捷聯(lián)慣導系統(tǒng)偏軸 旋轉復合調制技術
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- 作者:任元,王麗芬,苗繼松,陳曉岑 著
- 出版時間:2020/7/1
- ISBN:9787118111576
- 出 版 社:國防大學出版社
- 中圖法分類:V448.131
- 頁碼:255
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16開
《捷聯(lián)慣導系統(tǒng)偏軸 旋轉復合調制技術》主要研究了慣性測量單元(IMU)在轉臺上進行偏軸安裝方式下的相關捷聯(lián)慣性導航新技術。為表示出IMU在轉位上偏軸安裝時各個運動下的坐標旋轉變換矩陣,首先提出了一種新的坐標旋轉變換方法。在此基礎上,針對具體的捷聯(lián)慣導新技術,研究了陀螺偏軸四位置分立標定方法、偏軸轉位的慣性器件系統(tǒng)級標定、偏軸轉位下高精度系統(tǒng)尋北、偏軸旋轉復合旋轉調制技術等內容,并設計相關實驗,對提出的各種方法進行了驗證。
《捷聯(lián)慣導系統(tǒng)偏軸 旋轉復合調制技術》可供從事慣性測量與高精度導航方面的科研人員及高等院校相關專業(yè)師生參考。
旋轉調制技術是將慣性器件安裝在轉位機構上,控制轉位機構使慣性器件繞一個軸或多個軸有規(guī)律地旋轉,從而將陀螺和加速度計的誤差調制為周期性變化的信號,以減弱其對導航精度的影響。按照轉位機構不同,一般分為單軸旋轉系統(tǒng)、雙軸旋轉系統(tǒng)以及三軸旋轉系統(tǒng)。而基于轉位方式的誤差標定和尋北解算,由于存在轉位機構的旋轉運動,也可以將其看作旋轉調制技術的一種延伸應用。從理論上講,每增加一個旋轉軸,即可多調制一部分慣性器件誤差,因此三軸旋轉調制系統(tǒng)的導航精度相對單軸和雙軸而言是最高的,但是系統(tǒng)的體積、重量也隨著轉動自由度的增加而增加。綜上所述,旋轉調制型捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的精度和體積之間不可避免地存在一定的矛盾。正是受體積、重量限制,目前研究及應用較多的為單軸及雙軸旋轉慣導系統(tǒng)。因此,拓展現(xiàn)有的旋轉調制方法,并研究在旋轉軸一定情況下慣性器的安裝與旋轉調制策略,以及導航解算與誤差標定方法等將具有重要意義。
本書將在現(xiàn)有的系統(tǒng)級旋轉調制基礎上提出組件級調制解調的方法,即通過對慣性測量單元中單個慣性器件的某個組件進行旋轉以達到系統(tǒng)級調制解調的效果,進一步提出轉子偏轉一定子旋轉復合調制解調方法,并將其反過來拓展應用于系統(tǒng)級旋轉調制型捷聯(lián)慣導系統(tǒng),提出捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的偏軸-旋轉復合調制解調技術,并研究其在快速高精度導航解算、誤差標定和自主尋北中的應用方法。
本書以組件級復合調制誤差補償、系統(tǒng)級復合調制導航解算、誤差標定和尋北解算為核心內容,突出了基礎性、創(chuàng)新性和前瞻性的研究成果及工程應用中的關鍵技術。全書共8章,分為五部分。第一部分包括第1章和第2章,主要介紹旋轉調制方法以及相關技術的研究現(xiàn)狀及其基本理論。第二部分由第3章組成,主要介紹組件級偏轉-旋轉復合調制方法。第三部分由第4、第5章組成,其中第4章介紹IMU偏軸-旋轉復合運動及其三元角描述方法,第5章介紹基于IMU偏軸-旋轉的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)復合調制導航解算方法。第四部分由第6、第7章組成,其中第6章介紹基于IMU偏軸-旋轉復合調制的慣性器件誤差標定方法,第7章介紹基于IMU偏軸-旋轉復合調制的自主尋北方法。第五部分是總結與展望,由第8章組成。
本書力求原創(chuàng)性強、理論聯(lián)系實際,但由于涉及多門學科前沿,內容較新,加上作者水平所限,難免存在不妥和疏漏之處,懇請廣大同行、讀者批評指正。
特別感謝北京航空航天大學的房建成院士在磁懸浮控制敏感陀螺及其組件級調制解調誤差補償方法研究中所給予的鼓勵、支持和指導!感謝“慣性技術”國防科技重點實驗室給予的大力支持和幫助。在近年來的研究過程中,作者所帶領團隊中的20多位老師和研究生先后參加了相關課題的研究工作,在此特別感謝航天工程大學的蔡遠文教授、王衛(wèi)杰講師、王華教授、邵瓊玲副教授、汪洲副教授、北京科技大學的繆存孝副教授、中國航天科技集團第一研究院15所的白煥旭研究員、中國航天科技集團第五研究院航天502所的樊亞洪高工、北京石油化工學院的劉強副教授、北京航空航天大學的孫津濟教授,感謝辛朝軍、許國鋒、夏長峰博士以及博士生尹增愿、朱挺和碩士生王磊、于春淼等的研究工作,感謝碩士生翟雪瑞、沙啟蒙、丁友、李恒、楊洋和熊振宇的校核工作。此外,本書部分內容還參考了國內外同行專家、學者的最新研究成果,在此一并向他們致以誠摯的謝意!
