导航研究中心-课程设置

课程设置

2008

1、惯性技术	2、组合导航	3、测试数据分析
4、最优滤波与应用	5、专业外语 The Wind and Beyond	6、光纤测控技术
7、精密仪器设计	8、智能仪器	9、检测技术
10、新型陀螺	11、可靠性技术

惯性技术

	本课程分为两个部分：陀螺仪原理和惯性导航系统，总学时90。
	面向对象：自控系自动化专业本科高年级学生。

开科单位：304教研室

　　惯性技术是一门重要的技术学科，它是保卫飞机、舰船、火箭等载体能顺利完成导航与控制任务的关键技术之一，也是国家科技实力的一个重要标志，不仅在军事上着重要的地位，在民用领域也有着广泛的应用。二次世界大战以来，惯性导航技术得到了迅速的发展，在我国，惯性导航技术已在航空、航天、航海和陆地车辆的导航和定位中得到了应用，目前本门科学技术还在大地测量、海洋勘探、石油钻井、航空测量等国民经济领域里获得成功的应用。

　　惯性导航是完全自主式的导航系统，它利用陀螺和加速度计这两类惯性传感器的测量　信息直接计算出载体的姿态、速度、位置等导航参数。因此它既不向外界发射能量，也不依赖外界的任何信息，因此具有不受干扰、可在空中、太空、地下、水下的任何地方使用、动态性能好、导航输出信息丰富等独特的优点。目前国外先进国家和我国都把发展惯性技术放在很重要的位置，中国惯性技术学会早在于1986年就成立，直接受国家国防科工委领导。

　　本课程主要介绍惯性技术的基本原理，包括陀螺原理、陀螺仪结构及其特性，加速度计的工作原理及其性能，平台式惯导这两类惯性导航系统的原理及其导航方程、误差分析、初始对准等；在惯性导航系统课程中，还将介绍天文导航、无线电导航和GPS全球卫星定位系统的基本原理，力求使学生对导航系统有一个较全面和完整的了解。

　　配合教学内容，本课程各章节都有一些作业以巩固和加强所学的知识，并安排了陀螺原理和特性方面3－5个实验及惯性导航系统方面编制简易导航程序的上机实验。

　　本课程的前续知识主要是理论力学、自控原理、电子线路、计算机原理及编程等其余相关的基础课程。

　　通过本课程的学习，学生能基本掌握和了解惯性技术，对它的基本原理、特点、应用及最新发展有一个比较全面的认识。对于毕业后直接从事惯性技术的学生，本课程是非常重要的一门专业科；而对于毕业后从事其它工作的学生，学习本科程有助于培养和提高分析问题解决问题的能力，同时也能对这一重要的技术领域有一个了解，开阔知识面。

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组合导航

	本课程的学时数为：40。
	面向对象：自控系自动化专业本科高年级学生。
	开科单位：304教研室

　　组合导航系统是随着计算机、最优滤波原理及大系统的发展而迅速发展起来的一种多系统、多功能、高性能、高精度、高可靠性的导航系统，一般以惯性导航系统为主导航系统，再结合其它的无线电导航、天文导航、卫星导航、地形辅助等导航系统的优点。目前组合导航系统已在国内外航空、航天、航海和陆地车辆的导航定位中开始应用，它是导航技术发展的主要方向。

　　本课程主要介绍组合导航系统的基本原理和实现的有关技术，包括各子导航系统的误差建模，滤波方程式的设计和特点，不同组合模式的关系和性能，组合系统的误差分析以及组合系统最新发展的介绍等。使学生对组合导航系统有一个总体的了解，并基本掌握和了解惯性导航系统为主的组合导航系统的原理和特点，能在以后的工作中发挥作用。　

本课程安排有两次上机实验，编制组合导航系统滤波方程及组合系统性能分析软件，通过上机来加深对组合导航系统的认识和掌握。

　　本课程的前续知识主要是惯性技术、自控原理、最优滤波、计算机原理及编程等其余相关的基础课程。

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测试数据分析

本课程的学时数为：40
面向对象：自控系自动化专业本科高年级学生。
开科单位：304教研室。

　　本课程是信号测试领域内的一门专业基础颗。课程介绍了用计算机对被测电信号进行数据（信号）处理的一般方法和信号的频谱分析及快速傅里叶变换算法，以便于研究信号的组成成份，有助于滤掉信号中的有害部分，使信号得到净化。本课程还介绍随机数据统计分析和随机数据的统计检验。

