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1 绪论1

1.1 惯导系统的发展与现状1

1.2 惯性导航的基础知识2

1.2.1 地球形状2

1.2.2 垂线和纬度3

1.2.3 导航用坐标系3

1.3 惯导系统的基本原理4

1.3 1平台式惯导系统的基本原理4

1.3.2 捷联式惯导系统的基本原理6

1.4 惯导系统的关键技术7

1.4.1 惯性仪表技术7

1.4.2 惯性仪表误差补偿技术8

1.4.3 初始对准技术9

1.4.4 捷联式惯性系统的姿态矩阵计算9

1.5 惯导系统的初始对准9

1.5.1 初始对准的类别9

1.5.2 初始对准的要求10

1.5.3 初始对准的发展10

2 惯导系统的误差方程与误差分析11

2.1 引言11

2.2 平台式惯导系统的Ψ角误差方程12

2.2.1 系统的误差方程12

2.2.2 平台坐标系与真实地理坐标系的误差角Ф的计算15

2.3 平台式惯导系统的Ф角误差方程17

2.3.1 平台姿态误差方程17

2.3.2 速度误差方程18

2.3.3 系统的误差方程19

2.4 平台式惯导系统误差特性及其分析20

2.4.1 系统误差方程20

2.4.2 系统误差方块图21

2.4.3 系统误差特性分析22

2.4.4 平台式惯导系统误差传播特性24

2.5 捷联式惯导系统的Ф角误差方程26

2.5.1 数学平台的误差角方程26

2.5.2 速度误差方程30

2.5.3 位置误差方程30

2.5.4 系统误差方程30

2.5.5 无阻尼捷联惯导系统的误差传播特性及分析32

2.6 捷联式惯导系统的Ψ角误差方程33

2.6.1 误差方程的建立34

2.6.2 捷联惯导系统的Ψ角误差模型与Ф角误差模型之间的关系35

2.7 本章小结36

3 惯导系统的初始对准方法36

3.1 引言36

3.2 平台式惯导系统的经典初始对准方法37

3.2.1 静基座条件下指北方位惯导系统误差方程37

3.2.2 单轴水平回路的初始对准38

3.2.3 方位罗经对准原理及精度分析43

3.2.4 陀螺漂移的测定46

3.3 捷联式惯导系统的经典初始对准方法48

3.3.1 解析粗对准49

3.3.2 精对准原理52

3.4 状态观测器在惯导系统初始对准中的应用58

3.4.1 状态方程和观测方程的建立58

3.4.2 水平对准回路60

3.4.3 方位罗经对准回路62

3.5 卡尔曼滤波原理64

3.5.1 卡尔曼滤波与最优估计64

3.5.2 卡尔曼滤波方程65

3.5.3 连续系统离散化转移矩阵Фk+1,k和系统噪声方差阵Qk的计算69

3.5.4 有色噪声条件下的卡尔曼滤波71

3.5.5 非线性系统的卡尔曼滤波72

3.6 惯导系统静基座初始对准的卡尔曼滤波方法73

3.6.1 平台式惯导系统静基座初始对准的卡尔曼滤波方法73

3.6.2 捷联惯导系统静基座初始对准的卡尔曼滤波方法78

3.7 惯导系统动基座初始对准的卡尔曼滤波方法80

3.7.1 平台式惯导系统动基座对准误差模型的建立80

3.7.2 捷联惯导系统动基座对准卡尔曼滤波模型的建立81

3.7.3 平台式惯导系统及捷联式惯导系统动基座初始对准的可观测性分析问题82

3.8 本章小结82

4 PWCS可观测性分析理论与方法83

4.1 引言83

4.2 PWCS的可观测性矩阵84

4.2.1 系统可观测性的概念及PWCS的可观测性矩阵84

4.2.2 PWCS的提取可观测性矩阵88

4.3 PWCS的可观测性分析步骤90

4.4 系统状态变量可观测度分析的特征值方法96

4.4.1 引言96

4.4.2 误差协方差阵的特征值和特征向量96

4.4.3 P阵的规范化97

4.4.4 举例98

4.4.5 小结100

4.5 系统状态变量可观测度分析的奇异值方法100

4.5.1 可观测性指数101

4.5.2 奇异值分解有关理论101

