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第1章 定位定向基础知识 1

1.1 基本概念 1

1.2 地球参考椭球及地球重力场特性 1

1.2.1 地球的形状和时间的定义 1

1.2.2 垂线、纬度、高程的定义 3

1.2.3 地球重力场特性 5

1.3 地球磁场特性 5

1.3.1 地球磁场的要素及其分布特征 6

1.3.2 地球磁场的解析模式 7

1.3.3 地球磁场变化特性 7

1.4 恒星特性及天球坐标系 8

1.4.1 恒星的特性 8

1.4.2 天球及天球坐标系 8

1.4.3 星表及星图识别技术 10

1.5 载体的空间位置和姿态的描述 12

1.5.1 常用坐标系 13

1.5.2 刚体的空间角位置描述 15

1.5.3 坐标系之间的变换、载体位置、姿态和方位的确定 20

1.6 导航技术 23

1.6.1 惯性导航 23

1.6.2 地磁导航 26

1.6.3 天文导航 27

思考与练习 29

第2章 自主定位定向器件 32

2.1 陀螺仪 32

2.1.1 陀螺效应 33

2.1.2 陀螺仪的分类与发展趋势 39

2.1.3 陀螺仪原理 44

2.1.4 陀螺仪的技术指标及漂移分析 64

2.2 加速度计 67

2.2.1 哥氏加速度、绝对加速度和比力 67

2.2.2 加速度计的分类和发展趋势 75

2.2.3 加速度计原理 76

2.2.4 加速度计的技术指标及误差分析 82

2.3 地磁传感器 84

2.3.1 磁罗经技术 84

2.3.2 磁通门技术 88

2.3.3 直感式地磁导航系统的一般结构 91

2.3.4 地磁测量误差模型及其补偿 93

2.4 天体敏感器 93

2.4.1 天体敏感器的分类 94

2.4.2 航海六分仪和空间六分仪 100

思考与练习 106

第3章 自主定向系统 108

3.1 舒勒原理 108

3.1.1 数学摆跟踪垂线的舒勒原理 108

3.1.2 物理摆跟踪垂线的舒勒原理 110

3.2 姿态稳定器 111

3.2.1 单轴稳定器基本原理 111

3.2.2 三轴稳定平台 121

3.2.3 四平衡环系统 123

3.3 惯性定向系统 126

3.3.1 陀螺地平仪 126

3.3.2 陀螺寻北仪 127

3.4 地磁定向系统 134

3.4.1 磁定向基本原理 135

3.4.2 数字式磁罗盘基本组成和原理 135

3.4.3 数字式磁罗盘的误差分析及补偿 137

3.5 天文定向系统 137

3.5.1 天文定向系统基本原理 137

3.5.2 天文定向系统误差分析 139

思考与练习 141

第4章 自主定位系统 142

4.1 捷联惯导系统 142

4.1.1 组成和算法概述 142

4.1.2 姿态矩阵的更新计算 145

4.1.3 三通道捷联惯导系统的计算 148

4.2 捷联惯导系统的初始对准 151

4.2.1 粗对准 152

4.2.2 卡尔曼滤波法精对准 154

4.3 捷联惯导系统的动基座传递对准 156

4.3.1 主、子惯导误差 156

4.3.2 传递对准中的匹配量 157

4.4 地磁定位系统 162

4.4.1 地球磁场组成及分布描述 162

4.4.2 地磁匹配定位系统算法原理 164

4.4.3 地磁辅助惯性组合导航方法 167

4.5 天文定位系统 168

4.5.1 多星定位算法原理及误差分析 169

4.5.2 单星定位算法原理及误差分析 170

4.5.3 多敏感器融合定位算法原理 174

思考与练习 176

第5章 系统误差方程与导航解算 177

5.1 捷联惯导系统的误差 177

5.1.1 速度误差和位置误差方程 177

5.1.2 姿态误差方程 179

5.1.3 捷联惯导系统的误差传播特性 181

5.2 导航解算 182

5.2.1 姿态计算 183

5.2.2 加速度矢量变换算法 185

5.2.3 导航算法 185

5.3 卡尔曼滤波与辅助导航计算 186

5.3.1 卡尔曼滤波简单推导 186

5.3.2 几种最优估计和卡尔曼滤波基本方程 188

5.3.3 卡尔曼滤波中的技术处理 191

5.3.4 卡尔曼滤波理论在自主定位定向系统设计中的应用 202

5.3.5 卡尔曼滤波的推广 209

思考与练习 210

第6章 自主定位定向技术的应用 212

6.1 大地测量 212

6.2 铁路检轨 215

6.3 陀螺测斜仪和陀螺经纬仪 217

6.4 车辆稳定系统 219

6.5 摄像陀螺仪 220

6.6 船舶惯性导航系统 222

6.7 自动驾驶仪 224

6.8 导弹滚转被动控制（陀螺舵） 228

6.9 飞机弹射座椅 229

6.10 搜救机器人 230

6.11 个人自主航位推算 230

6.12 消费电子 231

附录 常用符号术语及定位定向技术参数常用单位 233

参考文献 236