　　本课程的前续知识主要是：高等数学、概率论与随机过程。

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最优滤波与应用

本课程的学时数为：40。
面向对象：自控系自动化专业本科高年级学生。
开课单位：304教研室。

　　本课程是现代控制理论的一个分支。课程的主要内容是介绍随机动态系统的最优滤（卡尔曼滤波）理论和该系统的最优控制。还介绍最优滤波理论的工程应用的实例。

　　最优滤波理论是提高导航系统的重要数学工具，也是提高检测系统精度的重要数学工具之一。

　　本课程的前续知识主要有：线性代数、概率论与随机过程、现代控制理论。

　　课内学时：32小时，上机学时：8小时。

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专业外语《The Wind and Beyond》

本课程的学时数为：40。
面向对象：自控系自动化专业本科高年级学生。
开科单位：304教研室。

　　作为本科生高年级学生的必修课，专业外语的;目的在于进一步扩大学生的词汇量，对复杂句型的分析、理解能力，提高有关科技和人文科学语言内容的准确离解和翻译能力。同时，应尽力尝试训练学生的听力和口头表达能力，为其今后能用英语进行工作、生活中的交流奠定初步基础。《The Wind and Beyond　》教材的优点在于词汇量大，远远高于六级英语水平要求，其次是句型复杂，能锻炼学生的阅读能力，对学生英语再上台阶有好处。同时该书以卓越的航空、航天科学家封.卡门的传记形式出现，其中关于Prof.封.卡门的思想历程及求学经历，学习和研究的思维方法颇具科学性，对学生培养自己的学习方法有较多的启迪作用。教师采用本教材可将重点放在课堂上的Spoken Language的能力训练上。课后翻译可高强度训练其阅读能力。

　　本课程为36计划学时，不失为一本较好的科学家传记，能激励学生奋发向上的求知欲和开拓精神。

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光纤测控技术

本课程的学时数为：50。
面向对象：自控系自动化专业本科高年级学生。
开课单位：304教研室。

　　由N.S.Kapany命名的纤维光学是近代二十余年来，从近代光学领域中发展起来的一门新兴学科。随着光纤技术在军事领域的开拓应用，随着工业控制，计算机联网，机器人、智能检测、信息开发等领域的发展，光纤器件与技术，光纤传感与传输，光纤测控技术异军突起，成为一门热门技术。同时，基于光纤通讯及计算机的“信息高速公路”的概念业已形成，并在工程上实现，人类将进入一个崭新的信息时代。人们的工作方式，学习方式、生活方式以及传统的观念都会随之改变。

　　正如计算机的知识及技术已不再局限于从事计算机专业的人之中，光纤及在其各领域的应用技术也将逐渐成为许多非电子学与通讯学科人的需求。

　　针对这种需求，本书主要介绍光纤传光基础理论，光纤性能，光纤的激励与联接，固态光纤光源，光电探测器，光纤数据传输和光纤传感器。为适应本科生的教学深度，本书以几何光学为基础，注意点放在器件的外特性方面的知识，理论与技术相结合为今后进一步深入研究或设计系统打下基础。

　　本教材参考学时数为50学时，在附录部分应用电磁理论来研究光在纤维中的传播机理，可作为研究生的研修课程，亦可供有关工程技术专业人士参考。

　　本课的前续知识主要是检测技术、光学理论、普通物理学、自动控制原理等相关基础课。

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精密仪器设计

本课程的学时数为：60。
面向对象：自控系自动化专业本科高年级学生。
开课单位：３０４教研室。

　　精密仪器和精密测试设备的发展水平，制约着当前高科技发展水平，它的发展方向是机电一体化，以及　在微结构和微电子技术基础上的微机电系统。本课程介绍机电一体化精密仪器及精密测试设备设计的基本理论、方法和目前正在应用和发展中的最基本的机械结构设计的最基本的机械结构设计知识。

