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王国臣，齐昭，张卓编著 著

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• 惯性导航
• 声学导航
• SLAM
• 传感器融合
• 控制理论
• 海洋工程
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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118105469

商品编码：10599342804

出版时间：2016-04-01

作  者:王国臣,齐昭,张卓 编著 定  价:82 出 版 社:国防工业出版社 出版日期:2016年04月01日 页  数:268 装  帧:平装 ISBN:9787118105469 ●第1章绪论
●1.1概述
●1.2水下导航定位技术
●1.2.1惯性导航
●1.2.2水声定位与导航
●1.3组合导航系统
●1.3.1INS／地形匹配组合导航
●1.3.2INS／地磁匹配组合导航
●1.3.3INS／重力匹配组合导航
●1.3.4静电陀螺监控导航
●1.4导航信息融合及滤波技术
●1.4.1卡尔曼滤波
●1.4.2非线性滤波
●1.4.3联邦卡尔曼滤波
●参考文献
●第2章惯性导航系统
●2.1坐标系及坐标变换
●2.1.1坐标系定义
●2.1.2坐标变换矩阵
●2.2平台惯性导航系统
●部分目录

内容简介

全书共分为10章，针对目前水下导航系统研究的主要问题，并针对不同应用需求，进行一定深度的阐述，主要包括：惯性导航系统的误差分析、惯性导航系统的标定及初始对准、组合导航与信息滤波、水声定位与INS/速度匹配组合导航、INS/地形匹配组合导航系统、INS/地磁匹配组合导航系统、INS/重力匹配组合导航系统、静电陀螺监控技术。