還要感謝國防工業(yè)出版社和北京市“高創(chuàng)計劃”青年拔尖人才項目在本書出版過程中給予的大力支持,以及航天工程大學在科研工作中給予的支持和幫助。
最后感謝在本書撰寫過程中所有給予關心、支持和幫助的人們!
第1章 緒論
1.1 概述
1.2 旋轉調制導航解算技術發(fā)展概況
1.2.1 單軸旋轉調制系統(tǒng)技術研究進展
1.2.2 雙軸旋轉調制系統(tǒng)技術研究進展
1.2.3 三軸旋轉調制系統(tǒng)技術研究進展
1.2.4 我國旋轉調制系統(tǒng)技術研究進展
1.3 捷聯(lián)慣導誤差標定技術研究進展
1.4 捷聯(lián)慣導自尋北技術研究進展
1.5 本書的編寫特點和內容安排
1.5.1 編寫特點
1.5.2 內容安排
1.6 本章小結
第2章 系統(tǒng)級旋轉調制基礎理論
2.1 坐標系及坐標變換
2.1.1 坐標系定義
2.1.2 姿態(tài)角與姿態(tài)矩陣
2.2 慣導系統(tǒng)誤差方程
2.3 系統(tǒng)級旋轉調制基本原理
2.3.1 陀螺漂移誤差調制原理
2.3.2 慣導系統(tǒng)旋轉調制原理
2.4 單軸旋轉調制誤差補償方法
2.4.1 陀螺零偏誤差調制效果分析
2.4.2 陀螺標度誤差調制效果分析
2.4.3 安裝誤差調制效果分析
2.5 雙軸旋轉慣導系統(tǒng)誤差補償方法
2.5.1 轉位方案設計原則
2.5.2 經典雙軸轉位方案分析
2.6 本章小結
第3章 組件級偏轉-旋轉復合調制誤差補償方法
3.1 MSCSG結構與工作原理
3.1.1 MSCSG結構
3.1.2 MSCSG測控一體化原理
3.2 MSCSG定子旋轉調制方法
3.3 MSCSG轉子偏轉調制方法
3.4 MSCSG轉子偏轉一定子旋轉復合調制方法
3.5 MSCSG組件級定子旋轉調制方案設計
3.5.1 系統(tǒng)組成與結構設計
3.5.2 定子旋轉調制轉停方案討論
3.6 MSCSG組件級調制解調仿真與試驗驗證
3.6.1 MSCSG定子旋轉調制誤差補償仿真分析
3.6.2 MSCSG轉子偏轉調制誤差補償實驗驗證
3.7 本章小結
第4章 IMU偏軸-旋轉復合轉位及其三元角描述方法
4.1 基于偏轉-旋轉的IMU安裝方式與轉位特點分析
4.1.1 IMU偏軸安裝與轉臺結構設計
4.1.2 基于偏轉-旋轉的IMU坐標變換
4.2 三元角定義
4.3 三元角變換矩陣
4.3.1 由末系到初系按先偏后旋方式推導
4.3.2 由末系到初系按先旋后偏方式反向驗證
4.4 三元角與歐拉角、四元數(shù)的轉換關系
4.4.1 三元角與歐拉角的轉換關系
4.4.2 三元角與四元數(shù)的轉換關系
4.4.3 三元角與其他方法的對比
4.5 三元角法仿真驗證
4.6 本章小結
……
第5章 基于IMU偏軸-旋轉復合調制的導航解算方法
第6章 基于IMU偏軸-旋轉復合轉位的誤差標定方法
第7章 基于IMU偏軸-旋轉復合調制的自主尋北方法
第8章 總結與展望
參考文獻