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本书主要从飞机电子仪表、航空陀螺仪表和惯性导航系统三大类仪表（系统）入手，在深入分析具体设备工作情况的前提下，结合工作实际，提炼出航空仪表（系统）的基本测量原理，系统且详细地介绍航空通用机型的典型仪表（系统）的功能、组成、工作原理、交联关系等知识，力求内容翔实、准确。读者学习和掌握本书内容，可为日后开展实际工作打下坚实的基础。本书可作为航空院校电气工程与自动化、仪器科学与技术、惯性导航、交通运输等相关专业本科生的教材，也可作为航空相关领域的工程技术人员的参考用书，还可供地勤维护人员在进行资料查询、理论培训时使用。

目    录
 
第一章  大气数据测量原理	1
第一节  大气数据的测量及计算	1
一、大气的基本知识	1
二、飞行高度的测量及计算	5
三、空速的测量及计算	10
四、马赫数的测量及计算	17
五、升降速度的测量及计算	18
六、其他大气数据计算公式	19
第二节  大气数据的测量传感器	22
一、振动筒式压力传感器	23
二、总温传感器	25
三、攻角传感器	27
第三节  大气数据计算机原理	30
一、大气数据计算机的组成和工作原理	30
二、大气数据的计算原理	32
第四节  精密高度表的工作原理	37
一、原理结构组成	37
二、功能特点	37
三、基本工作原理	38
复习思考题	38
第二章  发动机参数测量原理	40
第一节  温度测量原理	40
一、热电式温度表	40
二、电阻式温度表	46
第二节  转速测量原理	49
一、磁转速表的工作原理	49
二、转速表的指示公式	51
三、转速表的温度误差及补偿方法	53
第三节  油量测量原理	54
一、电容式油量表	54
二、燃油耗量表	62
第四节  压力测量原理	64
一、压力测量元件	64
二、滑油压力表的工作原理	69
三、煤油压力表的工作原理	73
四、液压油压力表的工作原理	73
五、电流比值表指针转角公式和电流比值公式推导	74
第五节  扭矩测量原理	76
第六节  振动测量原理	78
复习思考题	79
第三章  飞参系统	80
第一节  飞参系统数据采集、记录与处理一般原理	81
一、信号的分类	81
二、模拟量信号离散化	81
三、时分多路传输的原理和方法	85
四、帧结构	93
五、数据处理	93
第二节  飞参系统的工作原理	93
一、飞参系统信号采集传感器	94
二、采集记录器的工作原理	95
三、数据信号调理与接口技术	101
复习思考题	102
第四章  陀螺仪的特性	103
第一节  陀螺仪的力学基础	103
一、陀螺仪及其组成	103
二、哥里奥利加速度（哥氏加速度）	105
三、转动惯量	108
四、角动量及角动量定理	109
五、陀螺仪运动表示方法	111
第二节  双自由度陀螺仪的运动特性	112
一、双自由度陀螺仪的进动性	112
二、双自由度陀螺仪的稳定性	116
三、双自由度陀螺仪的运动方程及传递函数	118
四、双自由度陀螺仪的典型动态分析	122
五、研究陀螺仪运动常用的参考坐标系及其相互关系	127
复习思考题	129
第五章  姿态陀螺仪	130
第一节  飞机姿态角及其测量原理	130
一、飞机姿态角	130
二、姿态角测量原理	131
第二节  姿态陀螺仪的组成及修正	133
一、姿态陀螺仪的基本组成	133
二、姿态陀螺仪的安装及姿态角测量	134
三、姿态陀螺仪的修正装置及其修正特性	135
第三节  姿态陀螺仪的运动方程及结构图	139
一、姿态陀螺仪的运动方程	139
二、姿态陀螺仪的结构图	141
第四节  姿态陀螺仪的修正误差	143
一、姿态陀螺仪的修正误差组成	143
二、姿态陀螺仪的修正速度	146
三、加速度条件下姿态陀螺仪的误差	148
复习思考题	152
第六章  航向陀螺仪	153
第一节  航向陀螺仪的基本原理和组成	153
一、航向的定义	153
二、航向测量原理	155
三、航向陀螺仪的基本组成	157
第二节  航向陀螺仪的运动方程及结构图	159
一、航向陀螺仪的运动方程	159
二、航向陀螺仪的结构图	161
第三节  航向陀螺仪的方位误差	162
一、机械误差	162
二、地球自转误差	164
三、飞行速度误差	165
复习思考题	166
第七章  角速度陀螺仪	167
第一节  单自由度陀螺仪的特性	167
一、单自由度陀螺仪的运动	167
二、单自由度陀螺仪的运动方程	168
三、单自由度陀螺仪的结构图和传递函数	170
第二节  单自由度陀螺仪的基本分析	171
一、同时有阻尼和弹性约束的单自由度陀螺仪的运动规律	171
二、仅有阻尼的单自由度陀螺仪的运动规律	172
复习思考题	173
第八章  轴角测量传输原理	174
第一节  同步器传输随动系统	174
一、组成与功用	174
二、工作原理	175
三、几种特殊工作情况	176
第二节  旋转变压器工作原理	179
一、余弦旋转变压器	180
二、正弦旋转变压器	181
三、线性旋转变压器	181
四、旋转变压器的应用	182
复习思考题	183
第九章　导航系统基础知识	184
第一节  导航的概念	184
第二节  导航系统的分类	185
一、无线电导航系统	185
二、卫星导航系统	185
三、惯性导航系统	186
四、组合导航系统	186
第三节  惯性导航系统的发展	187
一、惯性导航系统的发展历程	187
二、对惯性导航系统的评价	187
第四节  惯性导航系统的简化原理和组成及导航参数	188
一、惯性导航系统的简化原理	188
二、惯性导航系统的组成	189
三、导航参数	190
复习思考题	190
第十章  惯性传感器	191
第一节  陀螺仪	191
一、陀螺仪的分类与发展	191
二、惯性级陀螺仪的特点	192
三、动力调谐陀螺仪	195
四、激光陀螺仪	199
第二节  加速度计	202
一、加速度计的组成	202
二、惯性导航系统对加速度测量的要求	204
三、挠性加速度计	204
四、加速度与比力	206
复习思考题	208
第十一章  陀螺稳定平台	209
第一节  概述	209
第二节  单轴陀螺稳定平台的基本原理	210
一、稳定系统的工作原理	210
二、修正系统的工作原理	217
第三节  三轴陀螺稳定平台的基本原理	223
一、三轴陀螺稳定平台的基本组成	223
二、方位坐标分解器	224
三、正割分解器	227
四、方位锁定回路	229
第四节  四环三轴陀螺稳定平台	230
一、三环三轴陀螺稳定平台的“环架锁定”	230
二、四环三轴陀螺稳定平台的构成	231
三、外横滚伺服回路	231
复习思考题	232
第十二章  平台式惯性导航系统原理	233
第一节  指北方位惯性导航系统	233
一、指北方位惯性导航系统的组成和原理	233
二、平台指令角速度	235
三、平台支点的绝对加速度及比力方程	236
四、指北方位惯性导航系统方案	240
五、指北方位惯性导航系统方案简略分析	241
第二节  惯性导航系统的初始对准	242
一、概述	242
二、指北方位惯性导航系统的初始对准原理	243
第三节  捷联式惯性导航系统	250
一、组成和概念	250
二、姿态矩阵及其修正	251
三、捷联式惯性导航系统的计算原理	255
复习思考题	256
参考文献	257

