水下定位與導航技術

《水下定位與導航技術》是武漢大學出版社出版的圖書，作者是張紅梅。本書主要介紹了導航定位系統、水下聲學導航定位系統以及基於地球物理屬性匹配的水下導航定位系統。

基本介紹

• 書名：水下導航定位技術
• 作者：張紅梅
• ISBN：9787307082564 
• 出版社：武漢大學出版社 
• 裝幀：平裝

基本信息

水下導航定位技術 [平裝]~ 張紅梅(作者), 趙建虎(作者), 楊鯤(作者), 田春和(作者)

內容簡介

《水下導航定位技術》在簡要介紹水下導航定位技術發展歷史、現狀和趨勢的基礎上，對不同導航定位系統的工作原理進行了系統介紹。基於上述系統，以慣性導航系統為主導航系統，匹配導航系統為輔助導航系統，介紹了不同水下組合導航定位系統。

《水下導航定位技術》可作為導航或相關專業本科生和研究生教材，也可供從事水下導航定位技術方面工作和研究人員參考。《水下導航定位技術》是由武漢大學出版社出版的。

目錄

第1章 緒論

1.1 概述

1.2 水下導航發展的歷史和現狀

1.2.1 慣性導航

1.2.2 聲學導航

1.2.3 地形/地貌匹配導航

1.2.4 重力匹配導航

1.2.5 地磁匹配導航

小結

第2章 導航坐標系及其相互轉換

2.1 導航常用坐標系

2.2 坐標系間的轉換

2.2.1 慣性坐標繫到非慣性坐標系的轉換

2.2.2 地球坐標繫到導航坐標系的轉換

2.2.3 導航坐標系與載體坐標系的轉換

2.2.4 載體坐標系與計算坐標系間的轉換

小結

第3章 慣性導航系統

3.1 系統組成及分類

3.2 平台式慣性導航系統

3.2.1 慣導平台

3.2.2 平台伺服迴路性能指標

3.2.3 三軸平台伺服迴路的耦合與隔離

3.2.4 遊動方位慣導系統導航參數的計算

3.3 捷聯式慣性導航系統

3.3.1 捷聯式慣導系統的姿態計算

3.3.2 捷聯式慣導系統導航參數的解算

3.4 慣導系統誤差分析

3.4.1 慣導系統的誤差方程

3.4.2 慣導系統的基本誤差特性

小結

第4章 水下聲學導航定位

4.1 概述

4.2 系統組成及導航定位方式

4.3 水聲導航定位系統及其工作原理

4.3.1 長基線聲學定位系統

4.3.2 短基線聲學定位系統

4.3.3 超短基線聲學定位系統

4.4 系統數據處理

4.4.1 數據質量控制

4.4.2 船姿改正

4.4.3 水聽器基陣偏移改正

4.4.4 聲速改正

4.4.5 坐標轉換

4.5 導航定位實施

4.5.1 準備工作

4.5.2 水下導航定位

4.6 導航定位誤差分析

4.6.1 聲學導航系統誤差

4.6.2 輔助設備精度

4.6.3 定位精度綜合分析

小結

第5章 水下地形匹配導航

5.1 概述

5.2 水下地形測量系統

5.2.1 單波束測深系統

5.2.2 多波束回聲測深系統

5.2.3 高解析度測深側掃聲吶系統

5.2.4 機載雷射測深系統

5.2.5 水深遙感

5.3 測深數據處理

5.3.1 聲速改正/聲線跟蹤

5.3.2 測點地理坐標計算

5.3.3 潮位改正

5.4 海床地形描述

5.4.1 海床地形格網化

5.4.2 海床地形等深線描述

5.5 水下地形匹配定位技術

5.5.1 基於等深線走向的海床地形匹配算法

5.5.2 基於等深線圖像的地形匹配算法

5.5.3 基於鏈碼和形狀特徵的等深線綜合匹配算法

5.6 實驗及分析

小結

第6章 海床地貌匹配導航

6.1 海床地貌圖像的獲取及數據處理

6.1.1 聲吶圖像的形成

6.1.2 多波束聲吶圖像

6.1.3 側掃聲吶圖像

