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第一章　概论 1

1.1　导航的基本概念 1

1.2　常见的导航系统类型及基本定位原理 2

1.2.1 陆标导航 2

1.2.2 天文导航 3

1.2.3 无线电导航 4

1.2.4 卫星导航系统 5

1.2.5 利用测向测速设备的推算导航 6

1.2.6 组合导航 7

1.3　惯性导航系统简介 7

1.3.1 惯性导航系统基本原理 7

1.3.2 惯性导航系统的特点及适用范围 9

1.3.3 惯性导航的发展与展望 10

第二章　惯性导航基础知识 13

2.1 惯性空间与惯性参照系 13

2.1.1 惯性空间及物体在惯性空间的运动 13

2.1.2 惯性参照系 13

2.1.3 物体在非惯性参照系中的运动 14

2.2 地球参考椭球和重力场 16

2.2.1 地球的形状与参考椭球 16

2.2.2 参考椭球的曲率半径 17

2.2.3 垂线及纬度的定义 19

2.2.4 地球的重力场 20

2.3　计时标准及地球自转角速度 21

2.4　惯性导航中常用的坐标系 22

2.4.1 惯性坐标系（简称i系） 22

2.4.2 确定载体相对地球位置的坐标系 22

2.4.3 与载体位置或惯导系统本身有关的坐标系 23

2.5　三维直角坐标系间的角度关系与方向余弦矩阵 26

2.5.1 方向余弦矩阵的定义与性质 27

2.5.2 根据欧拉角求取方向余弦矩阵 30

2.5.3 方向余弦矩阵的微分 32

第三章　惯性元件——陀螺仪与加速度计 34

3.1　转子陀螺仪力学基础 34

3.1.1 定点转动刚体的动量矩 34

3.1.2　动量矩定理 36

3.2　陀螺仪基本特性 37

3.2.1 陀螺仪的一般原理结构 37

3.2.2 二自由度陀螺仪的运动特性 37

3.2.3 二自由度陀螺仪的运动微分方程与传递函数 40

3.2.4 陀螺仪的进动与章动 43

3.2.5 单自由度陀螺仪的运动特性及传递函数 45

3.3　常用陀螺仪简介 48

3.3.1 液浮积分陀螺仪 48

3.3.2　二自由度液浮陀螺仪 51

3.3.3　挠性陀螺仪 52

3.4　加速度计测量比力的原理与常用的加速度计 54

3.4.1 比力的概念 54

3.4.2　加速度计对比力的测量 56

3.4.3　摆式加速度计 57

3.4.4　挠性加速度计 62

3.5　陀螺仪和加速度计的误差及模型 63

3.5.1 陀螺仪误差及数学模型 63

3.5.2　加速度计的数学模型 66

3.5.3 陀螺仪和加速度计的数学模型在惯性导航中的应用 67

第四章　陀螺稳定平台 69

4.1　陀螺稳定系统概述 69

4.1.1 陀螺稳定系统的基本概念 69

4.1.2 陀螺稳定系统的分类 70

4.2 单轴积分陀螺稳定系统及其几何稳定状态 71

4.2.1 组成与稳定原理 71

4.2.2 几何稳定状态分析 72

4.2.3 单轴陀螺稳定系统的校正问题 78

4.3 积分陀螺仪输出轴上干扰力矩对系统的影响及陀螺稳定系统的修正原理 78

4.3.1 积分陀螺仪输出轴上干扰力矩对稳定系统的影响 78

4.3.2 单轴积分陀螺稳定系统的修正原理 82

4.4 三轴陀螺稳定平台 84

4.4.1 三环式三轴平台的结构 84

4.4.2 研究三轴平台的坐标系 85

4.4.3 基座和环架轴的转动运动到平台台体的传递 87

4.4.4 三轴平台的几何稳定状态 91

4.4.5 三轴平台的修正 95

4.5 用二自由度陀螺仪构成的陀螺稳定平台 96

4.5.1 用二自由度陀螺仪构成的单轴陀螺稳定平台 96

4.5.2 用二自由度陀螺仪构成三轴平台的结构特点 100

第五章　平台式惯性导航系统原理 103

5.1　惯导系统的分类及平台式惯导的基本问题 103

5.1.1 惯导的分类 103

5.1.2 平台式惯导的组成及基本问题 104

5.2 比力方程 106

5.2.1 预备知识：哥式定理 107

5.2.2 绝对加速度的分解 107

