石英陀螺儀作為MEMS慣性器件，其精度會受到一系列誤差源的影響。該書分析了石英陀螺儀誤差的建模和補償方法，論述了噪聲中周期性誤差的有效消除方法；系統(tǒng)介紹了石英陀螺儀參數(shù)的測試、標定方法，闡述了輸入軸失準角與標度因數(shù)的解耦測試方法；介紹了MIMU的T型結構形式和提高系統(tǒng)可靠性的方法。
《石英陀螺分析及其在測控系統(tǒng)中的應用》適用于從事MEMS慣性器件研究、開發(fā)和應用的相關工程技術人員，該書體現(xiàn)的科學研究思路和問題分析方法可為高等院校研究生培養(yǎng)提供參考。
作者在報考研究生之前的暑假，第一次在北京航空航天大學宇航學院的實驗室詳細了解了慣性技術之后，就決定要以此作為研究方向。當時就看得出，作者對科學研究懷有極大的熱情和濃厚的興趣。事實證明，作者在慣性技術領域的研究過程中，確實能夠自覺投入、刻苦努力，為后來的教學、科研打下了很好的專業(yè)基礎，并曾因為成績優(yōu)異獲得了免除學費的獎勵。如今，作者以攻讀博士學位期間對MEMS慣性器件的研究工作為主要內容，撰寫出這本專著，是一件很有意義的事情。
基于MEMS技術發(fā)展起來的MEMS慣性器件，決定了基于MEMS慣性技術的各種微小型運載體的性能、體積和成本，代表了慣性技術的發(fā)展水平。本書在深入分析MEMS慣性器件誤差特點的基礎上，致力于闡明提高器件性能的技術和方法，以打破制約我國微小型系統(tǒng)實用化的技術瓶頸。
本書針對提高MEMS慣性器件性能的需求，深入分析了MEMS慣性器件的誤差建模、補償方法和參數(shù)測試技術，詳細闡述了基于MEMS慣性器件的微小型飛行器MIMU設計方法和可靠性技術。主要包括MEMS陀螺誤差建模、MEMS陀螺誤差補償、MIMU系統(tǒng)測試標定、飛行器MIMU可靠性設計四個部分內容。在技術上推動了MEMS慣性器件的發(fā)展和推廣應用。闡明了石英MEMS陀螺漂移周期性誤差的實驗分析與建模方法，介紹的周期性誤差精標定方法可以建立精確的石英MEMS陀螺漂移周期性誤差模型。闡述了MEMS陀螺周期性誤差補償方法，介紹的快速高精度補償方法具有很好的補償效果；闡述了多款MEMS慣性器件和系統(tǒng)的測試、標定工作，介紹的參數(shù)解耦測試方法解決了發(fā)現(xiàn)的參數(shù)耦合問題；闡述的微小型飛行器MIMU系統(tǒng)結構設計方法，進一步減少了重量和體積，提高了可靠性。
與一般的科技類著作相比，本書的內容體現(xiàn)了一個自己的特點，那就是對問題的因果關系、研究進展、思考過程、思維方式、試驗過程、工作流程等內容進行了比較多的描述。例如，本書在對周期性誤差的測試、標定、建模、補償技術進行論述的同時，描述了在研究中如何發(fā)現(xiàn)問題，并分析發(fā)現(xiàn)的問題是否有研究意義，然后再描述如何尋求解決問題的辦法，接著評價問題解決的效果，找出現(xiàn)有解決辦法的不足，分析問題解決效果不好的原因，針對原因再尋求新的解決辦法，對比新舊解決辦法的特點，取長補短，進一步設計更先進的解決辦法，一步一步完善提高，最終達到了滿意的研究效果。這種寫作風格，更像是在敘事，可以讓不太懂專業(yè)知識的人也能夠跟隨作者的思路，清楚地了解到作者的研究目標、研究過程和問題解決的思路，從而從中獲益。特別是對于剛剛進入科學研究工作的研究生，本書具有很好的借鑒意義，對于想了解專業(yè)前沿的本科生、�？粕緯膊恢劣陲@得太枯燥或太晦澀。
