《惯性导航系统》教学大纲

1、课程类型：理论课（含实践 / 实验）学时： 6014惯性导航系统教学大纲一、教学对象本标准适用于电气工程及其自动化、 自动化等专业， 三年级， 本科层次学生二、课程概述（一）课程的性质、地位惯性导航系统课程是电气工程及其自动化、自动化、弹药工程、电子工 程、火力指挥与控制等专业本科生必修的专业基础课。本课程是在已经掌握理 论力学、航空电机学、自动控制原理和航空仪表等课程的基础上， 着眼惯性导航系统技术发展方向，立足航空航天领域惯性导航系统装备现状，研 究惯性导航原理及其在陆海空天导航领域中的应用的一门课程。（ 二 ） 课程基本理念 本课程以新时期新阶段高等教育发展战略为依据，坚持科学发展观，全

2、面落 实素质教育和创新教育，着力提高人才培养质量。在教学过程中着眼学生惯性导 航系统知识、能力和素质全面发展的基本要求，落实知识与技能、过程与方法、 情感态度与价值观“三位一体”的课程教学目标，注重理论与实践相结合，课内 教育与课外教育相结合，注重学生创新意识与创新能力培养，培养复合型专业技 术人才。坚持启发式教学思想，突出“学为主体，教为主导”的教学理念，提倡 现代化、多样化的教学方式，大力倡导自主探索、合作交流等积极主动的学习方 式，使学生的学习过程成为在教师引导下的“再创造”过程。遵循现代高等教育 规律，瞄准专业发展前沿，贴近工程实际，突出惯性导航前沿理论和关键技术研 究。（ 三） 课程

3、设计思路 以课程基本理念为指导，对课程目标分别从知识与技能、过程与方法、情感 态度与价值观等方面进行了具体明确的阐述。课程内容与教学要求主要阐述学生 学习本课程必须掌握的内容要点及达到的基本要求，并注明了重点和难点。在实 施建议部分，分别对课程教学实施、课程考核评价、教材选编使用、课程资源开发与利用以及教学保障等提出了明确建议。以培养学生惯性导航系统知识、掌握惯性导航设备使用维护技能为课程设计 主线，按总体设计、单元设计及课堂设计安排教学内容，采用研讨式、 “问题链” 式等符合现代教育理念的教学方法，拓宽学生的知识面，培养学生的专业技能和 科学素质。通过安排学生自主阅读相关科技文献、课内课外学

4、术研讨交流、到相 关科研院所和工厂参观见学等教学活动，激发学生的学习兴趣和内动力，使学生 的学习过程成为在教师引导下的知识创新过程，使学生达到打牢专业基础、掌握 专业技能、具备较高科学素养和创新精神的目的。三、课程目标（ 一 ） 总体目标通过课程教学，使学生了解惯性导航系统在航空航天领域导航与定位过程中 的地位和作用，理解惯性元件和惯性平台的组成、作用和工作原理，深刻理解并 掌握惯性导航原理和初始对准原理， 掌握捷联式惯性导航的基本原理和系统特点； 使学生达到运用所学知识解决惯性导航系统设计论证、产品监造、使用维护等工 程实际问题的目的。（ 二 ） 分类目标1 、知识与技能目标了解导航技术的发

5、展过程，理解惯性导航系统在航空航天领域导航与定位过 程中的地位和作用， 深刻理解和掌握惯性导航系统的基本组成、 工作原理和特点。 通过本课程的学习，学生应具备根据所学知识解决工程实际问题的能力，可以胜 任本专业的设计论证、产品监造、使用维护等工作。2 、过程与方法目标通过课堂教学，打牢学生专业基础；通过课内外研讨、实验实习、参观见学 等实践教学环节，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。通过参与小 发明、小制造等第二课堂活动，培养学生设计、动手能力；通过撰写小论文、参 与科研学术等活动，培养学生信息收集整理和交流、知识综合运用能力和创新意 识。通过课程教学活动和教师、学生的双边互动，使学