《深海信标》 引言 浩瀚的蓝色星球，其表面覆盖着超过百分之七十的海洋，而这片神秘而广阔的领域，却依然是人类探索的盲区。从古老的传说到现代的科学考察，深海始终以其未知的诱惑和严峻的挑战，吸引着一代又一代的探险者。然而，深入这片幽暗的未知之地，需要克服的不仅仅是巨大的水压和极低的温度，更关键的是，如何在没有视觉参照、信号衰减严重的环境下，准确掌握自身的位置与航向，这成为了制约深海探索的瓶颈。 《深海信标》正是这样一部致力于破解这一核心难题的力作。本书并非一本单纯的技术手册，而是一次关于智慧、毅力与科技的史诗般叙述。它将带领读者穿越时间的洪流，从早期人类对海洋的朴素认知，逐步深入到现代精密导航技术的演进历程，最终触及未来深海探索的无限可能。我们在这里所探讨的，并非局限于某个单一的技术名词，而是围绕着“如何让生命在极端环境下，依然能够找到回家的路”这一永恒命题展开。 第一章：星辰与潮汐的古老指引 在科技尚未萌芽的远古时代，人类的足迹就已经开始在海洋上延伸。生存的本能和对未知的好奇，驱使着他们驾驭简陋的舟楫，横渡茫茫大海。没有精准的仪器，没有可靠的信号，他们的导航依赖于对自然最细致的观察和最深刻的理解。 本章将详细回顾这些古老的智慧。我们审视古代航海家们如何利用太阳的升落、月亮的盈亏、以及星辰在夜空中的轨迹来判断方向。月亮引力带来的潮汐规律，虽然看似简单，却蕴含着精准的时间和空间信息，被聪明的人类捕捉并加以运用。海岸线的地貌特征、风向的变化、海鸟的迁徙习性，甚至洋流的细微涌动，都被视为至关重要的“自然信标”。 我们还将深入探究古代文明在航海技术上的独特贡献，例如波利尼西亚人令人惊叹的岛屿间航行技术，他们通过观察星星的高度和方位，以及对海浪模式的感知，在广阔的太平洋上纵横捭阖，其精度之高，至今仍令现代科学家们惊叹不已。本章旨在揭示，即使在最原始的条件下，人类也从未停止过对“定位”的追求，而这些古老的智慧，往往是现代技术创新的源泉。 第二章：磁场的回响与声波的涟漪 随着科学的发展，人类开始从更宏观的物理现象中寻找导航的线索。地球本身就是一个巨大的磁场，而这一无形的力量，成为了早期导航的重要依据。 本章将深入剖析磁性罗盘的诞生及其发展历程。从天然磁石的发现，到人工磁化技术的成熟，再到现代高精度磁力仪的应用，磁场导航技术经历了漫长而艰辛的演进。我们将探讨磁场对船舶航行的重要意义，以及如何利用地磁场的分布规律来推测方位。当然，我们也会坦诚地指出磁场导航的局限性：地磁场并非完全均匀，并且会受到地质构造和太阳活动等因素的影响，尤其是在高纬度地区，其指向性会变得不稳定。 与此同时，另一个重要的物理现象——声波，也开始被引入到导航领域。声音在水中传播的特性，与在空气中截然不同。本章将详细介绍声纳技术的发展，从最初的简单回声探测，到如今复杂的多波束测深系统。我们将解析声波如何被发射、反射，以及通过对反射信号的分析，来测量水深、探测海底地形，甚至识别水下目标。声纳不仅仅是“听”大海的声音，更是通过声音的语言，来“感知”水下世界的几何形状和物质构成。我们还将讨论声波在水下定位中的初步应用，例如利用预设的声学信标，来为水下航行器提供参考。 第三章：惯性与独立的脉搏 当海洋变得更加深邃，当我们需要摆脱外部环境的干扰，一种更为自主的导航方式应运而生。它不再依赖于外部信号，而是依靠自身内部的运动测量来推算位置。这就是惯性导航系统的核心理念。 本章将详尽解读惯性导航技术（INS）的原理。我们将从牛顿运动定律出发，解释陀螺仪和加速度计在惯性导航中的关键作用。陀螺仪如何保持其指向不变，从而提供绝对的方位信息；加速度计又如何测量载体的直线运动，累积起来便能推算出位置的变化。我们将深入探讨高精度惯性测量单元（IMU）的结构和工作方式，以及如何通过先进的算法补偿传感器误差，实现长时间的高精度定位。 惯性导航的优势在于其独立性和实时性，它不受外部信号衰减或干扰的影响，能够提供连续的位置、速度和姿态信息。然而，惯性导航也存在一个固有的挑战：误差的累积。每一次微小的测量误差，都会在积分计算中被放大，导致位置推算结果随时间推移而逐渐偏离真实位置。本章将重点阐述如何通过各种技术手段来抑制和修正这种累积误差，为实现长时间、高精度的水下自主导航奠定基础。 第四章：卫星的馈赠与融合的智慧 尽管惯性导航提供了自主性，但其累积误差的问题始终是深海探索的一大障碍。要实现真正精准的长期定位，就必须引入外部的高精度参考。而现代科技的奇迹——卫星导航系统（GNSS），为我们打开了这一扇门。 本章将聚焦于GNSS技术在海洋导航中的应用，特别是其如何与水下导航技术相结合。我们将详细介绍全球定位系统（GPS）、格洛纳斯（GLONASS）、伽利略（Galileo）以及北斗（BeiDou）等主要卫星导航系统的原理和特点。重点在于分析GNSS信号在水面及近水面区域的覆盖情况，以及如何通过水面浮标或母船搭载的GNSS接收器，为水下航行器提供高精度的初始位置和校准信息。 然而，GNSS信号无法直接穿透水体。因此，本章的重头戏在于探讨“融合”的智慧。我们将详细阐述水下导航系统中，如何将GNSS提供的外部精度信息，与惯性导航系统（INS）提供的连续性信息进行巧妙融合。这通常通过一种称为“导航滤波器”（如卡尔曼滤波器）的数学模型来实现。GNSS信号在水面短暂获得时，能够为INS提供“重置”和校准的机会，从而极大地抑制INS的误差累积。