光學陀螺捷聯慣性導航係統標定技術 [The Calibration Technique of Optical Gyro SINS] 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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趙桂玲 著

圖書標籤:

• 光學陀螺
• SINS
• 慣性導航
• 標定技術
• 誤差分析
• 算法設計
• 姿態解算
• 精密導航
• 傳感器
• 測試技術

齣版社： 測繪齣版社

ISBN：9787503035807

版次：1

商品編碼：11629782

包裝：平裝

外文名稱：The Calibration Technique of Optical Gyro SINS

開本：16開

齣版時間：2014-12-01

用紙：膠版紙

頁數：128

正文語種：中文

內容簡介

　　《光學陀螺捷聯慣性導航係統標定技術》比較係統和全麵地介紹瞭光學陀螺捷聯慣性導航係統標定技術，全書內容可大緻分為三部分：介紹瞭光學捷聯慣性導航係統標定技術的研究背景與研究意義，分析瞭光學陀螺、慣性測試技術和慣性測試設備的研究現狀、發展趨勢以及與國外的差距；分析瞭慣性測量單元標定誤差對捷聯慣性導航係統的影響，建立瞭慣性測量單元標定誤差與捷聯慣性導航係統導航參數誤差之間的關係；重點介紹瞭光學捷聯慣性導航係統標定技術，包括分立式標定方法、閉環標定方法和係統級標定方法，並進行係統標定實驗和導航實驗驗證。

目錄

第1章 緒論
1.1 發展背景與研究意義
1.2 光學陀螺技術
1.3 慣性測試技術
1.4 慣性測試設備

第2章 IMu標定誤差對慣性導航係統的影響
2.1 IMU標定誤差數學建模
2.2 標定誤差對慣性導航係統的影響
2.3 標定誤差對導航影響的仿真

第3章 捷聯慣性導航係統分立式標定方法
3.1 常用的分立式標定方法介紹
3.2 轉颱誤差對常用分立式標定方法的影響
3.3 六位置分立式標定方法設計
3.4 轉颱誤差對六位置分立式標定的影響

第4章 捷聯慣性導航係統閉環標定方法
4.1 閉環標定方法的提齣
4.2 陀螺漂移的確定
4.3 陀螺儀標定參數閉環修正
4.4 加速度計標定參數閉環修正

第5章 捷聯慣性導航係統級標定方法
5.1 係統級標定發展概述
5.2 係統誤差方程的降維處理
5.3 十位置標定路徑與濾波器設計
5.4 十位置係統級標定仿真
5.5 陀螺儀的多級係統級標定
5.6 多級係統級標定仿真

第6章 捷聯慣性導航係統標定與導航實驗
6.1 實驗設備介紹
6.2 自動標定程序設計
6.3 標定實驗
6.4 導航實驗
6.5 總結與展望
參考文獻

附錄A 捷聯慣導係統的誤差模型
A.1 速度誤差和位置誤差方程
A.2 姿態誤差方程

附錄B 卡爾曼濾波原理
B.1 卡爾曼濾波與最優估計
B.2 卡爾曼濾波方程

精彩書摘

　　《光學陀螺捷聯慣性導航係統標定技術》：
　　第2章 將IMU標定誤差對導航的影響進行瞭詳細的理論推導和計算機仿真，為瞭減小係統的導航誤差，必須建立捷聯慣性導航係統慣性傳感器的誤差模型，對IMU進行精確標定，並由軟件算法進行誤差補償，以提高係統的導航精度。
　　根據觀測量的不同，IMU標定分為分立式標定和係統級標定，係統級標定將在第5章介紹。分立式標定方法一般藉助三軸慣性測試轉颱或高精度六麵體，直接采用陀螺儀和加速度計的輸齣作為觀測量，簡單易行，工程實用性強（吳賽成等，2011）。本章主要介紹兩種分立式標定方法：一種是工程上比較成熟和常用的分立式標定方法，它主要是基於轉颱高精度的定位和轉速功能，采用速率實驗、位置實驗和零位實驗來標定陀螺儀和加速度計的各項誤差參數；一種是基於三軸慣性測試轉颱高精度定位功能的六位置分立式標定方法。
　　§3.1常用的分立式標定方法介紹
　　關於IMU誤差模型及主要的性能指標，在第2章已經進行瞭介紹，這裏不再贅述，但是需要補充說明幾點：
　　（1）對於光學陀螺捷聯慣性導航係統，由於光學陀螺是全固態非轉子型陀螺，它對g和g2不敏感，因此不用考慮光學陀螺與重力加速度有關的誤差項。光學陀螺待標定的誤差係數有標度因數、安裝誤差和零位。
　　（2）本書以光學捷聯慣性導航係統為研究背景，係統采用的是石英撓性加速度計。從理論上講，對加速度計誤差數學模型的描述越精確，補償效果就越好，但誤差模型待標定的參數也就越多，試驗計算的難度也就越大。從係統的補償精度和標定試驗的難度兩方麵進行綜閤考慮，加速度計采用的靜態誤差數學模型包含標度因數、安裝誤差、零位和二次非綫性項等5個誤差項。
　　……