本書主要介紹了作者在博士期間的工作，像大多數(shù)博士的科研生活一樣，作者在博士科研工作中付出了很多的艱辛和努力。作者發(fā)現(xiàn)了石英MEMS陀螺儀輸出數(shù)據(jù)異樣的那場實驗持續(xù)到凌晨三點，身上被毒蚊子咬起很多大包，后來沒有妥善處理，很多都化膿了，形成了很多黑色的疤痕，直到十幾年后的今天，還能看得清楚。后來，為了有效利用研究得出的石英陀螺周期性規(guī)律，作者有大半年時間天天冥思苦想，一遍遍梳理研究資料，積累了很多心得和一疊疊推導演算的公式。那段時間，作者為了節(jié)約生活成本，帶著妻女在偏遠的通州租房住，從學校到家單程都在兩個小時以上，思考得多了，竟然能夠常常在公交車上心算十幾頁演算公式。有時候妻子來學�？赐髡�，他們常常等所有人走了，一起睡在實驗室，有幾次同學走得晚，他們就睡在頂樓很少有人去的樓梯間。在每名博士的論文、專利等研究成果背后，都需要刻苦的努力、堅韌的斗志做基礎。而博士學位會給你這樣的信心：只要你愿意，你可以做好這個地球上幾乎所有有技術含量的事情。
故人云：古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有堅忍不拔之志。當你憑借本領爬到山頂?shù)臅r候，看到的絕世美景和感受的人間至樂，甚至無法言傳給半山及山底之人。以此勉勵每位科研工作者，并祝愿有志于科學研究的讀者，能夠實現(xiàn)自己的理想。
櫛風沐雨，砥礪前行。
張海鵬，山東省海陽市人，1977年7月生，漢族，海軍大校，副教授。
1995年9月考入西安電子科技大學電子機械學院，1999年7月獲工學學士學位，并進入海軍潛艇學院工作至今。2003年9月考取北京航空航天大學精密儀器及機械專業(yè)碩士研究生，2004年9月取得碩博連讀資格，2010年7月獲工學博士學位。2012年5月進入海軍裝備研究院博士后工作站，2015年6月出站。
目前，任海軍潛艇學院舵信教研室主任，主持完成國家自然科學基金項目1項（1），獲軍隊科技進步三等獎4項（1，1，4，5），完成科研項目14項（負責4項）．在研3項（負責2項）；15項國家發(fā)明專利已獲授權。發(fā)表論文29篇，其中，作者25篇，三大檢索SCI收錄1篇，EI收錄17篇，CPCI-S收錄10篇。
第1章 石英MEMS陀螺儀基礎
1．1 發(fā)展背景及意義
1．2 國內外研究現(xiàn)狀分析
1．2．1 MEMS慣性器件的發(fā)展現(xiàn)狀
1．2．2 MEMS慣性器件誤差分析及建模、補償技術研究現(xiàn)狀
1．2．3 MEMS慣性器件參數(shù)測試、標定方法研究現(xiàn)狀
1．2．4 MIMU系統(tǒng)集成技術發(fā)展現(xiàn)狀
1．3 石英材料的物理性能
1．3．1 微慣傳感器對材料的要求
1．3．2 石英晶體的壓電效應
1．3．3 石英晶體的溫度特性
1．4 石英MEMS陀螺儀組成原理
1．4．1 Coriolis加速度
1．4．2 石英陀螺工作原理
1．4．3 石英陀螺微結構
1．5 石英音叉彎曲振動方程
1．5．1 波動方程及其本征模
1．5．2 壓電梁分析
1．6 石英MEMS陀螺儀的驅動信號與敏感信號
1．6．1 驅動音叉諧振位移信號
1．6．2 哥氏力引起的敏感音叉輸出信號
1．7 石英MEMS陀螺儀的驅動電路和檢測電路