　　具体学习内容有：精密仪器的精度设计；设计的基本原理和原则；精密工作台（导轨付）和主轴系统的设计；微位移（微结构）技术；瞄准与对准技术；精密仪器的总体设计等。

　　本课程是典型的“军民”结合型，拓宽了专业的面向。

　　本课程的前续知识有：机械制图、机械设计基础、精工实习、材料力学、检测技术、电子线路、微机原理与应用等相关基础课。

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　 智能仪器

本课程学时数为：40。
面向对象：自控系自动化专业本科高年级学生。
开课单位：304教研室。

　　本课程以MCS-51单片机为核心来设计智能仪器作为主线，介绍了智能仪器的构成、工作原理、硬件与软件的设计方法。主要内容有：智能仪器的发展概述；智能仪器中的微型计算机、输入／输出通道、接口技术；智能仪器的典型功能；智能仪器的抗干扰技术；监控主程序的设计；总线标准及其实现方法；智能仪器的设计与调试等。内容新颖、联系实际，提供了一些很有实用价值的应用程序与典型电路。

　　本课程的前续知识主要是计算机原理及编程、电子线路等其余相关的基础课程。

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检测技术

本课程的学时数为：60。
面向对象：自控系自动化专业本科高年级学生。
开课单位：304教研室。

　　检测技术又称传感技术，这是现代技术的重要组成部分。随着科技的发展，从微观世界到宏观世界，从日常生活到尖端科学，越来越需要更多的信息以及信息的转换，而这已不能只简单地依靠人自身，需要借助于检测技术来完成。另外，随着自动化技术的发展，对检测技术也提出了更高的要求，它决定着控制的准确度、稳定性。可见，检测技术与自动控制，以及其它学科是密切相关的，不可分割的。

　　由于环境因素的不同，测量精度要求的不同，所采用的检测手段或方法是不同的，相应所运用的工作原理也是不同的，它们涉及到了机械、电、磁、光等方面的理论。所以，在《检测技术》这门课中，将针对各类传感器或检测系统，分别就机械、电、磁、光的应用基础理论进行讲解，从而给各类检测技术一个总结，另外，通过比较与分析，将使各类传感器的优缺点明了。

　　传感器世界是丰富多彩的，所以这门课只能给予基本概念，并提供基本研究方法，但它将为进一部研究以及运用开辟一个广阔天地。

　　本课程的前续知识主要是：机械设计、电路、电磁元件、模拟电路、光学等其余相关的基础课程。

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新型陀螺

本课程的学时数为：60。
面向对象：自控系自动化专业本科高年级学生。
开课单位：304教研室。

　　在惯性技术的发展过程中，采用不同的技术途径来提高陀螺仪的性能。一种途径是在刚体转子的基础上，不断完善和革新它的支撑结构以获得低漂移率，相继出现了液浮、气浮、动力调谐和静电陀螺仪，但这些陀螺仪将逐渐被新型陀螺仪所取代。

　　另一种技术途径是利用近代物理学的研究成果，寻找物体相对惯性空间旋转的多种物理效应，激光、光纤、核磁共振陀螺仪就是其中的典型代表，其中激光、光纤陀螺正在航空、航天领域中得到广泛的应用。

　　但与次同时，人们并没有放弃经典力学理论来进行新的探索，音叉振动陀螺仪、压电陀螺仪和半球谐振陀螺仪的出现，可以说就是这种探索的结果。

　　近十年来，由于微机械加工工艺方面的突破性进展，推动了微型陀螺仪和惯性组合相继研制成功，这种微电子与微机械的组合，已经成为当前惯性仪表的一个重要发展方向，它将给惯性技术领域带来重大的变革。

　　本课程的前续知识主要是惯性技术、机械加工、自动控制原理、现代控制原理、理论力学、普通物理学等相应基础学科。

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可靠性技术

	本课程的学时数为：40。
	面向对象：自控系自动化专业本科高年级学生。
	开课单位：304教研室。

　　可靠性技术是工程技术人员不可少的专业基础知识之一。可靠性技术在航空、航天、航海、电子、电气、轻工等各个技术领域均有着重要的应用。

　　本课程内容包括可靠性的基本概念、可靠性实验及数据处理、各种系统的可靠性数学模型、系统可靠性设计、冗余系统设计以及提高系统可靠性的方法等。

　　通过本课程的学习，了解可靠性的基本知识，掌握可靠性的分析方法及提高系统可靠性的基本方法和基本理论，为今后工作中解决可靠性的有关问题打下基础。

　　本课程前续知识主要有：高等数学、概率与数理统计、计算机语言、系统工程（各专业课程）等有关知识。

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