前言/序言

慣性測量與導航技術綜述 （本書涵蓋內容概要） 本書聚焦於慣性測量單元（IMU）在現代導航係統中的應用與挑戰，深入探討瞭不依賴外部基準進行自主定位、定嚮和姿態解算的理論基礎與工程實踐。全書結構嚴謹，內容涵蓋慣性導航係統的基本原理、關鍵誤差源分析、係統集成與濾波技術，以及麵嚮特定應用場景的優化策略。 --- 第一部分：慣性導航係統基礎理論與元件特性 第一章：慣性導航係統的基本概念與框架 本章首先界定瞭慣性導航係統的核心功能——基於牛頓運動定律，通過積分加速度和角速度來推算載體的實時位置、速度和姿態。係統架構的分解是本章的重點，詳細闡述瞭導航坐標係、地理坐標係與載體坐標係之間的轉換關係，並介紹瞭常用的坐標係轉換模型（如歐拉角、四元數、鏇轉矩陣）的優缺點及其在實際解算中的適用性。著重分析瞭慣性導航係統（INS）的固有特性，包括其誤差隨時間的纍積效應，以及為何需要進行定期的外部修正。 第二章：核心傳感器的物理原理與性能指標 本章是理解慣性導航誤差的基石。我們詳細剖析瞭兩種主要的慣性傳感器：加速度計和陀螺儀的工作原理。 加速度計部分： 講解瞭不同類型加速度計（如壓電式、振梁式、光縴式）的內部結構和測量機製。重點討論瞭影響其精度的關鍵參數，包括比力噪聲（Noise Spectral Density）、偏置穩定性（Bias Instability）、刻度因子（Scale Factor）誤差以及不同溫標下的漂移特性。 陀螺儀部分： 深入探討瞭鏇轉抖動式、激光諧振腔式、光縴環式陀螺儀的物理基礎。特彆關注瞭乾涉效應、薩格納剋效應在光縴陀螺中的應用。對於角速率傳感器的性能分析，著重解釋瞭角度隨機遊走（Angle Random Walk, ARW）和速率隨機遊走（Rate Random Walk, RRW）的物理意義及其對導航精度的長期影響。 第三章：誤差建模與誤差源分類 準確的誤差模型是後續標定和濾波的基礎。本章對慣性導航係統中的所有誤差源進行係統性分類和建模。誤差源被分為兩類：一類是隨時間漂移的慢變誤差（如固定零偏、比例因子誤差、軸間耦閤誤差），另一類是隨機噪聲誤差（如白噪聲、顔色噪聲）。詳細給齣瞭這些誤差在導航方程中隨時間的傳播和纍積規律。本章還引入瞭誤差傳遞矩陣的概念，用於量化不同傳感器誤差對最終導航結果的影響程度。 --- 第二部分：慣性導航係統集成與狀態估計 第四章：導航微分方程與捷聯係統實現 本章專注於捷聯慣性導航係統（SINS）的數學描述。詳細推導瞭在不同坐標係下，載體速度、位置和姿態隨時間變化的微分方程組。重點闡述瞭如何利用高頻次、高精度的固連坐標係（載體係）的測量值，通過姿態解算矩陣實時轉換為導航係下的運動量。對離散化過程中的截斷誤差和數值穩定性問題進行瞭討論。 第五章：卡爾曼濾波在慣性導航中的應用 卡爾曼濾波（KF）及其擴展形式是實現INS/GNSS組閤導航（或純INS誤差補償）的核心工具。本章係統介紹瞭擴展卡爾曼濾波（EKF）在慣性導航係統中的狀態嚮量定義、係統噪聲協方差矩陣 $mathbf{Q}$ 和量測噪聲協方差矩陣 $mathbf{R}$ 的構建。詳細論述瞭如何將IMU的原始測量值與外部參考源（如GPS）的信息融閤，以實現對內部陀螺和加速度計誤差參數的實時估計與補償。 第六章：組閤導航係統設計與性能優化 本章探討瞭不同導航係統組閤的架構，包括鬆耦閤（Loose Coupling）、緊耦閤（Tight Coupling）和深度耦閤（Deep Coupling）的原理與適用性。重點分析瞭導航係統中的異步數據處理問題、時間同步誤差的處理方法，以及如何設計有效的外部量測更新策略來維持導航精度。內容還涉及瞭對係統在長時間失鎖或高動態環境下保持性能的魯棒性設計。 --- 第三部分：傳感器誤差的參數辨識與係統補償 第七章：靜態與動態對準技術 導航係統啓動前的初始對準是至關重要的步驟。本章詳細介紹瞭靜基座對準、動基座對準的原理。 靜態對準： 闡述瞭基於重力矢量和地球自轉角速度矢量的觀測，通過迭代求解姿態解算矩陣來確定初始姿態的方法。 動態對準： 針對載體運動狀態下，如何利用加速度計和陀螺儀的瞬時測量值，結閤導航方程，辨識初始姿態和誤差參數的方法。包括“快速對準”與“慢速對準”的策略選擇。 第八章：慣性測量單元的誤差參數辨識 係統誤差參數（如零偏、刻度因子誤差）必須經過精確辨識纔能在導航解算中得到有效補償。本章聚焦於在綫和離綫辨識技術。 離綫辨識： 基於在標準測試設備（如精密轉颱）上采集的靜態或動態數據，采用最小二乘法或特定迭代算法，分離齣傳感器自身的係統誤差參數。 在綫辨識： 在組閤導航運行過程中，利用卡爾曼濾波框架，將誤差參數作為擴展狀態嚮量的一部分進行實時估計。重點討論瞭如何設計充分激勵的運動軌跡，以保證辨識矩陣的可逆性和參數的有效收斂。 第九章：係統誤差補償與性能驗證 本章總結瞭如何利用辨識齣的係統誤差參數對導航原始測量值進行修正，並評估修正後的導航精度。內容包括： 1. 誤差補償流程： 如何將靜態零偏、溫度漂移項、比例因子誤差項嵌入到數據預處理階段。 2. 性能驗證方法： 介紹使用高精度基準係統（如高精度激光跟蹤儀或絕對定位係統）對SINS/組閤導航的定位、速度和姿態誤差進行定量評估的標準流程和指標（如均方根誤差、最大偏差）。 --- 結語： 本書旨在為從事慣性導航係統設計、集成、測試與應用的技術人員提供一套從理論到實踐的係統性指導，強調瞭傳感器特性理解、精確誤差建模和高效狀態估計在構建高精度自主導航係統中的決定性作用。

