水下航行器导航系统原理
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作者徐博
出版社电子工业出版社
ISBN9787121449826
出版时间2023-01
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定价59.8元
货号9787121449826
上书时间2024-03-06
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目录
目录
第1章 绪论1
1.1 国内外航行器的发展现状2
1.2 水下航行器导航系统概述4
1.2.1 水下航行器导航方式4
1.2.2 水下航行器初始对准技术6
习题17
第2章 航行器导航基础8
2.1 地球的形状和地理坐标8
2.1.1 地球的形状和大小8
2.1.2 地球重力场特性10
2.1.3 地球纬度及主曲率半径10
2.1.4 地理坐标14
2.2 坐标系与坐标系变换15
2.2.1 定义坐标系的三要素15
2.2.2 常用坐标系15
2.2.3 坐标系间的关系及坐标变换17
2.3 时间系统与电子海图19
2.3.1 时间系统19
2.3.2 电子海图20
2.4 卡尔曼滤波原理22
2.4.1 随机系统状态空间模型22
2.4.2 滤波方程的推导22
2.4.3 卡尔曼滤波的几何解释27
2.4.4 滤波流程框图与滤波初值的选择29
2.4.5 带确定性输入的滤波方程31
2.4.6 卡尔曼滤波举例31
习题233
第3章 卫星导航定位系统34
3.1 卫星导航定位基础及基本方法35
3.1.1 卫星导航定位系统的特点与发展概况35
3.1.2 卫星导航定位系统的分类35
3.1.3 卫星定位的基本原理37
3.2 差分定位技术39
3.2.1 位置差分40
3.2.2 伪距差分41
3.2.3 相位平滑伪距差分43
3.2.4 载波相位差分43
3.3 卫星导航增强系统45
3.3.1 SBAS46
3.3.2 GBAS49
3.3.3 ABAS49
3.3.4 GNSS多系统组合应用49
习题351
第4章 惯性导航系统53
4.1 惯性导航系统的基础知识54
4.1.1 惯性导航系统概论54
4.1.2 陀螺仪测量原理55
4.1.3 加速度计测量原理56
4.1.4 比力方程57
4.2 捷联式惯性导航系统的基本原理61
4.2.1 捷联式惯性导航系统姿态矩阵的计算61
4.2.2 捷联式惯性导航系统速度及位置解算65
4.2.3 捷联式惯性导航系统的误差方程67
4.2.4 静基座条件下的误差分析71
4.3 捷联式惯性导航系统的初始对准技术74
4.3.1 粗对准阶段75
4.3.2 精对准阶段78
4.4 捷联式惯性导航系统的阻尼技术80
4.4.1 水平阻尼80
4.4.2 方位阻尼81
4.5 捷联式惯性导航系统的综合校正技术83
4.5.1 相关误差角定义及相互关系83
4.5.2 惯性坐标系很优综合校正系统方程84
4.5.3 惯性坐标系很优综合校正观测方程85
习题487
第5章 水声导航系统88
5.1 声波的基本传播特性及水声定位原理89
5.1.1 声波的传播特性89
5.1.2 水声定位的基本原理和方法89
5.2 水声定位系统91
5.2.1 长基线水声定位系统91
5.2.2 短基线水声定位系统94
5.2.3 超短基线水声定位系统95
5.3 多普勒计程仪的工作原理及测速误差97
5.3.1 多普勒计程仪的工作原理97
5.3.2 多普勒计程仪的测速误差100
5.3.3 多普勒计程仪的测速方程及误差模型104
习题5106
第6章 惯性/声学组合导航系统107
6.1 航位推算系统108
6.1.1 地球的曲率半径108
6.1.2 航位推算原理108
6.1.3 航位推算误差分析110
6.2 基于卡尔曼滤波的惯性/超短基线组合导航系统112
6.2.1 惯性/超短基线组合导航系统状态方程112