6、生在学习、研究过程中养 成观察、中发现问题，自觉运用所学知识分析、解决问题的良好习惯，并具备一 定的独立思考、分析概括和创新能力。3 、情感态度与价值观目标养成对惯性导航系统技术的关注和兴趣，能够把所学的知识和技能应用到具 体的飞机维护等工作实践中去。培养实事求是的科学态度和敢于挑战权威的科学 精神，具备团队精神和合作交流意识，并指导自己的日常工作与行动。四、课程内容与教学要求第一章 惯性导航基础了解导航及惯性导航的概念、惯性技术的发展过程及主要发展方向；理解并 掌握惯性导航中有关地球形状与曲率半径、重力与重力加速度及导航坐标系的基 本概念；深刻理解惯性导航的基本原理、组成及特点。教学内容教学

7、要求备注了解理解深刻理解掌握熟练掌握1、导航和惯性导航概述（1）导航及其种类（2）几种主要导航方法简介（3）惯性导航基本原理（4）惯性导航与惯性制导的区别（5）惯性技术的发展及方向2、地球形状和曲率半径（1）地球几何形状（2）垂线和纬度（3）（地球曲率半径）3、地球重力加速度和自转角速度（1）重力和重力加速度（2）地球自转角速度4、惯性和非惯性坐标系（1）惯性坐标系（2）非惯性坐标系第二章 惯性级加速度计原理了解加速度计的定义及分类；掌握一般摆式加速度计、挠性加速度计和激光加速度计的组成及基本工作原理；理解惯性导航对加速度计的基本要求；深刻理解并掌握加速度计再平衡回路的组成及工作原理。教学内容

8、教学要求备注了解理解深刻理解掌握熟练掌握1、概述（1）加速度计的分类（2）一般摆式加速度计原理（3）惯性导航对加速度计的要求2、液浮摆式加速度计（1） 工作原理（2）结构特点 *3、挠性加速度计（1）金属挠性加速度计（2）石英挠性加速度计4、新型加速度计（1）压阻式加速度计（2）激光加速度计（3）光纤加速度计 *5、加速度计再平衡回路（1）功用及分类（2）直流模拟再平衡回路（3）交流模拟再平衡回路（4）脉冲数字再平衡回路第三章 惯性级陀螺原理深刻理解陀螺特性及陀螺漂移率的概念；理解惯性导航对陀螺的基本要求； 掌握挠性陀螺、激光陀螺的组成及基本原理；了解其它惯性级陀螺的基本原理。教学要求教学内容

9、了解理解深刻理解掌握熟练掌握备注1、概述（1）陀螺漂移率（2）惯性导航对陀螺性能的要求（3）陀螺的发展阶段2、液浮陀螺（1）单自由度液浮积分陀螺（2）双自由度液浮陀螺（3）动压气浮支承 *（4）磁力悬浮支承 *（5）液体悬浮支承 *3、挠性陀螺（1）挠性支承原理（2）（平衡环的振荡（扭摆）运动）（3）（动力调谐过程 ） （4）挠性陀螺的运动方程和传递函数（5）挠性陀螺的漂移误差（6）用于捷联系统挠性陀螺的特点 *（7）挠性陀螺的结构特点（8）挠性陀螺仪的优点、应用及问题 *4、激光陀螺（1）激光陀螺和激光器（2）激光陀螺仪的工作原理（3）激光陀螺仪的基本结构（4）激光陀螺的主要误差（5）克服激

10、光陀螺闭锁效应的几种方法5、光纤陀螺 *（1）光纤陀螺基本原理 *（2）光纤陀螺的几种形式 *第四章 惯性平台原理理解惯性平台的作用，深刻理解和熟练掌握单轴惯性平台、三轴惯性平台和四环三轴惯性平台的组成和工作原理，掌握单轴惯性平台稳定回路的分析方法，了解惯性平台的结构特点和平台温控系统的组成和工作原理。教学内容教学要求备注了解理解深刻理解掌握熟练掌握1、单轴惯性平台原理（1） 二自由度陀螺构成的单轴惯性平 台（2）单自由度积分陀螺构成的单轴惯性 平台 *2、单轴惯性平台稳定回路分析（1）几何稳定状态（2）空间积分状态3、三轴惯性平台（1）三轴平台的基本组成（2）方位坐标分解器（3）正割分解器（