1．7．1 LCG50驅動電路
1．7．2 LCG50檢測電路
1．8 主要內容及全書結構安排
第2章 石英MEMS陀螺周期性誤差的實驗分析與建模方法
2．1 引言
2．2 MEMS慣性器件誤差建模與辨識方法分析
2．2．1 MEMS陀螺儀漂移誤差模型
2．2．2 MEMS陀螺儀誤差辨識方法分析
2．3 MEMS陀螺儀短時漂移特性實驗方法與設計
2．3．1 實驗測試對象選擇
2．3．2 實驗測試系統(tǒng)建設
2．3．3 實驗測試方法
2．4 石英MEMS陀螺漂移中周期性誤差的測試方法與實驗
2．4．1 低頻采樣測試實驗及結果分析
2．4．2 高頻采樣測試實驗及結果分析
2．4．3 不同采樣頻率下周期性誤差的特性分析
2．5 石英MEMS陀螺漂移周期性誤差機理分析
2．5．1 LCG50系列石英MEMS陀螺的工作原理
2．5．2 石英MEMS陀螺輸出信號的周期特性分析
2．6 周期性誤差項的初步標定方法
2．6．1 頻率的初標定方法
2．6．2 振幅和初相位角的確定方法
2．7 基于初標定的周期性誤差離線補償方法及實驗
2．8 基于初標定的周期性誤差在線補償方法及實驗
2．9 石英MEMS陀螺漂移周期性誤差傳遞原理
2．9．1 誤差分析理論的應用方法研究與誤差傳遞系數(shù)
2．9．2 頻率誤差在補償精度中的重要性
2．10 周期性誤差頻率的精確標定方法
2．11 幅值和初相位的精標定方法
2．11．1 幅值精標定方法
2．11．2 初相位精標定方法
2．12 基于精標定的周期性誤差離線補償方法及實驗
2．13 基于精標定的周期性誤差在線補償方法及實驗
2．14 本章小結
第3章 MEMS陀螺周期性誤差補償方法
3．1 引言
3．2 SINS中MEMS慣性器件的補償特點
3．2．1 器件誤差補償特點
3．2．2 器件輸出與捷聯(lián)解算間的頻率匹配問題
3．3 常用方法在MEMS陀螺周期性誤差補償中的缺陷
3．3．1 帶阻數(shù)字濾波器缺陷
3．3．2 數(shù)據(jù)平滑法抑制周期性誤差的缺陷
3．3．3 高頻率采樣數(shù)據(jù)平滑法的無效性
3．4 基于時域函數(shù)表達式的周期性誤差補償思路
3．5 在線直接補償方法及其實時性技術難點
3．5．1 在線直接補償法的數(shù)學表示與實驗
3．5．2 巨大運算量及實時性影響
3．6 周期性誤差的快速補償原理及實驗
3．6．1 周期性誤差快速補償思路的提出
3．6．2 快速補償法的實時性提高方法分析與實驗
3．7 直接補償法和快速補償法的實驗驗證與結果
3．7．1 原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)平滑實驗
3．7．2 直接補償法的補償實驗及分析
3．7．3 快速補償法實驗分析及其精度振蕩發(fā)散問題
3．8 先平后補法中精度振蕩發(fā)散的機理
3．8．1 精度振蕩發(fā)散機理的分析方法
3．8．2 數(shù)據(jù)平滑中頻率誤差的傳遞特性
3．8．3 數(shù)據(jù)平滑過程影響頻率穩(wěn)定性的機理分析
3．9 數(shù)據(jù)平滑影響頻率穩(wěn)定性的實驗研究及結果
3．9．1 數(shù)據(jù)平滑過程與頻率穩(wěn)定性的實驗驗證
3．9．2 數(shù)據(jù)平滑過程與頻率穩(wěn)定性的實驗結果分析
3．10 一種快速高精度補償方法與實驗