評分☆☆☆☆☆

從一個關注技術前沿的讀者的角度來看，這本書的標題暗示瞭它站在瞭當前慣性導航技術發展的前沿。光學陀螺，相較於傳統的機械陀螺或早期的光縴陀螺，具有更高的靈敏度和更低的漂移率，但其標定難度也隨之提升。我非常好奇作者是如何處理“環境溫度漂移”和“平颱誤差”的復雜相互作用的。一個優秀的標定手冊，不僅要告訴你“怎麼做”，更要告訴你“為什麼這樣做最好”。我希望能看到對不同標定方法的性能對比，例如，與傳統的周期性標定相比，基於模型的在綫優化標定在抗乾擾和實時性方麵的優勢和局限。此外，現代導航係統越來越強調軟件定義和係統集成，因此，如果書中能探討如何將標定算法嵌入到實時的飛控或任務計算機中，包括對計算負荷的評估和優化策略，那將是這本書超越一般教科書的亮點。對於新興的“高動態”應用場景，比如高超音速飛行器或復雜的機動任務，標定算法如何適應快速變化的角速率輸入，也是我非常希望得到解答的關鍵點。

評分☆☆☆☆☆

我關注的重點是這本專業著作如何處理光學傳感器的非綫性特性。光學陀螺雖然理論上具有極高的穩定性，但在實際工作時，其輸齣信號往往受到多種非綫性因素的影響，例如，光路熱效應、光束耦閤等，這些細微的非綫性誤差如果未被有效建模和補償，最終會以係統誤差的形式反映在導航解算中。我希望書中能夠深入探討如何將這些非綫性的數學模型精確地引入到狀態估計框架中，而不是簡單地將其閤並到綫性化誤差模型中。例如，討論使用高階擴展卡爾曼濾波（EKF）或無跡卡爾曼濾波（UKF）來處理這些非綫性偏差的優劣。再者，考慮到標定數據的獲取往往需要大量時間，書中是否提齣瞭有效的“數據壓縮”或“關鍵數據提取”技術，以在保證精度前提下縮短標定周期？最後，如果能提供一套標準化的術語和符號體係，這將極大地便利不同研究團隊之間的交流和成果復現。這本書如果能做到既有深入的理論挖掘，又不失工程實踐的可操作性，那它無疑是一部裏程碑式的著作。

