本书系统、全面地介绍陀螺仪的基本概念、基本理论及陀螺技术的应用。全书共分为9章，第1章为绪论，主要介绍陀螺仪的起源、发展历程和概念定义；第2～4章介绍机械转子陀螺仪原理及其在导航装备中的应用；第5～6章介绍光学陀螺仪的原理及特性；第7章介绍微机械陀螺仪的基本理论及其工作原理；第8章介绍半球谐振陀螺的基本原理和应用情况；第9章介绍陀螺仪漂移测试的基本原理。
样章试读
目录
- 目录
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 陀螺仪的发展历程 2
1.1.2 陀螺仪的分类 3
1.1.3 转子陀螺仪的定义 7
1.1.4 转子陀螺仪的基本特性 7
1.2 物体空间位置和运动 9
1.2.1 点的位置向量及其表示法 9
1.2.2 方向余弦矩阵的定义 12
1.2.3 方向余弦矩阵的正交性 16
1.2.4 刚体在空间的位置 18
1.2.5 刚体空间运动及角速度向量 22
1.2.6 科里奥利定理 27
1.2.7 惯性椭球 30
1.3 常用坐标系 32
1.3.1 惯性坐标系 32
1.3.2 地理坐标系 32
1.3.3 载体坐标系 35
1.3.4 陀螺坐标系 35
小结 36
复习思考题 36
第2章 陀螺仪基本理论 39
2.1 陀螺仪基本特性的力学原理 39
2.1.1 动量矩及动量矩定理 39
2.1.2 陀螺仪三特性 41
2.2 陀螺仪运动方程 45
2.2.1 用欧拉动力学方程建立陀螺仪运动方程 45
2.2.2 用第二类拉格朗日方程建立陀螺仪运动方程 49
2.2.3 用动静法建立陀螺仪运动方程 51
2.3 陀螺仪运动分析 52
2.3.1 无外力矩作用时—定轴性 52
2.3.2 脉冲力矩作用下—稳定性 53
2.3.3 常值力矩作用下—进动性 55
2.4 自由陀螺仪视运动 56
2.4.1 视运动现象 56
2.4.2 陀螺仪视运动分析 57
2.4.3 陀螺坐标系与地理坐标系之间的转换关系 59
2.5 陀螺方位仪指北原理 61
2.6 陀螺方位仪运动方程 63
2.7 陀螺方位仪误差分析 64
小结 71
复习思考题 71
第3章 摆式陀螺罗经 77
3.1 指北基本原理 77
3.1.1 摆式罗经 77
3.1.2 下重式陀螺仪找北能力 79
3.1.3 陀螺仪无阻尼振荡 80
3.2 陀螺仪主轴相对稳定平衡位置的无阻尼振荡 83
3.2.1 陀螺仪在静止基座上的运动微分方程及平衡位置 83
3.2.2 陀螺仪主轴相对平衡位置的微振动方程 84
3.2.3 陀螺罗经的指向力矩 86
3.2.4 陀螺罗经的质量系数 87
3.3 陀螺仪主轴的阻尼振荡运动 87
3.3.1 液体阻尼器 87
3.3.2 阻尼器内为理想液体 88
3.3.3 阻尼液体的流动滞后高度角变化1/4周期 88
3.3.4 多余液体重力矩 88
3.3.5 加阻尼器后陀螺仪主轴的平衡位置 89
3.4 陀螺仪主轴阻尼振荡的数学分析 90
3.4.1 运动微分方程 90
3.4.2 平衡位置 91
3.4.3 主轴偏离平衡位置后在方位角上的运动规律 91
3.4.4 阻尼振荡动态品质参数 94
3.5 基座运动对陀螺罗经指向的影响 96
3.5.1 速度自差 96
3.5.2 速度自差校正器 97
3.5.3 陀螺仪主轴在运动基座上的无阻尼振荡 98
3.6 双转子摆式罗经的冲击误差 100
3.6.1 第一类冲击误差的产生和消除 100
3.6.2 第二类冲击误差的产生和消除 105
3.6.3 冲击误差的合成 107
3.7 舒勒原理 109
3.8 舰船摇摆对陀螺仪指向的影响 111
3.8.1 舰船航向为0°,90°,180°,270°时的横摇 111
3.8.2 舰船航向为45°,135°时的横摇 112
3.8.3 摇摆误差 113
3.9 双转子陀螺仪消除摇摆误差的原理 115
3.9.1 双转子摆式罗经 115
3.9.2 双转子陀螺仪的运动微分方程 117
3.9.3 双转子陀螺罗经的摇摆误差 122
小结 124
复习思考题 124
第4章 电控罗经 127
4.1 陀螺仪 127
4.2 电磁摆与信号-力矩器 130
4.2.1 电磁摆 130
4.2.2 信号-力矩器 131
4.3 传动过程及其电路系统 133
4.4 方位仪工作状态 136
4.4.1 静止基座 137
4.4.2 基座运动对方位仪指向的影响 137
4.4.3 直航等加速运动时的影响 139
4.5 静基座无阻尼运动 140
4.5.1 无阻尼运动的定义 140
4.5.2 无阻尼运动方程 141
4.5.3 平衡位置 143
4.5.4 运动规律 143
4.6 静基座阻尼运动 145
4.6.1 阻尼运动方程 145
4.6.2 平衡位置 146
4.6.3 稳定条件 148
4.6.4 运动规律 148
4.6.5 电控罗经运动参数 150
4.7 舰船匀速运动的影响 152
4.7.1 平衡位置 152
4.7.2 电控罗经的补偿 155
4.8 舰船加速运动的影响 155
4.8.1 加速度对电磁摆的影响 156
4.8.2 电磁摆的止挡作用 156
4.9 环航误差 159
