惯性导航在海陆空天等多领域应用广泛。本书是一部系统阐述惯性导航原理及其在航海领域高精度应用的专业教材，系统介绍惯性导航的基础理论、关键技术及其新近发展，内容涵盖导航坐标系变换、陀螺稳定平台、惯性导航机械编排、误差特性分析、初始对准、综合校正等核心内容。考虑航海惯性导航的应用实际，增加阻尼技术、极区导航、匹配导航、两点校、三点校等内容。针对典型高精度惯性导航技术，重点介绍三轴旋转调制导航、静电惯性导航、量子惯性导航等内容。

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1998/09 – 2002/06，海军工程大学，航海仪器工程，获工学学士学位； 2002/09 – 2005/06，海军工程大学、上海交通大学联合培养，导航、制导与控制，获工学硕士学位； 2005/09 – 2009/06，海军工程大学，导航、制导与控制，获工学博士学位2014/12-2019/12，海军工程大学导航工程教研室副教授 2020/01至今，海军工程大学导航工程教研室教授，主任导航工程曾获军队优秀专业技术人才岗位津贴、大学学习成才先进个人等荣誉，两次荣立三等功国家重点研发项目评审专家、军委科技委创新特区项目评审专家、中国海陆空天惯性技术学科传播团队专家、《中国惯性技术学报》青年编委

目录
第1章 绪论 1
1.1 导航的基本概念 1
1.2 惯性导航系统基本原理 2
1.3 惯性导航技术发展 3
思考题 8
第2章 惯性导航基础知识 9
2.1 地球参考椭球和重力场 9
2.1.1 地球的形状与参考椭球 9
2.1.2 参考椭球的曲率半径 11
2.1.3 垂线及纬度的定义 13
2.1.4 地球的重力场 14
2.2 惯性导航中常用的坐标系 14
2.2.1 惯性坐标系 15
2.2.2 确定载体相对地球位置的坐标系 15
2.2.3 与载体位置或惯性导航系统本身有关的坐标系 16
2.3 三维直角坐标系间的角度关系与方向余弦矩阵 19
2.3.1 方向余弦矩阵的定义与性质 19
2.3.2 根据欧拉角求方向余弦矩阵 22
2.3.3 方向余弦矩阵的微分 25
2.4 坐标系间变换的其他数学描述 26
2.4.1 旋转矢量法 26
2.4.2 四元数 27
2.4.3 方向余弦矩阵、欧拉角、旋转矢量和四元数间的关系 29
2.5 单轴积分陀螺稳定系统及其几何稳定状态 31
2.5.1 组成与稳定原理 31
2.5.2 几何稳定状态分析 32
2.5.3 单轴陀螺稳定系统的校正问题 37
2.6 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 38
2.6.1 积分陀螺仪输出轴上干扰力矩对稳定系统的影响 38
2.6.2 单轴积分陀螺稳定系统的修正原理 41
思考题 43
第3章 平台式惯性导航系统原理 44
3.1 导航基本方程 44
3.1.1 哥氏定理 44
3.1.2 绝对加速度的分解 45
3.1.3 比力方程 46
3.2 指北方位惯性导航系统基本原理 48
3.2.1 指北方位惯性导航系统定位原理 48
3.2.2 平台的稳定及跟踪地理坐标系 51
3.2.3 指北方位惯性导航控制方程 57
3.2.4 指北方位惯性导航的高度通道问题 58
3.2.5 指北方位惯性导航系统的特点 60
思考题 60
第4章 捷联式惯性导航系统原理 61
4.1 捷联式惯性导航系统力学编排原理 61
4.1.1 捷联式惯性导航系统惯性坐标系机械编排 62
4.1.2 捷联式惯性导航系统导航坐标系机械编排 63
4.1.3 采用四元数的姿态更新方法 64
4.2 旋转调制式捷联式惯性导航系统 66
思考题 70
第5章 极区导航 71
5.1 极区概述 71
5.1.1 北极地区 71
5.1.2 南极地区 72
5.1.3 北极水域 72
5.2 极区导航面临的挑战 72
5.2.1 寻北能力下降 73
5.2.2 误差增大和计算溢出 73
5.3 极区惯性导航技术 73
5.3.1 格网导航技术 74
5.3.2 横向坐标导航技术 74
5.4 基于椭球地球模型的改进横向极区导航 75
5.4.1 横向坐标系的定义 75
5.4.2 横向导航中两个重要公式的推导 77
5.4.3 横向导航的姿态、速度和位置微分方程 81
5.5 仿真实验分析 81
思考题 85
第6章 无阻尼指北方位惯性导航的误差分析 86
6.1 无阻尼指北方位惯性导航的基本方程与误差方程 86