前    言
航空仪表是飞机上各种仪表的总称。目前飞机上的航空仪表种类繁多，分别用来测量或计算飞机的各种飞行参数、发动机参数、一些机载设备的工作状态等，一方面为飞行员提供操纵飞机的目视显示信息，另一方面为飞行控制系统、综合航电系统等提供各种相关数据。经过不同历史时期，航空仪表从机械式、电气式、机电伺服式、综合指示式，发展到电子显示式，其表现形态各不相同，但就其测量或计算的基本机理、方法和手段而言，它们有着共同的基础。本书主要从飞机电子仪表、航空陀螺仪表和惯性导航系统三大类仪表（系统）入手，在深入分析设备工作情况的前提下，结合工作实际，提炼出航空仪表（系统）的基本测量原理，为后续航空仪表具体型号和设备的学习打下坚实的基础。
本书分为三个知识模块，共十二章。第一个知识模块为飞机电子仪表原理，共三章，主要介绍大气数据测量原理、发动机参数测量原理和飞参系统；第二个知识模块为航空陀螺仪表原理，共五章，主要介绍陀螺仪的特性、姿态陀螺仪、航向陀螺仪、角速度陀螺仪和轴角测量传输原理；第三个知识模块为惯性导航系统原理，共四章，主要介绍导航系统基础知识、惯性传感器、陀螺稳定平台和平台式惯性导航系统原理。具体内容概括如下：第一章为大气数据测量原理，在介绍大气数据的测量及计算和测量传感器的基础上，介绍大气数据计算机原理，同时考虑到当前飞机普遍使用精密高度表，本章最后还介绍了其工作原理；第二章为发动机参数测量原理，主要介绍发动机温度、转速、油量、压力、扭矩及振动的测量原理；第三章为飞参系统，在介绍飞参系统数据采集、记录与处理一般原理的基础上，介绍飞参系统的工作原理；第四章为陀螺仪的特性，主要介绍陀螺仪的力学基础和双自由度陀螺仪的运动特性；第五章为姿态陀螺仪，在介绍飞机姿态角及其测量原理的基础上，着重介绍姿态陀螺仪的组成、结构图及修正误差；第六章为航向陀螺仪，在介绍航向陀螺仪基本原理的基础上，着重介绍航向陀螺仪的组成、结构图及方位误差；第七章为角速度陀螺仪，主要介绍单自由度陀螺仪的特性与基本分析；第八章为轴角测量传输原理，主要介绍同步器传输随动系统和旋转变压器工作原理；第九章为导航系统基础知识，主要介绍导航的概念、导航系统的分类、惯性导航系统的发展、惯性导航系统的简化原理和组成及导航参数；第十章为惯性传感器，主要介绍陀螺仪和加速度计的工作原理；第十一章为陀螺稳定平台，主要介绍单轴陀螺稳定平台和三轴陀螺稳定平台的基本原理；第十二章为平台式惯性导航系统原理，主要介绍指北方位惯性导航系统原理和惯性导航系统的初始对准，并介绍了捷联式惯性导航系统。
需要说明的是，为便于理解，本书中一些术语、单位等的使用遵守了专业界的惯用法。例如，大气压强用大气压力表示，大气压强的单位用毫米汞柱（mmHg）而非国际单位制的帕（Pa）表示；各种压力表测量的其实是压强，如气体的压强、燃油的压强，但本书中用压力表示，如压力测量、压力表、燃油压力等。凡此种种，还请读者阅读时注意。
本书由曲建岭、王小飞、王元鑫、袁涛、徐景硕等共同编写，嵇绍康、韩继凯等参与了本书的校对、排版和绘图等工作，在此一并表示感谢。由于作者水平有限，书中的不足之处在所难免，敬请读者批评指正。

编著者  
                                                                2023年1月

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