9787564154165 即插即用式光纤陀螺全站仪组合定向理论 东南大学出版社 于先文 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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于先文 著

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• 光纤陀螺仪
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• 即插即用
• 工程测量
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出版社： 东南大学出版社

ISBN：9787564154165

商品编码：29301444926

包装：平装

出版时间：2014-12-01

基本信息

书名：即插即用式光纤陀螺全站仪组合定向理论

定价：38.00元

作者：于先文

出版社：东南大学出版社

出版日期：2014-12-01

ISBN：9787564154165

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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全书分八章，包括绪论、全站仪的主要轴系、光纤陀螺的工作原理及误差、地面定向的点线面、光纤陀螺/全站仪组合原理、常参数出厂标定、应用方法及精度、仪器试制及测试等内容，全面叙述了光纤陀螺/全站仪组合的整套技术理论。

目录

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章　绪论
1.1需求背景
1.1.1测绘需求
1.1.2城镇测绘技术现状
1.2机械陀螺经纬仪（全站仪）
1.2.1机械陀螺经纬仪（全站仪）定向原理
1.2.2机械陀螺经纬仪（全站仪）的发展
1.2.3机械陀螺经纬仪（全站仪）定向方法
1.2.4机械陀螺经纬仪（全站仪）的不足9
1.3光纤陀螺
1.3.1光纤陀螺的发展
1.3.2光纤陀螺的特点
1.3.3光纤陀螺的应用
1.4即插即用式光纤陀螺全站仪组合定向
1.4.1技术难点
1.4.2组合方案设计
1.4.3技术特点及应用领域
……
第二章　组合定向的地理基础
第三章　全站仪构造及主要轴系
第四章　光纤陀螺定向原理及主要误差
第五章　光纤陀螺全站仪组合定向原理
第六章　常参数出厂标定方法
第七章　即插即用式学纤陀螺全站仪组合的应用方法
第八章　仪器试制及测试
参考文献
附录　主要变量及符号释义

作者介绍

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于先文，男，博士，副教授，江苏省测绘地理信息学会青年工作委员会委员，安徽五河人。1999年7月于西安工程学院测绘工程系毕业，获学士学位；2005年3月于东南大学交通学院毕业，获硕士学位；2009年6月于东南大学仪器科学与工程学院毕业，获博士学位；2011年通过国家注册测绘师考试，获得注册测绘师资格证书。现在东南大学交通学院测绘工程系从事教学与科研工作，主要研究方向为测量数据处理理论、GNSS精密定位技术、惯性技术在测绘中的应用等。已主持完成国家科技支撑计划子课题1项、江苏省测绘科研基金1项，参与完成省部级以上科研项目近10项，获得教育部科技进步一等奖1项，国家测绘科技进步三等奖1项。发表学术论文近20篇，获得授权发明5项，参编教材2部。

