略差异——例如，在地面静态环境下如何高效完成初始标定，以及在动态飞行或航行过程中如何进行在线或辅助标定——那将是极具价值的。我特别关注那些能将理论模型与实际工程约束相结合的章节，毕竟，一个再完美的理论模型，如果不能在有限的计算资源和时间窗口内实现有效应用，那都是纸上谈兵。这本书如果能清晰地勾勒出从原始测量数据到高精度导航解算之间的技术桥梁，无疑会成为案头必备的参考书。

评分☆☆☆☆☆

读到这个书名，我立刻想到的就是工程实践中的“痛点”——标定过程的繁琐和对外部高精度参考的依赖。我期望这本书能够提供一些“地面化”的解决方案，即如何最大程度地减少对昂贵或难以获取的惯性平台或高精度GPS的需求。比如，有没有可能设计一种仅利用载体自身运动特点（如特定的机动轨迹）就能有效估计误差参数的方法？这种“自标定”或“弱约束标定”的能力，对于许多资源受限的应用场景至关重要。此外，标定结果的“可信度评估”也是一个经常被忽视但极其重要的环节。书中是否提供了量化指标来评估当前标定结果的质量，并提供在精度下降时应何时触发重新标定的决策机制？如果能详细阐述如何通过统计方法（如残差分析、置信区间估计）来验证标定效果，那么这本书的实用价值将大大提升。它应该不仅仅是一本关于“如何计算参数”的书，更是一本关于“如何确保导航系统可靠运行”的实战指南。

评分☆☆☆☆☆

从一个关注技术前沿的读者的角度来看，这本书的标题暗示了它站在了当前惯性导航技术发展的前沿。光学陀螺，相较于传统的机械陀螺或早期的光纤陀螺，具有更高的灵敏度和更低的漂移率，但其标定难度也随之提升。我非常好奇作者是如何处理“环境温度漂移”和“平台误差”的复杂相互作用的。一个优秀的标定手册，不仅要告诉你“怎么做”，更要告诉你“为什么这样做最好”。我希望能看到对不同标定方法的性能对比，例如，与传统的周期性标定相比，基于模型的在线优化标定在抗干扰和实时性方面的优势和局限。此外，现代导航系统越来越强调软件定义和系统集成，因此，如果书中能探讨如何将标定算法嵌入到实时的飞控或任务计算机中，包括对计算负荷的评估和优化策略，那将是这本书超越一般教科书的亮点。对于新兴的“高动态”应用场景，比如高超音速飞行器或复杂的机动任务，标定算法如何适应快速变化的角速率输入，也是我非常希望得到解答的关键点。

评分☆☆☆☆☆

我关注的重点是这本专业著作如何处理光学传感器的非线性特性。光学陀螺虽然理论上具有极高的稳定性，但在实际工作时，其输出信号往往受到多种非线性因素的影响，例如，光路热效应、光束耦合等，这些细微的非线性误差如果未被有效建模和补偿，最终会以系统误差的形式反映在导航解算中。我希望书中能够深入探讨如何将这些非线性的数学模型精确地引入到状态估计框架中，而不是简单地将其合并到线性化误差模型中。例如，讨论使用高阶扩展卡尔曼滤波（EKF）或无迹卡尔曼滤波（UKF）来处理这些非线性偏差的优劣。再者，考虑到标定数据的获取往往需要大量时间，书中是否提出了有效的“数据压缩”或“关键数据提取”技术，以在保证精度前提下缩短标定周期？最后，如果能提供一套标准化的术语和符号体系，这将极大地便利不同研究团队之间的交流和成果复现。这本书如果能做到既有深入的理论挖掘，又不失工程实践的可操作性，那它无疑是一部里程碑式的著作。

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帮同学买的，书的质量还不错，学导航的可以看看

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讲解的比较简单，通俗易懂，有作者自己的一些研究成果

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讲解的比较简单，通俗易懂，有作者自己的一些研究成果

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非常实用的书，还没有开始看

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讲解的比较简单，通俗易懂，有作者自己的一些研究成果

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书不错啊！！！！！！！！

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讲解的比较简单，通俗易懂，有作者自己的一些研究成果

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书是正版，挺好的

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加强学习！