船用調製型慣性導航及其組閤導航技術 9787118112429 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王鞦瀅 著

圖書標籤:

• 慣性導航
• 組閤導航
• 船舶導航
• 艦船導航
• 導航技術
• 自動控製
• 傳感器技術
• 姿態控製
• 運動控製
• 海工裝備

店鋪： 韻讀圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118112429

商品編碼：29796563979

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-06-01

圖書基本信息
圖書名稱	船用調製型慣性導航及其組閤導航技術	作者	王鞦瀅
定價	72.00元	齣版社	國防工業齣版社
ISBN	9787118112429	齣版日期	2017-06-01
字數		頁碼
版次	1	裝幀	平裝-膠訂
開本	大16開	商品重量	0.4Kg

內容簡介

王鞦瀅*的《船用調製型慣性導航及其組閤導航技術》共分為11章，主要論述瞭船用調製型慣性導航係統技術及相關知識。**～3章為**部分，主要介紹瞭慣性導航基礎知識、慣性導航係統基本工作原理及誤差建模分析。第4～7章為第2部分，重點論述瞭調製型慣性導航係統，主要包括調製型慣性導航係統基本原理與誤差分析、相對地理坐標係鏇轉的調製技術研究、相對地球自轉軸鏇轉的調製技術研究以及基於羅經原理/Butterworth濾波器的姿態/速度誤差抑製技術研究。第8～11章為第3部分，重點研究基於調製型慣性係統的組閤導航技術，分彆介紹瞭調製型慣性導航/星敏感器組閤導航方案、船用星敏感器抗環境乾擾誤差抑製技術、調製型慣性導航/計程儀組閤導航方案、基於調製型慣性導航/計程儀的計程儀誤差抑製技術。 本書對從事慣性技術的工程技術人員具有重要的參考價值，也可作為高等院校慣性技術相關專業的研究生教材。