文摘

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序言

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《惯性导航系统原理与应用》 内容简介 本书系统阐述了惯性导航系统的基本原理、关键技术、组成部分及其广泛的应用。全书围绕惯性测量单元（IMU）的测量原理、导航信息解算、误差分析与补偿、系统集成与标定等方面展开，力求从理论到实践，全面深入地展现惯性导航技术的精髓。 第一章 绪论 本章首先介绍惯性导航系统的定义、发展历程及其在现代科技中的重要地位。通过追溯惯性导航技术从早期航海罗盘到现代高精度惯性传感器的演进，揭示其不断突破技术瓶颈、拓展应用领域的历程。随后，阐述惯性导航系统的基本工作原理，即通过惯性传感器感知载体的运动信息，并利用微处理器对这些信息进行积分运算，从而实时推算载体的速度、位置和姿态。在此基础上，详细介绍惯性导航系统相对于其他导航方式（如GPS、雷达等）的优势，如自主性强、抗干扰能力好、响应速度快等，同时也客观分析其固有的缺点，例如误差随时间累积等，并引出误差分析与补偿的重要性。最后，简要概述本书的章节结构和内容安排，为读者后续深入学习打下基础。 第二章 惯性传感器技术 惯性传感器是惯性导航系统的核心感知部件，本章将重点剖析各类惯性传感器的测量原理、技术特点和性能指标。 2.1 加速度计 2.1.1 压电式加速度计： 介绍压电效应在加速度测量中的应用，重点解析其结构、工作原理、灵敏度、带宽等参数。 2.1.2 压阻式加速度计： 阐述压阻效应的物理机制，详细介绍压阻式加速度计的构造，分析其动态范围、零偏稳定性等特性。 2.1.3 陶瓷电容式加速度计： 聚焦电容变化与加速度的关联，解析其工作原理，探讨其在高精度测量方面的优势。 2.1.4 微机械加工（MEMS）加速度计： 重点介绍MEMS技术在加速度计制造中的革新，详细讲解微梁、位移传感器等关键组成部分的原理，分析其在小型化、低功耗、低成本等方面的突出优点。 2.1.5 伺服式加速度计（力平衡式）： 阐述力平衡原理，介绍伺服式加速度计如何通过反馈力抵消惯性力，实现高精度测量。 2.2 陀螺仪 2.2.1 机械陀螺仪： 介绍传统机械陀螺仪的刚体动力学原理，如角动量守恒定律，分析其在测量角速度方面的基本原理。 2.2.2 振动陀螺仪： 科里奥利力振动陀螺仪： 详细讲解科里奥利力在振动系统中的体现，阐述其如何感知旋转产生的科里奥利力从而测量角速度。 谐振式陀螺仪： 介绍谐振结构如何感知角速度，分析其频率变化与角速度的关系。 2.2.3 光纤陀螺仪（FOG）： 重点讲解Sagnac效应，详细阐述光波在旋转环形器中传播时产生的相位差与角速度的关系。介绍不同结构的FOG，如Sagnac环型、双Sagnac环型等，分析其性能优势。 2.2.4 激光陀螺仪（RLG）： 阐述激光在谐振腔内传播时，由于运动产生的频率差，分析其如何用于角速度测量。介绍不同类型的RLG，如三角形、方形等。 2.2.5 MEMS陀螺仪： 介绍MEMS技术在陀螺仪制造中的应用，阐述其如何利用微结构感知角速度，并分析其小型化、低功耗等优势。 2.3 惯性测量单元（IMU） 2.3.1 IMU的组成： 介绍IMU通常包含多个加速度计和陀螺仪，用于测量三维空间中的线加速度和角速度。 2.3.2 IMU的类型与配置： 讨论不同配置的IMU，如三轴加速度计+三轴陀螺仪，以及根据不同应用场景对IMU性能指标的要求。 2.3.3 IMU的性能指标： 详细解释IMU的关键性能指标，包括零偏、尺度因子、轴不对准、噪声密度、灵敏度系数不确定度、带宽等，并说明这些指标对导航精度的影响。 第三章 惯性导航原理 本章深入探讨惯性导航系统的数学模型和核心算法。 