3．10．1 一種快速高精度補償方法的提出
3．10．2 補償過程數(shù)學表示方法的轉換及其物理含義
3．10．3 折算公式及其特征參數(shù)的確定方法研究
3．10．4 快速高精度補償法的特點
3．11 快速高精度補償法補償效果的實驗驗證及分析
3．12 快速高精度補償法與其他方法補償效果的實驗比較
3．12．1 精度比較
3．12．2 運算量比較
3．13 本章小結
第4章 MEMS陀螺標度因數(shù)與輸入軸失準角解耦測試方法
4．1 引言
4．2 MEMS慣性器件的測試、標定技術
4．3 MEMS陀螺標度因數(shù)與輸入軸失準角耦合問題
4．3．1 標度因數(shù)與輸入軸失準角的傳統(tǒng)測試方法分析
4．3．2 標度因數(shù)與輸入軸失準角測試耦合機理
4．3．3 標度因數(shù)與輸入軸失準角的耦合誤差
4．4 MEMS陀螺儀解耦測試方法
4．4．1 參數(shù)解耦測試方法的提出與理論分析
4．4．2 考慮失準角真實方向的解耦測試原理
4．4．3 考慮正交分量互相影響的解耦測試原理
4．5 非線性解耦測試方程組的數(shù)值求解方法
4．6 MEMS陀螺解耦測試方法的實驗與仿真
4．6．1 實驗特點分析和仿真方法
4．6．2 考慮量測噪聲的半物理仿真結果分析
4．6．3 理想狀態(tài)下的計算機仿真結果
4．6．4 實驗與仿真分析結論
4．7 MEMS陀螺解耦測試方法的實驗
4．7．1 應用解耦測試原理的測試標定實驗
4．7．2 消除夾具誤差算法的實驗方法
4．7．3 一種簡易高效的實驗裝置設計
4．8 基于精密安裝基準的大輸入軸失準角修正技術
4．8．1 大輸入軸失準角的特性分析
4．8．2 精密安裝基準體設計與失準角修正技術
4．8．3 精密安裝基準體的功能分析
4．8．4 MIMU中LCG50精密安裝基準體的應用
4．9 本章小結
第5章 測控系統(tǒng)中的MIMU設計及其應用技術
5．1 引言
5．2 微小型運載體測控MIMU結構設計特點
5．2．1 設計微小型運載體的測控MIMU系統(tǒng)技術要求
5．2．2 微小型運載體MIMU組成器件的分析與選型
5．2．3 測控系統(tǒng)的MIMU結構設計準則
5．3 微小飛行器的T型測控MIMU結構設計方法
5．3．1 現(xiàn)有測控MIMU結構設計技術及其缺陷分析
5．3．2 T型支撐結構的構型設計技術
5．3．3 基于ADXRS300和T型支撐結構的MIMU設計
5．3．4 微小飛行器T型結構MIMU的設計特點
5．4 T型結構測控MIMU設計方法的應用技術
5．4．1 基于LCG50和T型支撐結構的MIMU設計
5．4．2 基于CRSO3和T型支撐結構的MIMU設計
5．5 T型MIMU支撐結構的材料選型與分析
5．6 測控MIMU系統(tǒng)的T型支撐結構性能分析方法研究
5．6．1 建立T型支撐結構的有限元分析模型
5．6．2 MIMU結構的靜力學特性分析
5．6．3 測控系統(tǒng)MIMU結構的模態(tài)分析
5．7 微小型運載體測控MIMU系統(tǒng)的可靠性設計方法
5．7．1 測控MIMU系統(tǒng)可靠性的研究內容與設計方法分析
5．7．2 基于器件差分安裝應用方法的測控MIMU設計技術
5．7．3 高速自轉微小型運載體的框架式測控MIMU設計技術
5．8 本章小結
總結與展望
縮略語及主要符號
參考文獻
書單推薦