評分☆☆☆☆☆

這本《光學陀螺捷聯慣性導航係統標定技術》的書名，初看起來就透著一股濃厚的專業氣息，讓人不禁聯想到精密測量、復雜算法和工程實踐的深度融閤。我作為一個對導航技術有基礎瞭解的讀者，首先會被其“標定技術”這幾個字深深吸引。在慣性導航領域，標定絕非可有可無的步驟，而是決定整個係統性能上限的關鍵所在。我期望書中能詳盡闡述如何處理光學陀螺儀固有的誤差源，比如零偏、比例因子、隨機遊走等，並且能提供一套係統化的流程來量化和補償這些誤差。理想情況下，作者應該能夠結閤最新的研究成果，比如融入機器學習或先進優化算法來提升標定效率和精度。如果書中能深入探討不同標定場景下的策略差異——例如，在地麵靜態環境下如何高效完成初始標定，以及在動態飛行或航行過程中如何進行在綫或輔助標定——那將是極具價值的。我特彆關注那些能將理論模型與實際工程約束相結閤的章節，畢竟，一個再完美的理論模型，如果不能在有限的計算資源和時間窗口內實現有效應用，那都是紙上談兵。這本書如果能清晰地勾勒齣從原始測量數據到高精度導航解算之間的技術橋梁，無疑會成為案頭必備的參考書。

評分☆☆☆☆☆

讀到這個書名，我立刻想到的就是工程實踐中的“痛點”——標定過程的繁瑣和對外部高精度參考的依賴。我期望這本書能夠提供一些“地麵化”的解決方案，即如何最大程度地減少對昂貴或難以獲取的慣性平颱或高精度GPS的需求。比如，有沒有可能設計一種僅利用載體自身運動特點（如特定的機動軌跡）就能有效估計誤差參數的方法？這種“自標定”或“弱約束標定”的能力，對於許多資源受限的應用場景至關重要。此外，標定結果的“可信度評估”也是一個經常被忽視但極其重要的環節。書中是否提供瞭量化指標來評估當前標定結果的質量，並提供在精度下降時應何時觸發重新標定的決策機製？如果能詳細闡述如何通過統計方法（如殘差分析、置信區間估計）來驗證標定效果，那麼這本書的實用價值將大大提升。它應該不僅僅是一本關於“如何計算參數”的書，更是一本關於“如何確保導航係統可靠運行”的實戰指南。

評分☆☆☆☆☆

初翻這本書的目錄結構，我的直觀感受是它可能涵蓋瞭從基礎理論到高級應用的完整鏈條。導航係統，尤其是基於光學陀螺的係統，其精度對環境變化極其敏感，因此，對係統誤差模型的建立和辨識顯得尤為重要。我猜想，書中必然會花費大量篇幅介紹如何利用飛行器或載體的運動軌跡信息（如外部觀測信息，可能是GPS、星光儀或其他輔助傳感器數據）來反演齣係統內部的未知參數。這裏麵的挑戰在於“解耦”——如何在多種誤差源相互耦閤的情況下，準確地分離齣特定傳感器的性能衰減參數。我期待看到對卡爾曼濾波及其變體在標定過程中的應用細節，尤其是在非綫性環境下，如何設計魯棒的濾波器來應對突發的測量噪聲或模型失配。更進一步，如果書中能提供一些真實的案例分析，展示在特定型號的捷聯係統中，某一特定標定技術如何顯著提升瞭導航精度（例如，將水平精度從數米/小時降低到亞米/小時），那將極大地增強本書的說服力和實用性。對於我這類希望將技術應用於實際項目的工程師而言，那些關於標定數據采集方案和後處理軟件框架的探討，比純粹的數學推導更有吸引力。

評分☆☆☆☆☆

還沒看 以後再評價瞭哈哈 復製粘貼

評分☆☆☆☆☆

書是正版，挺好的

評分☆☆☆☆☆

還沒看 以後再評價瞭哈哈 復製粘貼

評分☆☆☆☆☆

幫同學買的，書的質量還不錯，學導航的可以看看

評分☆☆☆☆☆

非常實用的書，還沒有開始看

評分☆☆☆☆☆

加強學習！

評分☆☆☆☆☆

書是正版，挺好的

評分☆☆☆☆☆

加強學習！

評分☆☆☆☆☆

講解的比較簡單，通俗易懂，有作者自己的一些研究成果