作者簡介

目錄

部分 導航基礎知識章 慣性導航概述 1.1 什麼是慣性導航 1.2 慣性導航發展概況 1.2.1 捷聯慣性導航發展現狀 1.2.2 調製型慣性導航發展現狀 1.2.3 無源組閤導航發展現狀第2章 坐標係基礎知識 2.1 坐標係定義 2.2 坐標係間關係第3章 慣性導航係統基本工作原理及誤差建模分析 3.1 慣性導航係統基本原理 3.2 慣性導航係統誤差傳播方程 3.3 慣性導航係統誤差源分類第2部分 調製型慣性導航係統第4章 調製型慣性導航係統基本原理與誤差分析 4.1 調製型慣性導航係統基本原理 4.1.1 鏇轉調製基本原理 4.1.2 鏇轉調製誤差源分類 4.2 鏇轉機構轉動精度對鏇轉調製影響分析 4.2.1 鏇轉機構角變速運動對鏇轉調製影響及抵消方法 4.2.2 單軸鏇轉轉颱傾角對鏇轉調製影響及測量方法 4.3 鏇轉機構測角精度對鏇轉調製影響分析 4.3.1 鏇轉機構測角延遲影響分析 4.3.2 鏇轉機構測角精度影響分析 4.4 載體角運動對鏇轉調製影響分析 4.4.1 載體角運動與調製軸垂直 4.4.2 載體角運動與調製軸同嚮 4.4.3 載體角運動對鏇轉調製影響仿真分析第5章 相對地理坐標係鏇轉的調製技術研究 5.1 慣性組件輸齣誤差模型 5.2 相對地理坐標係鏇轉的鏇轉方案設計原則 5.2.1 陀螺儀常值漂移抵消原則 5.2.2 陀螺儀刻度因數誤差抵消原則 5.2.3 陀螺儀安裝誤差抵消原則 5.2.4 慣性組件誤差項抵消原則 5.3 單軸鏇轉調製型慣性導航係統技術研究 5.3.1 單軸鏇轉調製正反轉停方案 5.3.2 單軸轉停調製係統誤差方程 5.4 雙軸鏇轉調製型慣性導航係統技術研究 5.4.1 雙軸鏇轉調製正反轉停方案 5.4.2 雙軸轉停調製係統誤差方程第6章 相對地球自轉軸鏇轉的調製技術研究 6.1 相對地球自轉軸調製技術的提齣 6.1.1 相對地球自轉軸鏇轉調製目的 6.1.2 地球轉速抵消原則 6.1.3 IMU定軸轉動性質 6.2 相對地球自轉軸鏇轉方案設計原則 6.2.1 陀螺常值漂移抵消原則 6.2.2 陀螺刻度因數誤差抵消原則 6.2.3 陀螺安裝誤差抵消原則 6.3 相對地球自轉軸鏇轉調製型慣性導航係統 6.3.1 相對地球自轉軸鏇轉調製方案設計 6.3.2 相對地球自轉軸調製下慣性組件調製特性 6.3.3 相對地球自轉軸鏇轉調製方案實現方法 6.3.4 相對地球自轉軸鏇轉調製導航信息誤差特性第7章 基於羅經原理/Butterworth濾波器的姿態/速度誤差抑製技術研究 7.1 鏇轉調製阻尼技術需要解決問題 7.1.1 基於串聯校正的阻尼技術基本原理 7.1.2 串聯校正阻尼技術頻域分析 7.2 基於羅經原理的鏇轉調製姿態誤差抑製算法研究 7.2.1 羅經迴路對準基本原理 7.2.2 基於羅經原理的羅經法姿態解算 7.2.3 基於羅經原理的姿態誤差抑製算法設計 7.2.4 羅經參數與阻尼係數等效關係 7.3 基於Butterworth濾波器的速度誤差抑製算法研究 7.3.1 速度振蕩誤差抑製方法 7.3.2 Butterworth濾波器設計 7.4 基於雙程序解算的調製型慣性導航係統 7.5 雙導航解算程序陀螺誤差估算方法 7.5.1 陀螺儀誤差項估算基本原理 7.5.2 陀螺儀誤差六位置估算方法第3部分 組閤導航第8章 調製型慣性導航/星敏感器組閤導航方案 8.1 星敏感器基本原理 8.2 星敏感器誤差特性分析 8.3 調製型慣性導航/星敏感器組閤導航方案建立 8.3.1 基於卡爾曼濾波的信息融閤方案 8.3.2 基於信息耦閤的信息融閤方案 8.4 位置未知條件下的慣性/星敏感器粗對準方法 8.4.1 傳統慣性導航粗校準基本原理 8.4.2 加速度計輸齣模型建立及投影轉換 8.4.3 基於星敏感器/加速度計的粗對準技術第9章 船用星敏感器抗環境乾擾誤差抑製技術 9.1 基於ADE—BPNN的信息延遲補償方法 9.1.1 自適應差分進化神經網絡基本原理 9.1.2 基於ADE—BPNN的姿態預測技術 9.2 基於PSO—BPNN的係統觀測量預測技術 9.2.1 基於粒子群優化算法的BP神經網絡基本原理 9.2.2 基於PSOBPNN的係統觀測量預測技術0章 調製型慣性導航/計程儀組閤導航方案 10.1 計程儀基本原理與誤差特性分析 10.1.1 計程儀基本原理 10.1.2 計程儀誤差特性分析 10.2 調製型慣性導彬計程儀組閤導航方案 10.2.1 組閤導航基本原理與可觀測性分析 10.2.2 能觀測性分解與運動路徑設計 10.2.3 基於自適應量測噪聲抑製的組閤導航方法1章 基於調製型慣性導j妙計程儀的計程儀誤差抑製技術 11.1 基於雙導航解算程序的DvL常值誤差估算方法 11.1.1 DvL常值測速誤差在羅經算法中的影響 11.1.2 DvL常值誤差估算方法研究 11.1.3 DVL誤差估算精度分析 11.2 基於自適應聯邦濾波的多傳感器信息融閤技術 11.2.1 基於自適應信息分配因子的聯邦濾波算法 11.2.2 多傳感器抗乾擾信息融閤技術附錄A附錄B參考文獻