6.1.1 无阻尼指北方位惯性导航的基本方程 87
6.1.2 无阻尼指北方位惯性导航的误差方程 91
6.2 无阻尼指北方位惯性导航系统误差分析 96
6.2.1 指北方位惯性导航误差的周期性分析 96
6.2.2 误差的传递矩阵 101
6.2.3 各种误差源对无阻尼指北方位惯性导航系统误差的影响 109
6.3 重力异常对指北方位惯性导航误差的影响 112
6.3.1 重力异常问题 112
6.3.2 重力异常情况下平台式指北方位惯性导航误差方程的建立 112
6.3.3 重力异常对平台式指北方位惯性导航误差的影响 114
6.3.4 重力异常水平分量影响的消除方案 116
思考题 117
第7章 捷联式惯性导航误差分析 118
7.1 捷联式惯性导航系统误差方程 118
7.1.1 姿态角误差方程 118
7.1.2 速度误差方程 119
7.1.3 定位误差方程 120
7.2 旋转调制式捷联式惯性导航误差方程 120
7.2.1 旋转调制式捷联式惯性导航系统姿态误差方程 121
7.2.2 旋转调制式捷联式惯性导航系统速度误差方程 122
7.3 捷联系统误差分析 122
7.3.1 静基座误差方程 123
7.3.2 系统误差的周期特性分析 124
7.4 单轴旋转对捷联式惯性导航误差特性影响分析 125
7.4.1 单轴旋转调制基本原理 125
7.4.2 陀螺刻度系数误差和安装误差 126
7.4.3 陀螺常值漂移误差 128
7.4.4 陀螺仪随机漂移误差 128
7.4.5 加速度计误差 129
思考题 129
第8章 惯性导航系统的阻尼 130
8.1 惯性导航阻尼问题的提出 130
8.2 水平阻尼 133
8.2.1 水平校正网络的引入和确定方法 133
8.2.2 三通道指北方位惯性导航的水平阻尼及基本方程 136
8.2.3 水平阻尼指北方位惯性导航的误差特点 142
8.3 外速度补偿的水平阻尼惯性导航 145
8.3.1 载体加速度对内水平阻尼惯性导航的影响 145
8.3.2 有外速度补偿时的情况 146
8.3.3 外速度补偿水平阻尼惯性导航的基本方程 148
思考题 149
第9章 指北方位惯性导航系统的初始对准 150
9.1 概述 150
9.2 平台初始粗对准 151
9.2.1 水平粗对准 151
9.2.2 方位粗对准 153
9.3 运用卡尔曼滤波的初始对准方法 153
9.3.1 用于惯性导航初始对准的卡尔曼滤波方案 154
9.3.2 利用卡尔曼滤波估计状态的特点 156
思考题 158
第10章 捷联式惯性导航初始对准技术 159
10.1 传统解析式粗对准 159
10.2 传统罗经对准法 160
10.2.1 水平精对准 160
10.2.2 方位精对准 162
10.3 惯性坐标系初始对准 163
10.3.1 基本原理 163
10.3.2 误差分析 169
10.4 卡尔曼滤波在初始对准中的应用研究 175
10.4.1 卡尔曼滤波在初始对准中的应用 175
10.4.2 初始对准中失准角对准精度分析 176
思考题 177
第11章 惯性导航系统综合校正 178
11.1 利用非连续观测点进行误差校正 178
11.1.1 Ψ方程 178
11.1.2 惯性导航位置及航向误差与平台漂移角Ψ之间的关系 179
11.1.3 平台漂移角Ψ与陀螺漂移ε的关系 180
11.1.4 两点校 181
11.1.5 三点校 182
11.2 利用卡尔曼滤波的组合导航技术 186
11.2.1 组合导航的模式 187
11.2.2 基于位置和速度的组合导航 189
11.3 匹配导航 194
11.3.1 地磁匹配导航 195
11.3.2 重力匹配导航 203
思考题 212
第12章 典型高精度惯性导航系统 213
12.1 三轴旋转调制导航 213
12.1.1 误差调制原理 213
12.1.2 基于地心惯性坐标系的三轴旋转方案设计 215
12.2 静电惯性导航 216
12.2.1 静电陀螺仪的发展历史 217
12.2.2 静电陀螺仪的基本结构及工作原理 218
12.2.3 静电陀螺惯性导航系统 219
12.2.4 静电陀螺惯性导航系统的基本特点 219
12.3 量子惯性导航 220
12.3.1 原子干涉测量原理 220
12.3.2 原子干涉陀螺仪 221
12.3.3 原子干涉加速度计 222
12.3.4 原子干涉惯性导航 223
思考题 223
参考文献 224
后记 227