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第1章 绪论1

1.1陀螺技术概述1

1.1.1陀螺技术的发展2

1.1.2固态振动陀螺14

1.1.3固态振动陀螺与其他陀螺的性能比较18

1.2加速度计技术概述21

1.3 惯性技术概述31

1.3.1惯性技术的发展阶段与重要作用31

1.3.2惯性技术的发展现状32

1.3.3惯性技术的发展方向38

1.3.4固态振动陀螺的惯性技术41

1.3.5惯性和非惯性参考系42

第2章 振动陀螺的动力学分析46

2.1概述46

2.2哥氏效应与哥氏力46

2.3固态振动陀螺原理49

第3章 压电振动陀螺53

3.1概述53

3.2压电振动陀螺结构53

3.2.1振梁式压电振动陀螺的基本原理53

3.2.2两端自由梁的自由横振动57

3.2.3陀螺的驱动模态运动60

3.2.4 陀螺的敏感模态运动63

3.3运动模型的有限元分析64

3.3.1描述方法64

3.3.2动力学模型66

3.3.3弹性梁结构分析69

3.4敏感原理与力学基础75

3.4.1敏感轴分析75

3.4.2敏感轴设计77

3.4.3两端自由梁支撑结构设计79

3.5压电振动陀螺制作80

3.5.1压电振动陀螺的工艺设计80

3.5.2制作和工艺上的改进措施85

3.6压电振动陀螺误差源86

3.6.1振动结构误差86

3.6.2电子电路误差91

第4章 音叉振动陀螺94

4.1概述94

4.2音叉振动陀螺原理95

4.2.1哥氏效应及音叉振动陀螺工作原理95

4.2.2音叉弯曲振动方程99

4.2.3压电梁分析100

4.3音叉振动陀螺性能103

4.3.1角加速度的频率响应103

4.3.2理想陀螺模型107

4.3.3机械耦合影响下的非理想陀螺模型108

4.3.4机械耦合对陀螺性能的影响110

4.4音叉振动陀螺的制作112

4.4.1检测扭转振动的音叉振动陀螺113

4.4.2将扭转振动转换成弯曲振动来检测的音叉振动陀螺116

4.4.3检测弯曲振动的音叉振动陀螺117

4.4.4微机械音叉陀螺的制作125

第5章 半球谐振陀螺136

5.1概述136

5.2半球谐振陀螺结构138

5.3半球谐振陀螺振动数学模型140

5.3.1基于基希霍夫—李雅夫假设的半球谐振子运动方程140

5.3.2半球谐振陀螺振动的位置激励144

5.3.3半球谐振陀螺的信息采集系统150

5.4半球谐振陀螺振动特性153

5.4.1半球谐振子的物理特性154

5.4.2谐振子耦合振动的有限元分析160

5.5半球谐振陀螺制作工艺167

5.5.1薄壳的制做167

5.5.2电极的制作168

5.5.3微型半球壳陀螺172

5.5.4制作工艺174

第6章 微机电系统振动陀螺技术181

6.1概论181

6.2硅微振动陀螺192

6.2.1硅微机械陀螺的基本理论194

6.2.2硅微机械陀螺的运动分析及相关理论195

6.2.3误差分析201

6.2.4硅微机械陀螺的加工工艺209

6.3微石英振动陀螺213

6.3.1石英晶体相关的物理性质213

6.3.2微石英振动陀螺实例分析221

6.4微机械振动陀螺制作与设计226

6.4.1电容式微机械陀螺的结构设计227

6.4.2微机械陀螺振动模态研究229

6.4.3关键工艺的设计245

第7章 固态振动陀螺的抗冲击保护252

7.1冲击对固态振动陀螺的影响252

7.1.1影响因素252

7.1.2固态振动陀螺的抗冲击保护253

7.2抗冲击保护理论和设计256

7.2.1基本原理256

7.2.2非线性弹簧减振器设计和分析258

7.2.3非线性弹簧减振器仿真结果269

7.2.4软涂层减振器设计和分析273

7.2.5软涂层减振器仿真结果275

7.3抗冲击保护方法278

7.3.1冲击测试的建立279

7.3.2冲击测试器件的设计282

7.3.3测试器件的制造286

7.3.4冲击测试结果290

7.3.5由冲击力引起的断裂机理291

第8章 固态振动陀螺的接口电路295

8.1总体方案295

8.1.1频率控制回路297

8.1.2振幅控制回路298