3.1 导航坐标系 3.1.1 地理坐标系： 介绍大地坐标系、地心地固坐标系等，以及它们之间的转换关系。 3.1.2 平台坐标系（载体坐标系）： 定义载体坐标系，通常以载体的质心为原点，轴线与载体固连。 3.1.3 导航坐标系（当地水平系）： 定义当地水平系，通常以惯性系为基准，z轴指向地心，x轴指向东方，y轴指向北方。 3.1.4 惯性系： 介绍惯性系（例如，固连于宇宙的非旋转参考系）作为惯性导航系统的基准。 3.1.5 坐标系之间的转换： 详细推导各坐标系之间的转换矩阵，为后续的状态方程建立提供基础。 3.2 导航状态方程 3.2.1 牛顿第二定律在惯性系下的应用： 基于牛顿运动定律，推导出载体在惯性系下的加速度和速度表达式。 3.2.2 姿态方程： 建立描述载体姿态变化的微分方程，通常使用欧拉角、四元数或方向余弦矩阵表示姿态。 3.2.3 位置方程： 建立描述载体位置变化的微分方程，将速度在导航坐标系下积分即可得到位置。 3.2.4 速度方程： 描述载体速度变化的微分方程，包含重力、科里奥利力、离心力以及惯性传感器的测量值。 3.2.5 引入地球自转和赤道和极效应： 考虑地球自转对导航精度的影响，分析在不同纬度下的地球效应。 3.3 惯性导航信息解算 3.3.1 平台式惯性导航系统： 介绍平台式INS的原理，即利用稳定平台来保持平台坐标系与导航坐标系的一致性，从而直接测量载体的姿态信息。 3.3.2 捷联式惯性导航系统（SINS）： 详细阐述捷联式INS的原理，即直接将惯性传感器固连在载体上，通过计算来虚拟稳定平台。重点分析其状态方程的建立和求解过程。 3.3.3 离散化处理： 将连续的微分方程离散化，以便在数字计算机上进行实时计算。 3.3.4 积分方法： 介绍常用的积分算法，如欧拉积分、中值积分、龙格-库塔法等，并分析它们的精度和计算量。 第四章 惯性导航误差分析与补偿 本章将系统分析惯性导航系统中存在的各种误差源，并介绍主要的误差补偿方法。 4.1 惯性传感器误差 4.1.1 加速度计误差： 详细分析零偏、尺度因子误差、轴不对准误差、噪声、二阶效应等。 4.1.2 陀螺仪误差： 重点分析零偏、尺度因子误差、轴不对准误差、噪声、角随机游走、常值漂移等。 4.1.3 陀螺仪常值漂移分析： 深入研究陀螺仪常值漂移的产生机理，以及其对导航精度的长期影响。 4.2 导航误差分析 4.2.1 地球模型误差： 分析地球非球形、重力异常等模型误差对导航精度的影响。 4.2.2 平台误差（平台式）： 分析平台稳定系统本身的误差。 4.2.3 捷联系统误差（捷联式）： 分析捷联式系统中由于离散化、计算精度等带来的误差。 4.2.4 姿态误差： 分析姿态角测量和计算中的误差。 4.2.5 位置误差： 分析由于速度和姿态误差积分产生的累积位置误差。 4.2.6 速度误差： 分析速度测量和计算中的误差。 4.3 误差补偿方法 4.3.1 初始对准： 介绍INS在开始工作前的初始对准过程，包括粗对准和精对准，以及如何利用重力、地球自转等信息进行对准。 4.3.2 漂移补偿： 零偏补偿： 介绍如何通过对准过程或外部辅助信息对陀螺仪零偏进行补偿。 尺度因子补偿： 介绍如何对尺度因子误差进行补偿。 4.3.3 外部辅助信息融合： GPS/GNSS辅助： 详细介绍如何利用GPS/GNSS的绝对位置和速度信息来校正INS的累积误差，实现高精度导航。重点讲解卡尔曼滤波（Kalman Filter, KF）在INS/GPS融合中的应用。 磁力计辅助： 介绍如何利用磁力计提供航向信息，校正INS的航向误差。 高度计辅助： 介绍如何利用高度计修正INS的高度和垂直速度误差。 轮速计辅助： 介绍如何利用轮速计提供速度信息，校正INS的速度误差。 4.3.4 滤波算法： 卡尔曼滤波（KF）： 详细推导标准卡尔曼滤波器的递推方程，并分析其在INS误差状态估计中的作用。 