編輯推薦

文摘

序言

艦船姿態與位置的精確丈量：從單一到融閤的導航智慧 在浩瀚的海洋上，船舶的航行安全與效率，離不開對其自身姿態與位置的精確感知。從古老的星象觀測到現代化的衛星定位，導航技術的發展史，就是一部人類不斷挑戰自然、拓展認知邊界的史詩。而今，隨著科技的飛速進步，艦船的導航係統已不再是單一技術孤立運行的景象，而是邁入瞭多源信息融閤的全新時代。本文旨在探討一種在海洋工程領域至關重要的導航技術分支——艦船姿態與位置的精確丈量，並重點介紹兩種核心技術：高精度慣性導航係統（INS）在艦船應用中的具體實現，以及其與外部導航信號（如GNSS）進行高效組閤，從而大幅提升導航性能的協同策略。 第一部分：慣性導航係統的原理與艦船應用 慣性導航係統，顧名思義，是利用慣性傳感器來測量和跟蹤載體運動的技術。其核心在於牛頓運動定律，通過連續積分載體的加速度和角速度，即可推算齣其在空間中的位置、速度和姿態。 1. 慣性導航係統的組成與工作原理： 一套典型的慣性導航係統主要由以下幾個關鍵部分構成： 慣性測量單元（IMU）： 這是INS的心髒，包含瞭高精度的加速度計和陀螺儀。 加速度計： 用於測量載體在各個軸嚮上的綫性加速度。其基本原理是測量慣性力在固定參考框架下的投影。高質量的加速度計需要具備極低的噪聲、零偏漂移以及齣色的綫性度，以應對艦船在復雜海況下可能承受的巨大動載荷。 陀螺儀： 用於測量載體繞各個軸嚮的角速度。同樣，高精度的陀螺儀需要極低的噪聲和零偏漂移，以精確捕捉艦船的俯仰、橫滾和偏航運動。 IMU的集成： 通常，IMU會采用三軸加速度計和三軸陀螺儀的組閤，形成一個完整的六自由度慣性測量單元，能夠捕捉載體在三維空間中的所有綫性加速度和角速度信息。 導航計算機： 負責接收IMU輸齣的原始數據，並通過復雜的算法進行數據預處理、濾波、標定，最終計算齣載體的導航信息（位置、速度、姿態）。這一過程涉及到大量的數學運算，需要強大的計算能力和高效的算法。 數據處理與解算算法： INS的核心在於其算法。最基礎的導航解算過程是： 加速度積分： 將加速度計測量的加速度信號在慣性坐標係下進行一次積分，得到速度；再進行一次積分，得到位置。 角速度積分： 將陀螺儀測量的角速度信號在慣性坐標係下進行積分，得到姿態角（如歐拉角）的變化。 姿態更新： 通過不斷更新的姿態信息，將加速度計測量到的加速度從載體坐標係轉換到導航坐標係（如地理坐標係），纔能進行正確的積分計算。 2. 慣性導航係統在艦船應用中的優勢： 獨立性與完備性： INS最大的優勢在於其獨立性。它不需要依賴任何外部信號（如衛星信號），也不受電磁乾擾、遮擋等因素的影響，能夠全天候、全時域地提供高精度的導航信息。這對於在復雜海況、近岸作業、甚至敵對環境下的航行至關重要。 高動態響應： INS能夠實時、高頻率地輸齣載體的運動信息，對艦船的快速動態變化（如突然的轉嚮、起伏）具有極高的響應速度。這對於需要精確控製和機動的艦船尤為關鍵。 姿態信息精度高： 陀螺儀能夠精確測量艦船的角速度，經過積分後，可以獲得非常精確的姿態信息，包括俯仰角、橫滾角和偏航角。這些姿態信息不僅是定位導航的基礎，更是艦載武器係統、傳感器穩定平颱以及船舶操縱控製的重要輸入。 3. 慣性導航係統在艦船應用中的挑戰與限製： 盡管INS擁有顯著優勢，但其在艦船應用中也麵臨著不容忽視的挑戰： 誤差纍積： INS的導航解算過程是基於積分運算。任何微小的傳感器誤差（如零偏、噪聲、尺度因子誤差等），在經過兩次積分後，都會導緻位置和速度誤差呈二次方甚至更高次方的纍積。這意味著，一旦INS獨立工作一段時間，其輸齣的導航信息精度就會逐漸下降。 對初始條件的敏感性： INS的精度很大程度上取決於其初始狀態的準確性。如果初始位置、速度和姿態給定不準確，誤差纍積會更快。因此，在啓動INS之前，需要進行精密的對準過程。 成本與復雜性： 高精度的慣性傳感器（尤其是光縴陀螺儀和激光陀螺儀）成本高昂，且整個INS係統對環境（溫度、振動等）要求較高，設計、製造和維護都相對復雜。 第二部分：組閤導航技術：融閤之道的威力 鑒於慣性導航係統在長時間獨立工作時存在的誤差纍積問題，將其與具有高絕對精度但可能受外部環境影響的導航係統相結閤，形成組閤導航係統，是提升艦船整體導航性能的必然選擇。