惯性导航：从零基础到工程应用

📚 共计 30 章节

惯性导航概述

什么是惯性导航 · 发展历史 · 应用领域（航空/航天/航海/车辆/机器人）· 优缺点

基础数学知识（一）

向量与矩阵 · 坐标系定义（地心惯性系/地球系/导航系/载体系）· 欧拉角与方向余弦矩阵

数学坐标系

基础数学知识（二）

四元数基础 · 四元数与旋转 · 四元数更新算法 · 等效旋转矢量

四元数旋转

地球模型与重力场

地球形状与重力模型 · 地球自转与哥里奥利力 · 垂线偏差与重力异常

惯性传感器原理（一）

加速度计工作原理（摆式/谐振式/MEMS）· 误差模型（零偏/标度因数/交叉耦合）

加速度计MEMS

惯性传感器原理（二）

陀螺仪工作原理（机械/激光/光纤/MEMS）· 误差模型（漂移/随机游走/角度随机游走）

陀螺仪误差

惯性传感器标定

六位置法标定加速度计 · 速率法标定陀螺仪 · 温度补偿与非线性补偿

捷联惯导系统原理

平台惯导与捷联惯导区别 · 数学平台概念 · 姿态/速度/位置更新

姿态更新算法（一）

基于欧拉角的姿态更新 · 基于方向余弦矩阵 · 算法优缺点对比

姿态更新算法（二）

基于四元数 · 毕卡逼近法 · 龙格-库塔法 · 圆锥误差补偿

四元数圆锥误差

速度与位置更新算法

比力方程 · 速度积分 · 位置积分 · 划船效应补偿

速度划船补偿

初始对准（一）

静基座粗对准（解析法）· 静基座精对准（卡尔曼滤波）

对准卡尔曼

初始对准（二）

动基座对准 · 传递对准（速度/姿态匹配）· 行进中对准

动基座传递对准

惯性导航误差分析

姿态误差方程 · 速度误差方程 · 位置误差方程 · 惯性器件误差传播

组合导航概述

为什么需要组合导航 · 松/紧/深耦合架构 · 辅助传感器（GPS/磁力计/气压计/里程计）

卡尔曼滤波基础（一）

状态空间模型 · 线性卡尔曼滤波五大公式 · 调参（Q/R矩阵）

卡尔曼调参

卡尔曼滤波基础（二）

扩展卡尔曼滤波EKF · 无迹卡尔曼滤波UKF · 粒子滤波PF简介

GPS/INS松耦合组合导航

位置/速度松耦合模型 · 观测方程 · 工程实现注意事项

GPS/INS紧耦合组合导航

伪距/伪距率紧耦合模型 · 整周模糊度处理 · 深耦合简介

紧耦合伪距

磁力计辅助导航

地磁场模型 · 磁力计误差校准（椭球拟合）· 磁力计与惯导融合

磁力计椭球拟合

气压计与里程计辅助导航

气压测高原理 · 里程计刻度因子标定 · 零速修正ZUPT

系统级标定与测试

系统级标定方法 · 导航精度测试（跑车实验/转台实验）

MEMS惯性传感器特性

性能指标（零偏稳定性/角度随机游走/带宽）· 消费级与工业级对比

低精度MEMS惯导算法

AHRS算法 · 互补滤波 · 梯度下降法姿态解算

AHRS互补滤波

高精度惯导算法

高精度陀螺圆锥补偿 · 高精度加速度计划船补偿 · 高精度导航解算

高精度圆锥补偿

惯导系统软件架构

嵌入式RTOS下惯导软件设计 · 多线程与数据同步 · 传感器时间戳管理

惯导系统硬件架构

IMU选型 · 导航计算机选型 · 数据采集电路设计要点

故障诊断与容错

传感器故障检测（卡方检验/残差检验）· 系统重构与降级模式

自动驾驶中的应用

车辆运动学模型 · IMU与轮速计融合 · 车道级定位与航位推算

自动驾驶轮速计

无人机与机器人应用

无人机姿态控制 · 机器人SLAM中的惯导 · 视觉-惯性融合VINS