扩展卡尔曼滤波（EKF）： 介绍当系统非线性时，如何使用EKF进行状态估计。 无迹卡尔曼滤波（UKF）： 介绍UKF在处理非线性系统时的优势。 粒子滤波（PF）： 介绍PF在处理高度非线性或非高斯噪声系统时的应用。 第五章 惯性导航系统集成与标定 本章关注惯性导航系统的实际工程实现和性能提升。 5.1 系统集成 5.1.1 IMU与处理单元的集成： 介绍IMU与导航计算机、电源等设备的连接和接口设计。 5.1.2 硬件选型与设计： 讨论不同应用场景下对IMU、处理器、存储器等硬件的选型原则，以及系统整体设计考虑。 5.1.3 软件架构与开发： 介绍惯性导航软件系统的设计，包括数据采集、滤波算法、导航解算、系统监控等模块。 5.1.4 实时性要求： 分析惯性导航系统对计算实时性的要求，以及如何通过软硬件协同优化来满足。 5.2 系统标定 5.2.1 惯性传感器标定： 零偏标定： 介绍离线和在线标定陀螺仪和加速度计零偏的方法。 尺度因子标定： 介绍如何标定加速度计和陀螺仪的尺度因子。 轴不对准标定： 详细讲解如何测量和补偿加速度计和陀螺仪轴之间的夹角误差。 安装误差标定： 介绍IMU在载体上的安装误差标定方法。 5.2.2 系统级标定： 初始对准标定： 讨论如何通过精确的初始对准来优化系统性能。 动态标定： 介绍在载体运动过程中进行的动态标定，以获取更准确的误差模型。 5.2.3 标定方法的选择与优化： 讨论不同标定方法的适用性，以及如何通过实验设计来提高标定精度。 第六章 惯性导航系统的应用 本章展示惯性导航系统在各个领域的广泛应用，体现其重要的技术价值。 6.1 航空航天领域 6.1.1 飞机导航与姿态控制： 介绍INS在民用和军用飞机上的应用，用于飞行姿态、航迹的测量与控制。 6.1.2 导弹制导： 阐述INS在导弹制导系统中的核心作用，提供精确的飞行弹道信息。 6.1.3 航天器姿态确定与轨道保持： 介绍INS在卫星、空间站等航天器上的应用。 6.2 陆地导航与测绘 6.2.1 车辆导航（汽车、无人车）： 重点介绍INS与GPS/GNSS融合在车辆导航中的应用，解决GPS信号遮挡区域的导航问题。 6.2.2 机器人导航： 阐述INS在移动机器人、服务机器人等领域的应用，用于自主定位与路径规划。 6.2.3 地质勘探与测绘： 介绍INS在地面测量、三维建模等方面的应用。 6.2.4 钻井定向： 阐述INS在石油钻井、煤矿开采等领域的定向应用。 6.3 海洋与水下导航 6.3.1 船舶导航： 介绍INS在船舶上的应用，提供高精度的航向、速度和位置信息。 6.3.2 水下航行器（AUV/ROV）导航： 重点分析INS在GPS信号无法穿透的水下环境中的重要性，以及与声学导航等技术的融合。 6.4 其他应用 6.4.1 智能手机与穿戴设备： 介绍MEMS IMU在智能手机、运动手环等消费电子产品中的应用，用于姿态感应、运动监测等。 6.4.2 虚拟现实（VR）与增强现实（AR）： 阐述IMU在VR/AR头显中的作用，提供用户头部运动的精确追踪。 6.4.3 工业自动化与测量： 介绍INS在工业机器人、设备姿态监测等方面的应用。 附录 附录A：常用数学工具 A.1 向量与矩阵运算： 介绍惯性导航中常用的向量和矩阵运算。 A.2 微分方程求解： 简要回顾常用的微分方程求解方法。 A.3 概率论与数理统计基础： 介绍卡尔曼滤波等算法所需的基础概率论和数理统计概念。 附录B：惯性导航系统仿真 B.1 仿真平台介绍： 介绍常用的惯性导航系统仿真软件和平台。 B.2 仿真模型建立： 演示如何建立惯性导航系统的仿真模型。 B.3 仿真实验设计与分析： 引导读者进行仿真实验，分析不同参数对导航精度的影响。 本书旨在为读者提供一个全面、深入的惯性导航系统学习平台，从基础理论到实际应用，帮助读者掌握惯性导航的核心技术，并能将其应用于相关工程实践中。