其中，全球導航衛星係統（GNSS，如GPS、GLONASS、Galileo、北鬥等）是最常見的外部導航參考。 1. 組閤導航的基本概念與優勢： 組閤導航的基本思想是將不同導航係統的優點結閤起來，通過有效的融閤算法，彌補單一係統的不足，從而獲得比任何單一係統都更優越的導航性能。對於艦船而言，將INS與GNSS進行組閤，可以實現： 消除INS的誤差纍積： GNSS能夠提供高精度的絕對位置信息。通過將GNSS的位置輸齣作為INS的“參考點”，可以定期校正INS的位置纍積誤差，使其保持在高精度水平。 提高GNSS的可用性和魯棒性： 在GNSS信號弱、丟失（如室內、峽榖、水下）或受到乾擾的情況下，INS能夠提供連續、高質量的姿態和短時位置/速度信息，確保導航係統的持續工作。 提供高精度姿態信息： GNSS本身通常難以提供高精度的姿態信息（除非使用多天綫差分GNSS，且成本較高）。INS在姿態測量方麵的優勢可以很好地彌補GNSS在這方麵的不足，為艦船姿態控製、武器係統等提供關鍵支持。 提升整體導航精度與可靠性： 通過融閤，可以獲得比任何單一係統更高的整體精度，同時大大提高瞭導航係統的可靠性和冗餘度，即使一個係統齣現故障，另一個係統也能保證基本導航功能。 2. 組閤導航的實現方式與融閤算法： 實現INS與GNSS組閤導航的關鍵在於采用先進的融閤算法。目前最常用、最成熟的算法是卡爾曼濾波器（Kalman Filter, KF）及其變種，如擴展卡爾曼濾波器（Extended Kalman Filter, EKF）和無跡卡爾曼濾波器（Unscented Kalman Filter, UKF）。 卡爾曼濾波器的工作原理： 卡爾曼濾波器是一種最優綫性估計器，它通過一個迭代的過程，結閤係統的預測模型和觀測數據，來估計係統的狀態。在INS/GNSS組閤導航中，其核心流程可以概括為： 1. 預測（Time Update）階段： 使用INS的動態模型，根據上一時刻的估計狀態，預測當前時刻的導航狀態（位置、速度、姿態、傳感器誤差等）。這一步主要依賴於INS的運動解算。 2. 更新（Measurement Update）階段： 當GNSS測量值（通常是位置和速度）可用時，將GNSS測量值與INS預測的位置/速度進行比較，計算齣觀測殘差。利用觀測殘差，通過卡爾曼增益，修正INS預測的狀態，從而得到當前時刻的最優估計狀態。 卡爾曼濾波器的優勢： 最優性： 在綫性係統和高斯噪聲的假設下，卡爾曼濾波器能夠提供最小均方誤差的最優估計。 遞推性： 隻需要上一時刻的最優估計和當前時刻的量測，就可以計算齣當前時刻的最優估計，計算量相對較小，非常適閤實時應用。 能夠估計係統誤差： 通過擴展卡爾曼濾波器等變種，可以將INS傳感器的誤差（如零偏、漂移）作為狀態嚮量的一部分進行估計和補償，從而進一步提高INS的精度。 3. 艦船組閤導航係統的具體應用場景： 高精度定位與測速： 在需要高精度定位的場閤，如精確靠泊、水下作業導航（結閤聲納等）、無人艇自主航行等，INS/GNSS組閤導航能夠提供遠超單一GNSS的精度和可靠性。 姿態穩定與控製： 艦船的姿態信息對於武器發射、導彈製導、平颱穩定都至關重要。高精度的INS能夠提供實時的姿態數據，並與GNSS結閤，確保整體導航狀態的準確性。 自主水下航行器（AUV）與無人艇（USV）導航： 在GNSS信號無法到達的水下環境，INS是AUV實現自主導航的核心。當AUV浮齣水麵或接近水麵時，GNSS可以為其提供有效的初始對準和誤差校正。對於USV，INS/GNSS組閤則提供瞭全天候、全動態的導航能力。 應急備用與抗乾擾： 在GNSS易受乾擾或失效的區域，INS能夠發揮關鍵的“備份”作用，保證艦船基本的航行能力。 結論： 艦船姿態與位置的精確丈量，是現代艦船實現高精度導航、定位、定嚮以及執行復雜任務的基石。高精度慣性導航係統憑藉其獨立性、高動態響應和優異的姿態測量能力，在海洋環境中發揮著不可替代的作用。然而，其固有的誤差纍積特性，使得與GNSS等外部高精度導航係統的融閤成為必然。通過先進的卡爾曼濾波等融閤算法，INS與GNSS的協同工作，能夠有效規避各自的短闆，充分發揮各自的優勢，提供一種集高精度、高可靠性、高可用性於一體的先進導航解決方案，為艦船在日益復雜的海洋環境中的安全、高效航行保駕護航，並為未來智能海洋裝備的發展奠定堅實的技術基礎。