6.2.2 惯性/超短基线组合导航系统量测方程114
6.3 基于卡尔曼滤波的惯性/多普勒组合导航系统115
6.3.1 惯性/多普勒组合导航系统状态方程115
6.3.2 惯性/多普勒组合导航量测方程116
习题6116
第7章 同步定位与地图构建117
7.1 概述118
7.2 SLAM算法118
7.2.1 系统模型的建立118
7.2.2 定位与构图121
7.3 非线性系统建模与执行过程121
7.3.1 系统各状态向量122
7.3.2 SLAM算法执行总过程123
7.3.3 预测阶段124
7.3.4 更新阶段125
7.3.5 状态扩充126
7.4 SLAM算法仿真实验127
7.4.1 区域搜索航行127
7.4.2 航渡航行131
7.5 数据关联方法133
7.5.1 典型数据关联方法133
7.5.2 改进数据关联方法134
7.5.3 算法仿真试验136
习题7141
第8章 重力导航142
8.1 概述143
8.1.1 卫星测高数据反演海洋重力异常143
8.1.2 航空重力向下延拓148
8.1.3 海面重力测量151
8.2 多源重力数据融合154
8.2.1 融合算法原理155
8.2.2 多源重力数据融合方案157
8.2.3 多源海洋重力数据来源158
8.2.4 多源重力数据融合试验160
8.3 重力匹配导航算法163
8.3.1 ICCP重力匹配算法163
8.3.2 基于卡尔曼滤波的重力异常匹配算法167
习题8171
第9章 地磁导航172
9.1 概述173
9.1.1 地磁导航基本概况173
9.1.2 地磁导航的制约因素175
9.2 地磁场基本理论176
9.2.1 地磁场组成及其要素177
9.2.2 地磁场模型178
9.3 磁场延拓处理182
9.3.1 位场延拓基本原理182
9.3.2 波数域延拓原理184
9.3.3 位场延拓稳定性分析184
9.3.4 向下延拓广义逆算法185
9.4 水下地磁匹配导航算法191
9.4.1 地磁匹配系统架构191
9.4.2 地磁匹配导航算法192
9.4.3 地磁适配区选择方法196
习题9198
第10章 多水下无人航行器编队协同导航方法199
10.1 协同导航分类与基本工作原理200
10.1.1 协同导航分类200
10.1.2 协同导航基本工作原理200
10.2 协同定位模型构建及误差建模与补偿方法201
10.2.1 协同定位模型构建201
10.2.2 误差建模与补偿方法202
10.3 协同导航系统可观测性分析203
10.3.1 基于线性化模型的可观测性分析203
10.3.2 基于非线性李导数的可观测性理论206
10.3.3 基于Fisher信息矩阵的系统可观测性评价函数构建与 约束条件求解213
10.4 编队构型设计220
10.4.1 单领航AUV协同导航系统220
10.4.2 双领航AUV协同导航系统220
10.4.3 多领航AUV协同导航系统220
10.5 仿真验证221
10.5.1 编队构型仿真221
10.5.2 不同编队构型下的定位误差对比223
习题10225
参考文献226
内容摘要
本书论述水下航行器。导航技术及相关基础知识，从导航的基本概念出发，由浅入深地进行论述，论述的每种导航方式都有详细的数学模型推导，使读者知其然也知其所以然。本书共10章，分别为绪论、航行器导航基础、卫星导航定位系统、惯性导航系统、水声导航系统、惯性/声学组合导航系统、同步定位与地图构建、重力导航、地磁导航及多水下无人航行器编队协同导航方法。 本书内容丰富且具有前沿性，论述严谨、重点突出；论述方式符合工科学生的认识规律，每章配有与本章重点内容相关的习题。本书可作为工科院校水下航行器导航技术专业用书或高年级学生与研究生的教学参考书，也可作为从事水下航行器导航技术方面工作的科技人员的参考书。
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