11、4）方位锁定回路4、四环三轴惯性平台（1）（三环三轴平台的“环架锁定” ）（2）四环三轴平台的构成（3）外横滚伺服回路（4）（四环三轴平台的反自转控制）5、惯性平台的结构 *6、平台系统的温度控制 *（1）惯性平台对温控系统的要求 *（2）平台温控电路的组成及原理第五章 惯性导航原理及力学编排理解舒勒摆、比力、指北方位、游移方位和自由方位平台惯导的概念；深刻 理解并熟练掌握惯性导航基本方程，掌握指北方位平台惯导、游移方位平台惯导 的力学编排；理解惯导系统垂直通道存在的问题及解决办法。教学内容教学要求备注了解理解深刻理解掌握熟练掌握1、舒勒摆及其在惯导系统中的实现（1）舒勒摆的提出（2）舒勒周期

12、的推证（3）舒勒摆在惯导系统中的实现2、加速度测量及比力方程（1）（加速度计测量与“比力” ）（2）（比力方程）3、指北方位惯导的力学编排（1）给平台施加的指令角速度（2）速度方程（3）位置和姿态参数（4）力学编排框图（5）系统特点4、游移方位平台惯导的力学编排（1）定义（2）（方向余弦阵）（3）（方向余弦阵的微分方程）（4）角速度 epp 的计算（5）速度 Vepp的计算（6）施加给平台的指令角速度（7）力学编排方块图（8）游移方位平台惯导系统的特点（9）自由方位惯导系统简介 *5、惯导系统的垂直通道（1）惯性高度测量存在的问题（2）二阶混合（阻尼）高度测量系统（3）三阶混合（阻尼）高度测量

13、系统 *第六章 惯导系统的误差了解惯导系统的误差源；掌握误差分析中的有关坐标系及转换关系；掌握指 北方位惯导系统误差方程的推导过程及误差分析的有关结论；理解游移方位惯导 系统误差方程的推导过程、误差分析的有关结论及特点；深刻理解和掌握指北方 位惯导和游移方位惯导初始对准时的误差方程及物理含义。教学内容教学要求备注了解理解深刻理解掌握熟练掌握1、惯导系统的误差源（1）误差源的类型（2）主要误差源2、误差分析中的坐标系（1）计算系（2）（平台系与地理系之间转换矩阵） （3）理想平台系（4）平台系与理想平台系之间转换矩阵3、指北方位惯导系统误差分析（1）速度误差方程（2）位置误差方程（3）（平台姿态

14、误差方程）（4）指北方位惯导系统的基本误差特性4、游移方位惯导系统误差方程（1）速度误差方程（2）（平台姿态误差方程）（3）位置误差方程（4）平台游移方位角误差方程（5）静基座条件下的游移方位惯导系统误差方程（6）初始对准时的误差方程第七章 惯导系统的初始对准了解惯导初始对准的方法及分类； 深刻理解惯导系统初始对准的任务、 目的、 要求、方法和对准过程；熟练掌握指北方位惯导水平对准和方位罗经对准的原理 及对准精度的有关结论；熟练掌握游移方位惯导系统粗对准和精对准原理及对准 精度的有关结论；了解对准回路参数的选择方法和陀螺漂移的测定与补偿。教学内容教学要求备注了解理解深刻理解掌握熟练掌握1、概述

15、（1）对准的任务及要求（2）对准的方法及分类（3）对准过程（4）平台锁定（5）模拟调平2、指北方位惯导的初始对准（1）指北方位惯导的误差方程及其简化（2）水平对准原理（3）（方位对准原理参数选择） 3、游移方位惯导的初始对准（1）初始对准时的误差方程（2）（粗对准）（3）（精对准）（4）陀螺漂移的测定与补偿 *（5）初始对准方块图（6）对准结束标志第八章 捷联惯导系统理解“数学平台” 的概念及作用， 了解惯性元件的数学模型及误差补偿方法； 熟练掌握捷联惯导的基本原理及力学编排方程； 了解捷联惯导系统的主要误差源， 掌握误差方程及误差分析的有关结论；熟练掌握捷联惯导系统初始对准的原理； 了解捷联