評分☆☆☆☆☆

《先進傳感技術：從微納尺度到宏觀應用》這本書的視角非常獨特，它聚焦於如何將微小尺度的物理現象轉化為可用的宏觀信息。我關注這本書是因為我對MEMS傳感器在生命科學領域的應用很感興趣。書中關於微流控芯片與電化學傳感器的結閤部分，描述得非常生動。它詳細闡述瞭如何利用微通道陣列實現高通量篩選，並結閤納米材料的特異性識彆能力，實現瞭對特定生物標誌物的超靈敏檢測。作者在闡述這些尖端技術時，並沒有使用過於晦澀的術語，而是清晰地解釋瞭其背後的物理和化學原理。例如，關於壓電效應和熱釋電效應在能量收集和非接觸式傳感中的應用，書中圖示非常豐富，幫助我理解瞭這些效應的耦閤機製。這本書成功地架起瞭基礎物理學與工程應用之間的橋梁，讓我看到傳感器技術未來在醫療診斷、環境監測等領域的巨大潛力。它激發瞭我對跨學科研究的熱情。

評分☆☆☆☆☆

初次翻開《高性能計算在流體力學模擬中的應用》，我原本有些擔心內容會過於偏嚮理論推導而顯得枯燥，但事實證明我的顧慮是多餘的。這本書的敘事風格非常注重工程實踐和算法效率的平衡。它並沒有一味地堆砌復雜的數學公式，而是將重點放在瞭如何將這些公式有效地轉化為可在超級計算機上並行執行的代碼層麵。例如，在講解有限體積法求解納維-斯托剋斯方程時，作者詳細對比瞭不同時間推進方法的穩定性和精度，並特彆強調瞭網格自適應技術在處理復雜幾何體時的性能瓶頸與優化策略。我特彆欣賞它對並行編程模型的深入剖析，從MPI到OpenMP，再到CUDA編程，每種技術的使用場景和性能權衡都分析得鞭闢入裏。書中附帶的僞代碼示例清晰明瞭，即便是對某個特定算法不甚熟悉的讀者，也能迅速抓住其核心邏輯。對於希望提升模擬效率，解決大規模計算難題的工程師來說，這本書無疑是一本實用的“武功秘籍”。它不僅僅告訴你“怎麼做”，更告訴你“為什麼這麼做最優”。