评分☆☆☆☆☆

我是一位在实际工程中经常接触测量设备的工程师，一直以来，我们都在追求更高的精度和更快的效率。当我偶然看到《即插即用式光纤陀螺全站仪组合定向理论》这本书时，我立刻被“即插即用”和“光纤陀螺”这些关键词吸引了。我深刻体会到，传统的全站仪在某些特定场景下的局限性，尤其是在需要连续、高精度的定向信息时。书中关于光纤陀螺的介绍，让我看到了一个全新的解决方案。我特别关注了书中关于“组合定向”的实践应用部分，它详细阐述了如何将光纤陀螺的数据与传统的角度、距离测量数据进行融合，以实现更加稳定和可靠的定向。我脑海中立刻浮现出一些曾经困扰我的项目场景，比如在地下空间、城市峡谷或者有磁场干扰的环境下，传统定向方式的失效，而书中描述的这种组合定向技术，似乎能够完美应对这些挑战。这种将前沿理论与实际工程需求紧密结合的做法，让我觉得这本书非常有价值，它不仅仅是理论的探讨，更是指明了未来技术发展的方向，为我们解决实际工程难题提供了新的思路和工具。

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《即插即用式光纤陀螺全站仪组合定向理论》这本书，给我带来的冲击是深远的。我一直对精密测量领域充满好奇，但很多相关书籍要么过于理论化，要么过于碎片化，难以形成系统性的认知。而这本书，则提供了一种全新的视角。它没有仅仅罗列技术名词，而是从“组合”和“定向”这两个核心概念出发，构建了一个完整的理论体系。我尤其欣赏作者对“光纤陀螺”技术的深入剖析，它让我了解到了这项技术是如何从根本上改变了我们对定向精度的认知。书中关于“组合定向”的阐述，更是将理论与实践紧密地联系在一起，让我看到了不同技术如何协同工作，实现1+1>2的效果。我脑海中不由自主地想象着，未来在各种高精度的工程项目，比如隧道掘进、桥梁建设、乃至航空航天领域，这种“即插即用”的光纤陀螺全站仪将扮演怎样的角色。这本书不仅拓宽了我的知识边界，更让我对精密测量技术的未来发展趋势有了更加清晰的认识，它是一本值得反复研读的深度之作。

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读完《即插即用式光纤陀螺全站仪组合定向理论》，我最大的感受就是“惊喜”。我一直以为自己对定向技术已经有了相当的了解，但这本书无疑将我的视野拓展到了一个全新的维度。让我特别着迷的是，书中不仅仅是停留在理论层面，而是着重探讨了“即插即用”的实现路径，这对于我们这些非专业读者来说，是非常重要的。它意味着一种更便捷、更高效的使用方式。我脑海中构思着，如果未来我们能够像使用普通电器一样，轻松地部署和使用这种光纤陀螺全站仪，那将是多么巨大的进步。书中的“组合定向理论”更是让我对“定向”这个概念有了更深刻的理解，它不再是孤立的一个技术，而是多个先进技术的有机结合，互相补充，互相印证。我特别欣赏作者在描述复杂技术时所展现出的清晰逻辑和条理，即使是一些晦涩的物理原理，也能通过他的阐述变得容易理解。这本书让我看到了科技的魅力，也让我对未来精密测量技术的发展充满了期待，它不仅是一本技术书籍，更像是一扇通往未来的窗户，让我得以窥见其中的奥妙。

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这本《即插即用式光纤陀螺全站仪组合定向理论》真是颠覆了我对定向技术的固有认知！我一直以为全站仪就是个测量坡度、高程的工具，最多加上GPS定位，已经足够精密了。然而，当我对这本书产生兴趣，尤其是看到“光纤陀螺”这个概念时，我好奇心就被彻底点燃了。深入阅读之后，才发现我之前对“定向”的理解是多么的浅显。书中对于光纤陀螺的工作原理的阐述，虽然初看有些艰深，但结合了大量的图示和具体的应用场景，我逐渐理解了它如何利用光学的干涉效应来精确感知角速度，从而实现超高精度的定向。特别是“即插即用”这个描述，让我联想到过去使用各种仪器时繁琐的校准和设置过程，书中描绘的未来场景，似乎能够极大地提升工作效率，降低操作门槛，这对于我这种非专业研究人员来说，简直是福音。我脑海中浮现出在复杂地形、恶劣环境下，能够快速部署并获得可靠定向数据的画面，这不仅是技术上的飞跃，更是对工程实践的一次深刻革新。这本书让我看到了定向技术无限的可能性，也激发了我对未来精密测量领域的更多探索欲望。

评分☆☆☆☆☆

《即插即用式光纤陀螺全站仪组合定向理论》这本书，给我最直观的感受就是“深度”与“广度”的完美结合。起初，我被“组合定向理论”这个词吸引，以为它会像市面上很多技术书籍一样，只专注于某一方面，然后进行一些表面化的介绍。但这本书完全打破了我的这种刻板印象。它不仅仅是讲解了光纤陀螺本身的原理，更是将它巧妙地融入到全站仪的整体框架中，构建了一个全新的“组合定向”体系。这种理论的构建，让我看到了作者在梳理和整合不同技术领域方面的深厚功底。书中对各种误差源的分析，以及如何通过组合优化来最大程度地抑制和补偿这些误差，真的是写得鞭辟入里，让我对定向过程中的不确定性有了全新的认识。我印象深刻的是，作者并没有回避复杂的技术细节，而是通过循序渐进的讲解，将这些高深莫测的理论变得相对易于理解。这种严谨又不失灵活的叙述方式，让我感觉像是跟随一位经验丰富的导师，一步步地探索着定向技术的奥秘。这本书就像是一本精心打磨的百科全书，不仅为我打开了新的认知领域，也为我提供了解决实际问题的理论支撑。