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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