4.10 舰船摇摆的影响 162
4.10.1 电磁摆在无阻尼情况下电控罗经的摇摆误差 162
4.10.2 强阻尼电磁摆克服摇摆误差的原理 165
4.11 状态转换及其补偿方法 167
小结 169
复习思考题 169
第5章 激光陀螺仪 170
5.1 光学陀螺仪的基础理论 170
5.1.1 光的电场表述 170
5.1.2 光波叠加分析 173
5.1.3 光的干涉 176
5.2 萨奈克效应 178
5.2.1 环形光路的萨奈克效应 178
5.2.2 萨奈克干涉仪与光学陀螺 180
5.3 激光陀螺仪基本工作原理 181
5.3.1 激光原理 182
5.3.2 激光陀螺仪的测量原理 184
5.3.3 激光陀螺仪的信号检测 186
5.4 激光陀螺仪的发展、分类及特点 187
5.4.1 激光陀螺仪的发展历史 187
5.4.2 激光陀螺仪的发展趋势 192
5.4.3 激光陀螺仪的分类 194
5.5 激光陀螺仪的结构原理 195
5.5.1 光强控制系统 195
5.5.2 腔长控制系统 197
5.5.3 闭锁效应及其消除方法 199
5.5.4 机械抖动偏频 200
5.5.5 抖动机构与抖动控制系统 205
5.6 激光陀螺仪的误差特性 207
5.6.1 零偏误差与稳流控制 207
5.6.2 随机误差 208
5.6.3 热漂移误差及其补偿 209
5.6.4 其他误差 210
5.7 激光陀螺仪的关键技术及其应用 211
5.7.1 激光陀螺仪的关键技术 211
5.7.2 激光陀螺仪在捷联式惯性导航系统中的应用 212
小结 218
复习思考题 219
第6章 光纤陀螺仪 220
6.1 概述 220
6.1.1 光纤陀螺仪的发展历程 220
6.1.2 光纤陀螺仪的特点及应用领域 222
6.1.3 光纤陀螺仪的测量原理 223
6.2 光纤陀螺仪的分类 224
6.2.1 干涉式光纤陀螺仪 224
6.2.2 谐振式光纤陀螺仪 225
6.2.3 布里渊散射式光纤陀螺仪 225
6.3 干涉式光纤陀螺仪的光路互易性及结构组成 226
6.3.1 互易性的概念 226
6.3.2 最小互易性光路结构 228
6.3.3 闭环干涉式光纤陀螺仪的一般结构 229
6.4 干涉式光纤陀螺仪的信号检测及组成结构 231
6.4.1 光纤陀螺仪的相位偏置调制 232
6.4.2 光纤陀螺仪的检测方案 234
6.4.3 数字式闭环光纤陀螺仪的组成结构 239
6.5 光纤陀螺仪的误差特性 241
6.5.1 光纤陀螺仪的输出特点 241
6.5.2 光纤陀螺仪的随机误差 242
6.5.3 光纤陀螺仪的温度漂移 244
6.6 光纤陀螺仪的应用与发展 247
6.6.1 光纤陀螺仪的应用 247
6.6.2 光纤陀螺仪在寻北仪中的应用 252
6.6.3 光纤陀螺仪在捷联式惯性导航系统中的应用 261
6.6.4 光纤陀螺仪的发展方向 271
小结 277
复习思考题 278
第7章 微机械陀螺仪 279
7.1 概述 279
7.1.1 微机械陀螺仪的特点及分类 279
7.1.2 微机械陀螺仪的发展概况 282
7.2 微机械陀螺仪的工作原理 286
7.2.1 科里奥利效应 286
7.2.2 微机械陀螺仪的动力学分析 289
7.2.3 微机械陀螺仪的驱动原理 292
7.2.4 微机械陀螺仪的信号检测 295
7.2.5 微机械陀螺仪的误差分析 296
7.3 微机械陀螺仪的应用与实例 298
7.3.1 微机械陀螺仪的应用 299
7.3.2 微机械陀螺仪步行导航实例 300
小结 301
复习思考题 301
第8章 半球谐振陀螺仪 303
8.1 概述 303
8.2 半球谐振陀螺仪的结构及工作原理 307
8.2.1 半球谐振陀螺仪的结构 307
8.2.2 半球谐振陀螺仪的工作原理 308
8.2.3 半球谐振陀螺仪的动力学模型 309
8.2.4 半球谐振陀螺仪的动力学方程求解 317
8.2.5 半球谐振陀螺仪的工作模式 321
8.3 半球谐振陀螺仪的应用 325
8.3.1 半球谐振陀螺仪在宇航领域中的应用 325
8.3.2 半球谐振陀螺仪在海上的应用 326
8.3.3 半球谐振陀螺仪的研究与应用展望 327
小结 328
复习思考题 328
第9章 陀螺仪的漂移及其测试 329
9.1 陀螺仪漂移的基本概念 329
9.1.1 自由陀螺仪的漂移 329
9.1.2 单自由度陀螺仪的漂移 330
9.2 陀螺仪的漂移测试伺服跟踪法 331
9.2.1 伺服跟踪法的原理 331
9.2.2 测速方法 332
9.3.3 转台轴的取向 332
9.3 漂移测试力矩反馈法 333
9.3.1 力矩反馈法的原理 333
9.3.2 陀螺仪相对地理坐标系的取向 334
9.4 陀螺仪漂移的数学模型 335
9.5 光学陀螺仪的误差及其标定方法 338
9.5.1 光学陀螺仪的性能指标 338
9.5.2 惯性元件的误差模型 339
9.5.3 IMU组合标定 340
9.5.4 惯性元件的误差补偿 345
小结 346
复习思考题 346
参考文献 347
京公网安备 11010102004214号