我们将深入剖析这种多源融合导航的优势，它兼具了INS的连续性和GNSS的绝对精度，是当前水下导航领域最主流、最有效的解决方案之一。 第五章：信标的低语与无声的指引 在极端深邃或信号极度衰减的水域，即便是先进的卫星导航系统也无能为力。这时，我们需要回归到更为基础但同样至关重要的“信标”概念，只不过，这些信标更加隐蔽，传递的信息更加微弱，却在关键时刻成为我们唯一的希望。 本章将探索那些隐藏在深海中的“无声指引”。我们将详细介绍声学定位系统（Acoustic Positioning Systems）的原理和类型。这包括长基线（LBS）、短基线（SBS）和超短基线（USBL）系统。这些系统通过在海底或水面布设固定的声学应答器（信标），以及在水下航行器上搭载声学换能器，利用声波的传播时间差或角度差来计算水下目标相对于信标的位置。我们将分析不同基线系统的优缺点，以及它们各自适用的场景。 此外，本章还将探讨其他一些新兴的或特定应用场景下的水下定位技术。例如，利用水下通信网络中已知位置的节点进行定位，或者利用水下地形匹配技术，通过与已知海底地图进行比对来推算位置。我们还将讨论一些更为前沿的设想，例如基于量子传感器的水下导航，以及利用生物仿生学的原理来设计具有自主导航能力的海洋机器人。这些技术虽然可能尚未成熟，但它们代表了未来深海探索的潜在方向。 第六章：数据洪流中的洞察与决策 定位技术的进步，意味着我们能够以前所未有的精度和频率，获取水下航行器自身的位置信息。然而，这些数据并非终点，而是开启更广阔探索的起点。 本章将聚焦于导航数据如何被处理、分析，并最终转化为行动指令。我们将探讨导航数据融合（Data Fusion）的理念，它不仅仅是不同传感器数据的简单叠加，而是通过智能算法，将来自GNSS、INS、声纳、磁罗盘等各种来源的数据进行有机整合，形成一个更为完整、可靠的水下态势感知。 我们还将深入分析导航数据在路径规划、避障以及目标跟踪中的作用。精准的定位信息，是水下机器人执行复杂任务的基础。例如，在海底测绘任务中，导航数据与传感器采集的海底地形、地貌信息相结合，才能绘制出精确的海底地图。在科学考察中，导航数据确保了探测器能够准确地到达预设的采样点或观测区域。 本章还触及了水下导航中的“智能”层面。如何利用机器学习和人工智能技术，从海量的导航数据中提取有价值的洞察，例如预测航行器的运动轨迹，优化能源消耗，或者提前发现潜在的风险。我们将强调，导航不仅仅是“我在哪里”，更是“我如何更好地到达我想去的地方”，以及“我如何更安全、更有效地完成任务”。 第七章：深蓝之问与未来回响 《深海信标》的旅程，最终将我们带到对未来的展望。深海，这个占地球绝大部分的未知领域，依然充满着无数的奥秘等待发掘。从寻找失落的文明遗迹，到探索生命的起源，再到开发新的能源和资源，深海的每一次探索，都离不开精准可靠的水下导航技术。 本章将回顾本书所探讨的各项导航技术的发展脉络，并展望它们未来的发展趋势。我们将探讨高精度、长续航、自主化、智能化将是未来水下导航系统的核心追求。例如，高精度惯性导航技术的突破，将可能使得水下航行器能够在无需外部校准的情况下，进行长时间的精准作业。而更为先进的低功耗、远距离水下通信和定位技术，将能够构建更为庞大的水下网络，实现协同作业和信息共享。 我们还将思考，水下导航技术的发展，不仅仅是服务于科学研究和商业开发，更关乎人类对自身生存空间的拓展和对地球家园的理解。一个更加强大、更加可靠的水下导航体系，将能够支撑起人类在深海的更多活动，从海底资源的勘探开发，到海洋环境的监测保护，再到应对可能出现的海洋灾难。 《深海信标》希望能够激发读者对于这项关键技术的浓厚兴趣，理解它所蕴含的科学原理、技术挑战以及它为人类探索深蓝世界所带来的无限可能。这不仅仅是一段关于导航技术的叙述，更是人类不断挑战极限、探索未知、连接深邃海洋的壮丽史诗。 结语 在浩瀚的深海中，每一次成功的探索，都离不开那一盏“无形”的信标。它可能是古老星辰的指引，是磁场微妙的脉动，是声波传递的讯息，是卫星穿透稀薄空气的馈赠，更可能是科技与智慧的完美融合。本书《深海信标》，便是对这一切力量的汇聚与诠释，它将引领我们深入理解，如何在无垠的蓝色迷宫中，找到那条通往真理与未来的航道。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，《水下组合导航系统》这本书的内容，让我对水下活动的想象力得到了极大的拓展。书里讲到了很多非常前沿的理论和技术，比如基于量子技术的导航，虽然听起来有点科幻，但书中对其可行性和潜在应用进行了深入的分析，让我感到非常震撼。另外，书中还对深海探测器（ROV）在复杂海底地形中的自主作业进行了详细阐述，包括如何利用高精度测深仪、侧扫声呐和多波束测深仪等设备，构建实时的海底地形图，并在此基础上进行路径规划和目标识别。我特别关注了书中关于路径跟踪和避障算法的部分，它不仅仅是简单的转弯避开障碍物，而是考虑到了水流、动力学模型等因素，实现了更加平滑和高效的轨迹控制。此外，书中还探讨了水下通信的限制以及如何通过组合导航技术来弥补通信中断带来的导航误差积累问题，这对于长期在水下工作的无人设备至关重要。读完这本书，我感觉自己对水下世界充满了敬畏，同时也为人类在探索这个未知领域所取得的成就感到自豪。这本书不仅仅是技术手册，更像是一部关于人类征服海洋的史诗。