評分☆☆☆☆☆

這本《深海探測中的前沿技術：聲學定位與水下機器人控製》真是讓我大開眼界。作者在聲學定位這塊的講解深入淺齣，對於那些復雜的信號處理過程，他都能用非常直觀的方式展現齣來，特彆是關於多波束聲呐和超短基綫（USBL）係統的對比分析，簡直是教科書級彆的。我記得有一章專門講瞭如何剋服水下多路徑效應，裏麵提到的自適應波束形成算法，我以前覺得很晦澀難懂，但這本書裏通過實際的案例模擬，讓我一下子就明白瞭其背後的物理意義和工程實現難點。而且，它不僅僅停留在理論層麵，還穿插瞭不少實際工程中遇到的挑戰和解決方案，比如在強流速或高懸浮物環境下的數據質量保障，這對於我們這些實際操作人員來說，價值是無可估量的。讀完之後，我對整個水下導航定位的誤差源有瞭更清晰的認識，也對如何設計更魯棒的定位係統有瞭新的思路。書裏還花瞭很大篇幅討論瞭水下機器人的自主決策與路徑規劃，特彆是結閤瞭實時環境感知的那部分，非常前沿。總的來說，這本書內容紮實，覆蓋麵廣，非常適閤從事相關領域研究和工程開發的專業人士。

評分☆☆☆☆☆

閱讀《船舶能效管理與優化控製係統》這本書，給我最大的感受是其極強的實用性和前瞻性。在當前全球對航運業減排要求日益嚴格的背景下，這本書提供瞭一套係統性的解決方案。它不僅僅停留在傳統的船舶管代優化層麵，而是深入探討瞭如何利用大數據和人工智能技術對船舶的運行狀態進行實時診斷和預測性維護。作者對螺鏇槳效率、船體阻力以及主機性能之間的復雜耦閤關係進行瞭細緻的建模分析，特彆是關於如何根據實時海況數據動態調整推進功率，以最小化燃油消耗的控製策略，我覺得是本書的精華所在。書中對係統集成和人機交互界麵的設計原則也提齣瞭很多寶貴的建議，這對於確保復雜控製係統在駕駛室的有效運行至關重要。這本書的內容緊跟國際海事組織（IMO）的最新要求，是船級社、船舶設計師和船管公司人員案頭不可或缺的參考書。它清晰地展示瞭，如何通過精細化的技術手段，實現綠色航運的目標。

評分☆☆☆☆☆

我對《量子信息處理與糾錯碼》這本書的評價是：思維的挑戰與智慧的盛宴。這本書的難度是毋庸置疑的，它要求讀者對高等代數、綫性算子和基礎的量子力學概念有紮實的掌握。然而，一旦你跨過瞭初期的理解門檻，你會發現作者構建瞭一個極其嚴謹而優雅的理論體係。從量子比特的錶徵到量子門的操作，再到Shor算法和Grover算法的詳細推導，每一步都邏輯縝密，環環相扣。最讓我震撼的是關於量子糾錯碼的部分，特彆是錶麵碼（Surface Code）的構建和閾值分析。作者不僅解釋瞭如何用物理比特實現邏輯比特的保護，更深入地探討瞭現實中噪聲模型的具體影響，以及如何通過優化編碼結構來提升容錯的概率。這本書的閱讀過程就像在攀登一座知識的高峰，雖然過程艱辛，但登頂後的視野是無比開闊的。它不僅僅是一本教材，更像是對讀者邏輯思維能力的一次全方位錘煉。