本书系统阐述旋转调制惯性导航核心理论与关键技术，围绕单轴、双轴、三轴旋转调制误差补偿机理、标定方法及精细误差补偿展开深入讲解。内容涵盖惯性器件误差模型、多轴旋转调制方案设计、分立式与系统级标定技术、加速度计温度系数、内杆臂误差及激光陀螺G敏感、磁致漂移等精细误差的标定与补偿。书中融入作者团队二十余年科研成果与大量实验数据，理论推导严谨、工程案例详实，兼顾原理剖析、方法设计与实验验证，突出可操作性与实用性。本书可供惯性导航、精密仪器、导航制导与控制等领域的科研人员、工程技术人员参考，也可作为高等院校相关专业研究生与高年级本科生的教学

用书。

目录

第 1 章 绪论

1.1 惯性导航系统简介

1.2 旋转调制惯性导航系统的发展现状

1.2.1 旋转调制惯性导航系统的研究现状

1.2.2 旋转调制关键技术的研究现状

1.3 误差标定方案研究进展综述

第 2 章 惯性导航系统基础理论

2.1 地球物理模型和常用坐标系

2.2 惯性器件的误差模型

2.3 惯性导航系统的误差方程

第 3 章 单轴旋转调制误差补偿原理

3.1 单轴旋转调制频域特征分析

3.2 惯性器件的误差调制分析

3.2.1 初始误差的调制效果

3.2.2 常值漂移误差的补偿效果

3.2.3 激光陀螺的标度因数误差补偿效果

3.2.4 激光陀螺的安装误差补偿效果

3.2.5 加速度计的标度因数误差和安装误差补偿效果

3.2.6 坐标不重合的影响

3.2.7 随机游走分析

3.3 单轴旋转引入的误差特性分析

3.3.1 旋转方式的选择

3.3.2 速度锯齿效应

3.3.3 旋转位置精度的影响

3.3.4 旋转速度和转停时间的选择

3.4 单轴旋转调制方案的设计

3.5 单轴旋转实物实验

第 4 章 双轴旋转调制的误差补偿原理

4.1 双轴旋转调制误差的调制机理

4.1.1 常值漂移误差的补偿效果

4.1.2 标度因数误差的补偿效果

4.1.3 安装误差的补偿效果

4.2 双轴旋转调制方案的设计准则

4.3 8 次序双轴旋转方案

4.3.1 旋转方案

4.3.2 误差补偿效果

4.4 16 次序旋转方案

4.4.1 旋转方案

4.4.2 旋转运动中的 IMU 姿态分析

4.5 64 次序旋转方案

4.5.1 旋转方案

4.5.2 16 次序与 64 次序旋转方案的误差补偿效果对比

4.5.3 改进的 64 次序旋转方案

4.6 双轴旋转调制实验

4.6.1 双轴旋转调制仿真实验

4.6.2 双轴旋转调制实物实验

第 5 章 三轴旋转调制误差补偿原理

5.2 三轴旋转方案的设计

5.3 误差传播特性对比

5.4 三轴旋转调制实验

第 6 章 旋转调制惯性导航系统的误差标定

6.1 标定误差模型

6.2 标定参数对导航的影响

6.3 分立式标定

6.4 系统级标定

6.4.1 卡尔曼滤波标定模型

6.4.2 标定路径的编排

6.4.3 标定实验及导航实验验证

6.5 标定和旋转调制一体式方案

6.5.1 一体式旋转方案的设计原则

6.5.2 可观测性和误差特性分析

6.5.3 标定和旋转调制导航实验

第 7 章 加速度计精细误差的系统级标定

7.1 温度系数的系统级标定

7.1.1 温度系数误差标定模型

7.1.2 标定实验

7.1.3 导航实验

7.2 标度因数二阶温度系数及非对称误差的标定

7.2.1 二阶温度系数及非对称误差标定模型

7.2.2 标定实验

7.2.3 导航实验

7.3 内杆臂参数的系统级标定

7.3.1 内杆臂误差标定模型

7.3.2 标定实验

7.3.3 导航实验

第 8 章 激光陀螺精细误差的系统级标定

8.1 激光陀螺 G 敏感性失准角误差的标定

8.1.1 激光陀螺 G 敏感性失准角误差标定模型

8.1.2 标定实验

8.1.3 导航实验

8.2 激光陀螺磁致漂移的标定

8.2.1 激光陀螺磁致漂移误差的标定模型

8.2.2 标定实验

8.2.3 导航实验

参考文献

前 言

惯性导航技术是以牛顿经典力学定律为基础发展的一种自主式导航技术，它完全依靠载体上安装的惯性器件自主地完成导航任务，利用惯性器件（如陀螺和加速度计）测量载体相对惯性空间的三维角速度和加速度，根据牛顿定律推算出载体的航向、姿态、速度和位置等导航参数，实现运动载体的导航定位、制导控制、稳瞄稳向和姿态测量等功能。惯性导航系统具有自主、实时、连续、隐蔽等特点，是航天、航空、航海、陆用和无人作战等领域中一种广泛使用的导航方法。惯性导航系统本质上是航迹推算系统，其精度受惯性器件的制约。为了解决由于惯性器件精度不足而导致的惯性导航系统长航时精度发散难题，采用旋转调制技术给惯性器件施加一个周期性的转动，在不提高惯性传感器精度的前提下，可以有效消除陀螺和加速度计常值漂移误差对导航的影响。当前，旋转调制技术方案的惯性导航技术已经成为长航时、高精度自主导航领域的主要技术路线。

本书共分为 8 章。第 1 章介绍了旋转调制惯性导航系统技术和误差标定技术的发展概况；第 2 章介绍了惯性器件的误差模型和惯性导航系统的基本原理；第 3、4、5 章分别介绍了单轴、双轴、三轴旋转调制惯性导航系统的误差补偿原理与相关技术；第 6 章介绍了惯性导航系统的误差标定技术；第 7 章介绍了加速度计温度系数、标度因数二阶温度系数、非对称性误差及内杆臂参数等精细误差的系统级标定方法；第 8 章介绍了激光陀螺 G 敏感性失准角误差、磁致漂移等精细误差的系统级标定方法。本书由于旭东统筹规划，于旭东、魏国、李鼎、娄琪欣完成主要内容的撰写，其中于旭东负责第 1、2、3、5、6 章的撰写，魏国负责第 4 章的撰写，娄琪欣负责第 7 章的撰写，李鼎负责第 8 章的撰写。王子超、范会迎参与了部分内容的编写工作，董壮壮参与了全书的整理和校对工作，在此对各位同事的支持和帮助深表感谢。

本书结合研究团队 20 余年的科研工作成果整理而成，针对旋转调制惯性导航系统的误差补偿和关键参数标定方法进行了系统性梳理。本书可为从事惯性导航专业的科技人员、工程技术人员和高等院校相关师生提供参考。

由于惯性导航技术涉及的学科专业广泛，相关理论和技术在不断的发展过程中，加上作者的水平有限，书中难免存在错漏和不当之处，敬请读者批评指正。

著 者

2026 年 4 月