评分☆☆☆☆☆

《水下组合导航系统》这本书，对于那些对精密工程和信号处理感兴趣的读者来说，绝对是一本不容错过的佳作。我之所以这么说，是因为书中的内容，很多都涉及到了精密的数学模型和复杂的算法推导，而且讲解得相当到位。例如，在介绍惯性导航部分时，书中不仅讲解了陀螺仪和加速度计的基本原理，还详细阐述了如何通过误差建模和补偿来提高其精度，包括平台误差、漂移误差以及随机误差的处理。而在讲解声学导航时，书中则深入探讨了不同声学定位方法的优缺点，以及如何针对不同的应用场景选择最合适的技术。更让我惊喜的是，书中还涉及到了一些高级的导航技术，比如利用地磁场变化进行辅助定位，以及利用水下声场特性进行未知区域的探测和定位。书中对这些技术的原理、实现方法以及实际应用进行了详尽的描述，并且配以大量的图表和数据，让我对这些复杂的概念有了更清晰的认识。这本书的严谨性和专业性，让我对作者的深厚功底和研究成果感到非常钦佩。

评分☆☆☆☆☆

我最近一口气读完了《水下组合导航系统》这本厚重的著作，感觉收获良多，尤其是书中关于智能导航系统设计理念的部分，给了我很多启发。书中不仅仅是罗列技术，而是强调了一种系统工程的思维方式，如何从需求出发，设计出一个性能优越、鲁棒性强的导航系统。我特别喜欢书中关于“自适应”和“智能化”导航的论述，比如系统能够根据当前的水下环境条件，自动调整传感器权重，优化滤波参数，甚至在部分传感器失效的情况下，也能依靠剩余传感器继续完成导航任务。书中还对未来水下组合导航技术的发展趋势进行了预测，包括与人工智能、大数据等技术的深度融合，以及在更深、更复杂水域的应用前景，让我对这个领域充满了期待。此外，书中还对一些实际的工程问题，比如系统的可靠性、维护性以及成本效益等方面，也进行了探讨，这使得这本书不仅具有理论深度，也具备很强的实践指导意义。总的来说，这本书是一本集理论、技术、实践和前瞻性于一体的优秀著作，对于任何想要了解或从事水下导航技术的人来说，都具有极高的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

我最近读了《水下组合导航系统》这本书，感觉像是打开了一扇新世界的大门。书中的内容，尤其是关于多传感器融合的部分，真的让我大开眼界。我一直以为导航就是跟着方向走，但这本书彻底颠覆了我的认知。它详细阐述了如何将惯性导航系统（INS）的短期高精度与声学定位系统（如LBL、USBL）的长期绝对精度结合起来，再加上视觉里程计（VIO）在某些场景下的辅助，形成一个互相弥补、优势互补的强大导航框架。书中关于卡尔曼滤波（Kalman Filter）及其变种，比如扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在状态估计中的应用，讲解得非常透彻，配以图示和数学公式，让我这个非专业人士也能大概理解其精髓。我印象最深的是，书中对于不同传感器误差模型的建立和辨识，以及如何利用这些模型来优化融合算法，简直是精益求精。它还提到了如何应对水下环境的动态变化，比如洋流、温度梯度对声速的影响，以及如何通过数据融合来提高导航系统的鲁棒性。这本书的深度和广度都让我印象深刻，尤其是它对工程实践中的一些细节问题，比如传感器标定、时钟同步、以及数据融合的实时性等方面，都有着非常细致的探讨，这对于任何想要深入了解水下导航技术的人来说，都非常有价值。

评分☆☆☆☆☆

《水下组合导航系统》这本书，我之前在网上偶然看到，标题就挺吸引人的。作为一个对海洋科技略有涉猎的爱好者，我一直觉得水下探测和导航是个非常迷人的领域，充满了未知和挑战。书中“组合导航”这个概念，听起来就比单一的导航方式要复杂和强大，不知道是不是融合了多种技术，比如声呐、惯性导航，甚至可能还有一些新兴的光学或者磁力感应技术。我特别好奇书中会不会详细介绍这些技术的原理，以及它们是如何协同工作的，有没有一些具体的算法或者模型来解释这种“组合”。而且，水下环境如此复杂，信号衰减、声速变化、地磁干扰等等，这些都会给导航带来巨大的困难。书中会不会分享一些解决这些挑战的创新方法？比如，有没有针对复杂地形的自适应导航算法，或者是在GPS信号完全失效的情况下，如何保持精度的策略？我猜想，书中很可能还会涉及一些实际的应用案例，比如无人潜航器（AUV）的自主避障和路径规划，或者是在深海资源勘探中的应用。这些实际的例子，往往能让抽象的技术原理变得更加生动和易于理解。总的来说，我期待这本书能提供一个全面而深入的视角，让我对水下组合导航这个领域有一个更清晰的认识，了解它背后的科学原理和前沿技术。