16、惯性元件的余度技术。教学内容教学要求备注了解理解深刻理解掌握熟练掌握1、捷联惯导基本原理（1）“数学平台”的作用（2）捷联惯导系统基本原理（3）惯性元件的数学模型及误差补偿2、捷联惯导系统的力学编排方程（1）（导航位置方程）（2）（姿态方程）（3）捷联惯导系统的力学编排3、捷联惯导系统误差方程及初始对准（1）捷联惯导系统误差方程（2）（捷联惯导初始对准原理） 4、捷联惯性元件的余度技术（1）系统的可靠性与余度技术（2）单自由度陀螺的配置方案（3）双自由度陀螺的配置方案（4）余度惯性元件的性能管理注：表中的“”号表示教学知识和技能的教学要求层次；本标准中打“ 号的为重点内容，打“ （） ”号的为

17、难点内容，打“ * ”号的内容可作为自学五、实施建议（ 一 ） 课程教学实施建议1、课时安排与教学建议主要内容课时建议教与学的方法建议惯性导航基础4教师第一次课应将本课程的总体教 学内容安排告诉学生， 并说明各部分内容 之间知识的内在联系。以课堂讲述为主。学生采用课前预习、 课内听课加深对 课程内容的理解。惯性级加速度计原理4教师采用“问题链” 式、案例式教学 法介绍课程内容。通过典型加速度计使用 介绍，引入教学内容。学生采用课前预习、 课内听课、 参与 教学内容研讨加深对课程内容的理解。惯性级陀螺原理8教师采用“问题链” 式、案例式教学 法介绍课程内容。通过典型陀螺仪使用介 绍，引入教学内容

18、。学生采用课前预习、 课内听课、 参与 教学内容研讨加深对课程内容的理解。惯性平台原理7教师主要采用 “问题链”式教学法介 绍课程内容，安排 1 小时参观实验室巩固 所学内容。学生采用课前预习、 课内听课、 参与 教学内容研讨等方法加深对课程内容的 理解。惯性导航 原理及力学 编排11教师主要采用 “问题链”式教学法介 绍课程内容。安排 1 小时仿真实验巩固所 学内容。学生采用课前预习、 课内听课、 参与 教学内容研讨等方法加深对课程内容的 理解。惯导系统的误差5教师主要采用 “问题链”式教学法介 绍课程内容，安排 1 小时仿真实验巩固所学内容。学生采用课前预习、 课内听课、 参与 教学内容研

19、讨等方法加深对课程内容的 理解。惯导系统的初始对准8教师主要采用 “问题链”式教学法介 绍课程内容，安排 2 小时仿真实验巩固所 学内容。学生采用课前预习、 课内听课、 参与 教学内容研讨等方法加深对课程内容的 理解。捷联惯导系统9教师主要采用 “问题链” 式、对比式 教学法介绍课程内容， 安排 1 小时仿真实 验巩固所学内容。学生采用课前预习、 课内听课、 参与 教学内容研讨等方法加深对课程内容的 理解。参观见习4组织学生赴中航集团自动化所 （航空 惯导研究、生产单位）参观见习。合计602、教学组织建议（ 1）教学班是主要的教学组织， 班级授课制是目前教学的主要组织形式。 必 要时可以采用分组讨论。经常组织学生参加听讲座课、小论文写作、小制作、课 外阅读等多种形式的第二课堂活动，充分调动学生学习的积极性和主动性。（2）贯彻启发式教学思想，灵活采用“问题链”式、案例式、研讨式、对比式等多种教学法，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力和探究意识。（3）充分发挥学生的主动性 , 鼓励学生设疑、质疑，积极参加理论创新，