4.5.3 基于奇异值分解理论的系统可观测性分析103

4.5.4 举例105

4.5.5 可观测度的定义105

4.6 本章小结106

5 PWCS可观测性分析方法在惯导系统动基座对准中的应用110

5.1 引言110

5.2 平台式惯导系统动基座对准的可观测性分析110

5.2.1 平台式惯导系统动基座对准的误差模型110

5.2.2 平台式惯导系统动基座对准过程的可观测性分析112

5.2.3 平台式惯导系统动基座对准过程的可观测性分析结果114

5.3 捷联式惯导系统动基座对准的可观测性分析115

5.3.1 捷联惯导系统动基座对准的误差模型116

5.3.2 捷联惯导系统动基座对准过程的可观测性分析118

5.3.3 捷联惯导系统动基座对准过程的可观测性分析结果121

5.4 惯导系统动基座初始对准时状态变量的可观测度分析122

5.4.1 平台式惯导系统静基座对准时的可观测性和可观测度123

5.4.2 捷联惯导系统在摇摆基座上初始对准时状态可观测度分析124

5.4.3 捷联惯导系统在线加速运动对准时的状态可观测度分析130

5.4.4 捷联惯导系统在组合运动对准时的状态可观测度分析131

5.5 本章小结132

6 惯导系统静基座快速精确初始对准方法142

6.1 引言142

6.2 平台式惯导系统的静基座快速初始对准方法142

6.2.1 平台式惯导系统静基座对准的误差模型及可观测性分析142

6.2.2 平台式惯导系统静基座初始对准的仿真结果及精度分析143

6.2.3 一种快速有效的平台式惯导系统静基座初始对准方法144

6.2.4 快速初始对准方法的精度分析及计算机仿真结果145

6.3 捷联惯导系统的静基座快速初始对准方法146

6.3.1 捷联惯导系统静基座对准的卡尔曼滤波模型及可观测性分析146

6.3.2 捷联惯导系统静基座快速初始对准方法147

6.3.3 快速初始对准方法的计算机仿真结果与精度分析148

6.4 捷联惯导系统静基座最优多位置对准149

6.4.1 引言149

6.4.2 捷联惯导系统的误差模型149

6.4.3 可观测性分析150

6.4.4 最优多位置对准152

6.4.5 小结154

6.5 陀螺随机常值漂移的多级标定法及其在初始对准中的应用155

6.5.1 陀螺随机常值漂移的多级标定法155

6.5.2 仿真及实验结果157

6.5.3 陀螺常值漂移多级标定方法在惯导系统初始对准中的应用157

6.6 本章小结158

7 惯导系统动基座快速精确对准方法160

7.1 引言160

7.2 快速初始对准方法在平台式惯导系统动基座（匀速平直运动）对准中的应用160

7.2.1 平台式惯导系统在匀速平直运动情况下的初始对准误差模型及可观测性分析160

7.2.2 平台式惯导系统在匀速平直运动时的快速初始对准方法161

7.3 平台式惯导系统动基座对准的仿真研究162

7.4 快速初始对准方法在捷联惯导系统动基座（匀速平直运动）对准中的应用165

7.4.1 捷联惯导系统在载体匀速平直运动情况下的初始对准误差模型及可观测性分析165

7.4.2 捷联惯导系统在匀速平直运动时的快速初始对准方法168

7.5 捷联惯性系统动基座对准的仿真研究169

7.5.1 捷联系统传感器仿真169

7.5.2 捷联系统算法仿真170

7.5.3 捷联系统卡尔曼滤波器仿真170

7.5.4 捷联系统在静基座对准时卡尔曼滤波仿真170

7.5.5 捷联系统在摇摆运动时初始对准的卡尔曼滤波仿真171

7.5.6 捷联惯性系统在线加速运动对准时的卡尔曼滤波仿真174

7.5.7 捷联惯性系统在组合运动时的卡尔曼滤波仿真178

7.6 本章小结178

8 初始对准的展望183

8.1 引言183

8.2 自适应卡尔曼滤波器在惯导系统动基座对准中的应用183

8.3 H∞滤波器在惯导系统初始对准中的应用184

8.4 神经网络技术在惯导系统初始对准中的应用185

8.5 GPS信息辅助惯导系统运动基座快速精确对准方法186

参考文献187