6.2 聲吶圖像處理技術

6.2.1 圖像平滑

6.2.2 圖像增強

6.2.3 圖像邊緣檢測和分割

6.3 地貌圖像匹配導航技術

6.3.1 SIFT匹配算法

6.3.2 SURF匹配算法

6.3.3 SURF和SIF'I匹配方法比較

6.4 約束匹配算法

6.5 匹配實驗及分析

小結

第7章 水下地磁匹配導航

7.1 水下地磁匹配導航系統組成

7.2 地磁測量及數據處理

7.2.1 地磁測量

7.2.2 地磁數據處理

7.3 地磁場建模

7.3.1 擬合建模法

7.3.2 內插建模法

7.3.3 基於位理論的建模方法

7.4 地磁匹配導航算法

7.4.1 TERCOM匹配算法及其改進算法

7.4.2 ICCP匹配算法

7.4.3 改進型ICCPI~配算法

小結

第8章 水下組合導航系統

8.1 卡爾曼濾波

8.1.1 離散系統卡爾曼濾波的數學描述

8.1.2 自適應卡爾曼濾波

8.2 地形輔助INS水下組合導航系統

8.2.1 系統組成

8.2.2 系統工作原理

8.2.3 系統誤差分析

8.2.4 實驗及分析

8.3 地貌輔助INS水下組合導航系統

8.3.1 系統組成

8.3.2 導航工作原理

8.3.3 系統誤差分析

8.3.4 實驗

8.4 地磁輔助INS水下組合導航系統

8.4.1 系統組成

8.4.2 系統工作原理

8.4.3 系統誤差分析

8.4.4 實驗及分析

8.5 地形/地貌/地磁綜合輔助INS水下組合導航系統

8.5.1 系統組成

8.5.2 系統工作原理

8.5.3 系統誤差分析

8.5.4 實驗及分析

小結

參考文獻

序言

由於水介質的特殊性，諸如光學導航、無線電導航、衛星導航等常用的導航技術在水下難以被採用。因此，相對陸空導航，水下導航可利用資源較少，實施起來相對困難。無源、自主慣性導航系統短時間內具有導航精度高、導航信息全面等特點，非常適合水下導航。但由於系統漂移，長時間導航會存在誤差積累。隨著現代科學技術的發展，特別是我國海洋強國戰略的實施，對水下導航在精度和可靠性方面都提出了更高的要求，僅靠單一慣性導航系統很難滿足這些要求，因此需要形成以慣性導航系統為主導航系統、其他導航系統為輔助導航系統的組合導航系統，以提高導航的精度和可靠性，這也是當前水下導航技術的發展趨勢。

本書在分析國內外水下導航技術的基礎上，介紹了慣性導航技術和水下聲學導航技術以及基於匹配思想的導航技術的原理，最後對水下組合導航系統的設計方法和系統性能進行了詳述並給出了實驗驗證。

全書由八章組成，分別為：

第1章緒論

第2章導航坐標系及其相互轉換

第3章慣性導航系統

第4章水下聲學導航定位

第5章水下地形匹配導航

第6章海床地貌匹配導航

第7章水下地磁匹配導航

第8章水下組合導航系統

本書由國家863項目“地形地貌與地磁水下組合導航定位關鍵技術研究”（項目編號2009AAl22311）資助，由承擔項目的武漢大學和天津水運工程科學研究所兩個單位課題參加人員聯合完成。其中，張紅梅、楊鯤完成第1章、第3章的撰寫；趙建虎、楊鯤完成第2章的撰寫；楊鯤、張紅梅、田春和、張彥昌完成第4章的撰寫；張紅梅、趙建虎完成第5章、第6章的撰寫；趙建虎、張紅梅完成第7章和第8章的撰寫。

本書的所有原始試驗數據由合作單位天津水運工程科學研究所提供，在此表示感謝。同時，博士生張凱、碩士生孟先闊為地形匹配導航試驗提供了實驗成果；博士後陶維亮、碩士生邵楠為地貌匹配導航試驗提供了實驗成果；博士生王勝平、王愛學為地磁匹配導航試驗提供了實驗成果；博士後陶維亮、博士生王勝平、張凱和王愛學為水下組合導航試驗提供了實驗成果。在此一併表示感謝。