8.1.3正交控制回路298

8.1.4力平衡控制回路298

8.2 C/V转换电路299

8.3信号处理模型与电路302

8.3.1信号处理模型302

8.3.2驱动电路303

8.3.3检测电路306

8.3.4接口电路307

8.4驱动和读出电路311

8.4.1驱动电路设计311

8.4.2自动增益控制原理313

8.4.3自动增益控制的性能分析315

8.4.4驱动控制性能分析321

8.4.5检测电路总体方案322

8.4.6解调和滤波电路设计324

8.5频率控制电路325

8.5.1频率控制电路总体设计325

8.5.2信号发生器326

8.6振幅控制电路327

8.6.1移相电路327

8.6.2鉴相器328

8.6.3频率控制回路分析330

8.7数字接口回路总体方案332

8.7.1系统总体方案332

8.7.2 DSP处理流程334

8.8系统芯片选型334

8.8.1 A/D芯片的选型334

8.8.2 DSP芯片的选型335

8.8.3 D/A芯片的选型336

8.9数字硬件电路设计336

8.9.1系统数字部分概述336

8.9.2电源、复位及时钟337

8.9.3 A/D转换和D/A转换338

8.10数字软件设计340

8.10.1软件处理流程340

8.10.2正弦波产生算法341

8.10.3滤波算法设计341

8.10.4解调算法的设计及实现344

第9章 固态振动陀螺输出信号的建模与补偿346

9.1概论346

9.2固态振动陀螺误差346

9.2.1固态振动陀螺的误差源346

9.2.2一般误差模型方程351

9.2.3固态振动陀螺误差模型方程352

9.2.4固态振动陀螺随机误差模型参数确定354

9.3建模方法356

9.3.1确定性误差建模方法356

9.3.2随机误差建模方法357

9.3.3时间序列分析建模358

9.3.4 Allan方差分析364

9.4误差分析与滤波366

9.4.1误差补偿理论366

9.4.2陀螺小波滤波368

9.4.3陀螺质子滤波392

9.5神经网络建模408

9.5.1人工神经网络408

9.5.2 RBF神经网络411

9.5.3 RBF神经网络建立陀螺温度漂移模型415

第10章 基于固态振动陀螺的惯性导航系统误差416

10.1误差类型416

10.1.1元件误差417

10.1.2安装误差418

10.1.3初始条件误差420

10.2误差分析中的坐标420

10.2.1计算系420

10.2.2平台系与地理系之间的转换矩阵421

10.2.3理想平台系423

10.2.4平台系与理想平台系之间的转换关系423

10.3惯性导航系统误差分析424

10.3.1线性误差方程425

10.3.2坐标中的动力学误差方程428

10.4随机过程与INS误差建模430

10.4.1高斯分布431

10.4.2随机过程432

10.4.3白噪声436

10.4.4随机误差模型438

10.5惯性导航系统线性估计444

10.5.1概述444

10.5.2贝叶斯估计446

10.5.3离散卡尔曼滤波455

10.5.4离散线性动力学模型468

第11章 固态振动陀螺应用实例478

11.1基于固态振动陀螺的井下方位寻北系统应用478

11.1.1概述478

11.1.2工程应用背景479

11.1.3固态振动陀螺测斜仪的设计482

11.1.4固态振动陀螺寻北算法研究488

11.1.5固态振动陀螺寻北及系统测斜实验研究494

11.2基于固态振动陀螺的航空姿态仪应用502

11.2.1概述502

11.2.2工程应用背景503

11.2.3航空姿态仪的设计与实现504

11.2.4振动陀螺对系统测量精度的影响及误差建模512

11.2.5航空姿态仪测量误差的动态补偿521

11.3基于固态振动陀螺的其他惯性系统及应用534

11.3.1天线稳定平台的结构534

11.3.2车载组合导航系统534

11.3.3运动地图显示536

11.3.4安全与解除保险机构536

11.3.5飞机弹射座椅536

11.3.6农业勘测537

11.3.7大炮定向537

11.3.8其他应用537