5.2.3 比力方程 109

5.3　指北方位惯性导航系统基本原理 110

5.3.1 指北方位惯性导航系统的定位原理 110

5.3.2 平台的稳定及跟踪地理坐标系 114

5.3.3 指北方位惯导的控制方程 120

5.3.4 指北方位惯导的高度通道问题 122

5.3.5 指北方位惯导系统的特点 123

5.4 自由方位惯性导航系统及其力学编排方程 123

5.4.1 自由方位惯导的方案特点 123

5.4.2 自由方位惯导系统的力学编排 125

5.5　游动方位惯性导航系统及其力学编排方程 134

5.5.1 游动方位惯导系统的特点 134

5.5.2 游动方位系统的力学编排方程 134

5.5.3 方案评述 136

第六章　无阻尼指北方位惯性导航的误差分析 137

6.1 无阻尼指北方位惯导的基本方程与误差方程 137

6.1.1 无阻尼指北方位惯导系统的基本方程 138

6.1.2 无阻尼指北方位惯导的误差方程 142

6.2 无阻尼指北方位惯导系统误差分析 148

6.2.1 指北方位惯导误差的周期性分析 148

6.2.2 误差的传递矩阵 153

6.2.3 各种误差源对无阻尼指北方位惯导系统误差的影响 161

6.3 重力异常对指北方位惯导误差的影响 165

6.3.1 重力异常问题 165

6.3.2 重力异常情况下平台式指北方位惯导误差方程的建立 165

6.3.3 重力异常对平台式指北方位惯导误差的影响 167

6.3.4 重力异常的水平分量影响的消除方案 168

6.4 惯导误差的计算机模拟 169

6.4.1 误差递推计算方程——误差状态方程的离散化 170

6.4.2 误差源的模拟 172

6.4.3 载体运动模拟 173

6.4.4 计算机模拟的程序编排 173

第七章　惯性导航系统的阻尼 176

7.1 惯导阻尼问题的提出 176

7.2　水平阻尼 179

7.2.1 水平校正网络的引入和确定方法 179

7.2.2 三通道指北方位惯导的水平阻尼及基本方程 183

7.2.3　水平阻尼指北方位惯导的误差特点 189

7.3 外速度补偿的水平阻尼惯导 191

7.3.1 载体加速度对内水平阻尼惯导的影响 191

7.3.2 有外速度补偿时的情况 192

7.3.3 外速度补偿水平阻尼惯导的基本方程 194

7.4 方位阻尼 195

7.4.1 方位阻尼的方案 196

7.4.2 全阻尼惯导的基本方程、误差方程及特征根 200

7.4.3 方位阻尼网络的选择 202

7.4.4 指北方位惯导的五种工作状态及阻尼问题小结 203

7.5 指北方位惯导的统一方程 206

7.5.1 指北方位惯导五种导航工作状态的统一控制方程 206

7.5.2 用一阶微分方程组实现阻尼网络 209

7.5.3 指北方位惯导的统一基本方程及系统仿真 213

第八章　指北方位惯性导航系统的初始对准与综合校正 214

8.1 概述 214

8.2 平台初始粗对准 215

8.2.1 水平粗对准原理 215

8.2.2 方位粗对准 217

8.3 指北方位惯导系统的水平精对准 217

8.3.1 水平精对准方案 217

8.3.2 水平精对准回路的参数选择方法 222

8.3.3 用统一的惯导模型实现水平精对准 223

8.4　方位精对准 224

8.4.1 罗经回路法方位对准的原理 224

8.4.2 罗经回路的参数设计 227

8.4.3 用统一的惯导模型实现罗经回路法方位精对准 229

8.4.4 陀螺漂移的测定与计算方位对准法 231

8.5 运用卡尔曼滤波的初始对准方法 233

8.5.1 用于惯导初始对准的卡尔曼滤波方案 234

8.5.2 利用卡尔曼滤波估计状态的特点 237

8.6 惯导的校正与组合式惯性导航系统 238

8.6.1 惯导校正的有效途径——组合式惯性导航系统 238

8.6.2 用卡尔曼滤波器的估值校正惯导的结构形式 239

8.6.3 组合式惯导系统介绍——INS/GPS组合导航系统 240

参考文献 247