作者：田坦　編著

ISBN：10位[7118052248]13位[9787118052244]

出版社：國防工業出版社

出版日期：2007-9-1

定價：￥22.00元

內容提要

本書詳細介紹了水下定位與導航的基本原理和採用的技術。書中分別敘述了水下長基線、短基線、超短基線聲學定位技術，聲都卜勒和聲相關測速技術，海底地形地貌測量技術及其信號處理方法。

本書突出原理和技術方面的敘述、分析，內容由淺入深，便於自學。它可作為高等院校水聲工程專業研究生教材和從事聲吶設計技術人員的參考書，也可供雷達、信息處理及導航專業的師生參考。

編輯推薦

本書詳細介紹了水下定位與導航的基本原理和採用的技術。書中分別敘述了水下長基線、短基線、超短基線聲學定位技術，聲都卜勒和聲相關測速技術，海底地形地貌測量技術及其信號處理方法。

本書突出原理和技術方面的敘述、分析，內容由淺入深，便於自學。它可作為高等院校水聲工程專業研究生教材和從事聲吶設計技術人員的參考書，也可供雷達、信息處理及導航專業的師生參考。

目錄

第1章　緒論

1.1　定位與導航概述

1.2　水面艦船的定位導航方法

1.3　水下導航定位技術的發展

1.4　水聲定位與導航技術簡介

1.4.1水聲定位系統

1.4.2　聲學測速和計程設備

1.4.3　地形地貌測量

1.5聲吶方程及有關參數

1.5.1主動聲吶方程

1.5.2　被動聲吶方程

1.6　本書的安排

參考文獻

第2章　短基線水聲定位系統

2.1引言

2.2　使用非同步信標的短基線系統

2.3　使用應答器的短基線水聲定位系統

2.3.1使用應答器的優點

2.3.2　定位解算方法

2.4　位置修正

2.5　短基線系統的套用實例——船舷懸掛式目標軌跡短基線測量系統

2.5.1引言

2.5.2定位方程

2.5.3　誤差源分析

2.5.4　基陣校準與水下姿態修正

2.5.5距離模糊問題和數據預處理

2.6　本章小結

參考文獻

第3章　超短基線水聲定位系統

3.1引言

3.2　入射角和深度方式（非同步信標方式）位置解算

3.3　入射角與距離算法（應答器或回響器方式）

3.4超短基線定位系統定位誤差分析

3.5改善超短基線定位系統定位精度的措施

3.5.1引言

3.5.2　增大基元間距改善定位精度

3.5.3　採用寬頻信號提高定位精度

3.6　超短基線定位系統相位差測量方法

3.6.1自適應陷波濾波器（Notch濾波器）

3.6.2自適應相位差估計器

3.7　超短基線定位系統的標校

3.7.1基元相位差校準

3.7.2　超短基線系統的海上校準

3.8本章小結

參考文獻

第4章　長基線水聲定位系統

4.1引言

4.2　長基線水聲定位系統的幾種套用模式

4.2.1艦船導航模式

4.2.2　長基線有纜潛器（TTS）導航模式

4.2.3長基線無纜潛器（FSS）定位模式

4.3　海底應答器陣的校準

4.3.12　個應答器的情況

4.3.23　個應答器的情況

4.3.3　用於四邊形應答器陣的兩種校準方法

4.4　長基線定位系統的跟蹤定位算法

4.4.1　2個應答器導航

4.4.2　3個應答器導航定位

4.4.3　4個應答器導航定位

4.5長基線深水應答器水聲導航系統套用實例

4.5.1系統組成

4.5.2　定位解算方程

4.5.3　定位解算方法

4.5.4海底應答器陣相對位置的測定

4.5.5深水長基線系統的聲速補償

4.5.6　數據的預處理

4.6　本章小結

參考文獻

第5章　聲都卜勒測速技術

5.1引言

5.2　艦船都卜勒測速原理

……

第6章　聲相關測速技術

第7章　多波束回波測深技術

參考文獻