　　《无陀螺惯性导航技术》旨在介绍实现无陀螺惯性导航必须解决的一些关键技术。其中：第1章介绍无陀螺惯性导航技术的发展历程和现状；第2章介绍无陀螺惯性导航系统的基本原理，主要是利用加速度计通过“杆臂效应”测量刚体角运动参数的原理和方法、典型的加速度计配置方案，也介绍了课题组研制的无陀螺惯性测量试验装置；第3章介绍无陀螺惯性导航系统进行自主初始对准和借助外部信息辅助初始对准的技术方法；第4章介绍无陀螺惯性导航系统的姿态解算技术，主要介绍基于四元数法设计姿态解算算法的流程和注意事项；第5章对无陀螺惯性导航系统的主要惯性元件加速度计的噪声特性分析和降噪技术进行比较研究，推导了非标准观测噪声条件下的卡尔曼滤波基本方程；第6章分析了加速度计安装误差对导航参数解算的影响，提出了一种简化快捷的加速度计安装误差校准方法；第7章介绍无陀螺惯导与GPS进行组合导航的方法，包括EKF、UKF和PF等非线性滤波方法。

内页插图

第1章概述
1．1 惯性导航
1．2 无陀螺惯性导航
1．3 本书内容简介

第2章无陀螺惯性导航原理
2．1 加速度计工作原理
2．2 刚体运动模型
2．3 载体角速度解算
2．3．1 角加速度的解算
2．3．2 角速度平方的解算
2．3．3 角速度交叉乘积项的解算
2．3．4 其他组合方式的角速度解算
2．4 加速度计配置方案
2．4．1 经典6加速度计配置方案
2．4．2 典型的9加速度计配置方案
2．4．3 一种12加速度计的配置方案
2．5 GFIMU试验装置

第3章无陀螺惯导初始对准
3．1 自主式初始对准
3．1．1 捷联惯导对准原理应用于无陀螺惯导的可行性分析
3．1．2 单轴旋转的自主式对准方法
3．1．3 初始对准精度分析
3．1．4 仿真
3．2 外部信息辅助无陀螺惯导初始对准
3．2．1 外部信息辅助初始对准模型
3．2．2 仿真

第4章无陀螺惯导姿态解算
4．1 方向余弦法
4．2 欧拉角法
4．3 四元数法
4．3．1 旋转矢量与四元数
4．3．2 四元数与方向余弦矩阵
4．4 基于四元数的姿态解算算法
4．4．1 姿态解算算法设计
4．4．2 旋转矢量求解
4．4．3 更新四元数单位化
4．4．4 姿态角解算
4．4．5 划桨效应补偿
4．5 姿态解算精度分析
4．5．1 圆锥效应
4．5．2 四元数解算误差
4．6 试验

第5章加速度计噪声特性分析与降噪方法
5．1 加速度计噪声特性分析及处理
5．1．1 加速度计噪声的直观分析
5．1．2 基于Allan方差的加速度计噪声分析
5．2 改进的自适应卡尔曼滤波降噪
5．2．1 基于新息的噪声自适应估计
5．2．2 滑动估计窗口宽度的优化
5．3 基于小波卡尔曼滤波降噪
5．3．1 观测噪声在线近似估计方法
5．3．2 非标准观测噪声条件下卡尔曼滤波基本方程的理论推导
5．4 试验
5．4．1 无陀螺惯导中加速度计降噪模型
5．4．2 基于新息自适应卡尔曼滤波器的加速度计降噪方法
5．4．3 小波卡尔曼滤波降噪方法

第6章加速度计安装误差校准方法
6．1 加速度计安装误差的影响分析
6．2 加速度计安装误差校准原理
6．3 一种简化的安装误差校准方法
6．4 仿真
6．4．1 基于数字仿真的安装误差校准一般方法
6．4．2 基于数字-仿真的安装误差校准简化方法
6．5 加速度计安装误差校准试验
6．6 加速度计安装误差补偿试验
6．6．1 加速度计输出误差确定
6．6．2 误差补偿

第7章 GPS与无陀螺惯导组合导航
7．1 引言
7．1．1 级联组合方式
7．1．2 松组合方式
7．1．3 紧组合方式
7．2 GPS／GFINS非线性组合模型
7．2．1 系统状态方程
7．2．2 系统观测方程
7．3 GPS／GFINS非线性组合滤波
7．3．1 EKF滤波算法
7．3．2 UKF滤波算法
7．3．3 PF滤波算法
7．3．4 基于PF算法的GPS／GFINS组合滤波器解算流程
7．4 GPS／GFIMU组合导航试验

附录A 圆锥效应计算
参考文献

前言/序言

　　惯性导航是牛顿三大运动定律在现代导航领域的一项重要应用。惯性导航分别利用加速度计和陀螺测量载体的线运动参数（加速度）和角运动参数（角速度或角加速度），在已知载体初始条件（初始时刻位置、速度等）的基础上进行推算，从而得到后续时刻的位置、速度、姿态等信息。
　　一直以来，惯性导航系统（简称惯导）使用陀螺敏感地球自转角速度和测量载体的角运动参数，使用加速度计测量载体的线运动参数。从刚体运动的本质规律来讲，刚体存在角运动时，刚体上的质点也必然存在线运动，这就是刚体上的质点到刚体转动中心的“杆臂效应”。也就是说，利用“杆臂效应”，可以通过敏感质点线运动参数（如加速度）测量载体的角运动参数（角速度或角加速度）。基于这一认识，1967年，科研人员提出利用加速度计设计无陀螺惯性导航系统（Gyro-free Inertial Navigation System，GFINS）（简称无陀螺惯导）。早期加速度计的性能较低，通过“杆臂效应”测量载体角运动参数难以满足惯性导航系统设计要求，无陀螺惯导的研制难以实现。进入21世纪，陀螺和加速度计的制造技术、工艺都取得巨大的进步，加速度计的性能也得到了显著提高，主流加速度计的分辨力达到了l0-6g。相比陀螺，加速度计具备性能可靠、维护简单、体积小、成本低廉的更大优势。因此，无陀螺惯性导航技术研究重新受到科研人员的重视。
　　本书旨在介绍实现无陀螺惯性导航必须解决的一些关键技术。其中：第1章介绍无陀螺惯性导航技术的发展历程和现状；第2章介绍无陀螺惯性导航系统的基本原理，主要是利用加速度计通过“杆臂效应”测量刚体角运动参数的原理和方法、典型的加速度计配置方案，也介绍了课题组研制的无陀螺惯性测量试验装置（Gyro-free Inertial Measurement Unit.GFIMU）；第3章介绍无陀螺惯性导航系统进行自主初始对准和借助外部信息辅助初始对准的技术方法；第4章介绍无陀螺惯性导航系统的姿态解算技术，主要介绍基于四元数法设计姿态解算算法的流程和注意事项；第5章对无陀螺惯性导航系统的主要惯性元件加速度计的噪声特性分析和降噪技术进行比较研究，推导了非标准观测噪声条件下的卡尔曼滤波基本方程；第6章分析了加速度计安装误差对导航参数解算的影响，提出了一种简化快捷的加速度计安装误差校准方法；第7章介绍无陀螺惯导与GPS进行组合导航的方法，包括EKF、UKF和PF等非线性滤波方法。
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