现代导航的演进：量子技术的兴起/高新科技译丛 [美] F.G.Major,吴德伟,杨春燕, pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] F.G.Major，吴德伟，杨春燕，徐小杰 著

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118115512

商品编码：29377103195

包装：平装

出版时间：2018-02-01

基本信息

书名：现代导航的演进：量子技术的兴起/高新科技译丛

定价：128.00元

作者： F.G.Major,吴德伟,杨春燕,徐小杰 等

出版社：国防工业出版社

出版日期：2018-02-01

ISBN：9787118115512

字数：

页码：259

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《现代导航的演进：量子技术的兴起/高新科技译丛》旨在通俗易懂地阐述一些基本原理，深入说明卫星导航系统的设计，同时在正文中通过介绍性章节简介导航方法的早期发展。《现代导航的演进：量子技术的兴起/高新科技译丛》不是在讲导航的历史，只是尝试用史学观点介绍导航。
　　《现代导航的演进：量子技术的兴起/高新科技译丛》主要面向大专水平、具备物理和工程方面基础的求知非专业人员。它以直观的方式，广泛介绍了地面和空间导航演变的相关主题，且较少使用数学公式。前两章介绍自然界中的导航和古代水手的导航，包括腓尼基人、维京人、太平洋岛上居民所用的导航。第3、4章介绍恒星导航、星座及星坐标等要素。第5～7章介绍精密机械计时器，海洋中经度的测定和精密可控石英时钟近的发展。第8章总结介绍了量子概念，作为讨论微波和光与原子之间相互作用的准备知识。有关原子钟的介绍相当详细，包括氢微波器、铯束、铷电池，以及新发展的铯喷泉和单离子频率标准。随后介绍陀螺罗盘的章节引出了对萨格纳克激光陀螺的讨论。从3章开始介绍有关基于时间的导航：先是基于地面网络的“罗兰C”和“奥米茄”，随后是基于卫星的系统，包括轨道理论、早期的卫星导航系统SECOR、TRANSIT等；后推出了全球导航卫星系统——全球定位系统（GPS），该系统是本时代重大技术成就之一。对GPS分三大部分进行介绍：空间、控制和用户部分。研究人员试图通过实现超常的协调性和精度，使整个系统正常运作。GPS尤其是差分GPS的应用广泛，除了常见的空中导航、海洋导航和导弹制导，GPS还应用于大地测量、重大工程建设、矿业项目、农业、生态、紧急定位，更不用说高速公路导航。7章是太空导航的相关内容。8章讨论了导航的未来，届时原子干涉仪可作为陀螺罗盘使用，铯喷泉作为原子时间标准，子计算机用来更新卫星星历。

目录

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章 自然界中的导航
1．1 动物导航
1．2 通过太阳确定方向
1．3 通过星星确定方向
1．4 磁场定向
1．5 风和气流
1．6 电场定向
1．7 信鸽
1．8 帝王蝶
1．9 长距离迁徙的鸟类
1．10 太平洋鲑鱼
1．11 人类的导航
参考文献

第2章 早期的导航
2．1 沙漠游牧民族
2．2 太平洋中的航海家
2．3 星象罗盘
2．4 腓尼基人
2．5 维京人
2．6 古代的仪器
2．6．1 日晷和夜行仪
2．6．2 磁罗盘
2．6．3 沙漏
2．6．4 拖板计程仪和拖曳式计程仪
2．6．5 戴维斯象限仪
2．6．6 星盘
参考文献

第3章 天文学的历史背景
3．1 古代天文学
3．2 伊斯兰天文学
3．3 欧洲天文学家
3．4 艾萨克·牛顿
参考文献

第4章 现代天文学的要素
4．1 行星地球
4．2 月球和行星
4．3 内行星
4．4 外行星
4．5 恒星
4．6 星座
参考文献

第5章 海洋导航
5．1 地理坐标
5．2 天文坐标系
5．3 时间系统
5．4 导航三角形
5．5 截距法
5．6 导航三角形的表格解
5．7 月球距离法
5．8 六分仪
5．9 磁罗盘
参考文献

第6章 经度问题
6．1 早期时钟
6．2 机械钟
6．3 弹簧平衡轮钟
6．4 现代精密计时表
参考文献

第7章 石英革命
7．1 历史背景
7．2 石英晶体
7．3 X射线晶体学
7．4 人造石英晶体
7．5 石英谐振器
7．6 石英谐振器作为电路元件
7．7 振荡器稳定性
参考文献

第8章 经典原子钟
8．1 量子力学术语
8．2 薛定谔方程
8．3 原子结构
8．4 原子光谱
8．5 超精细相互作用
8．6 铷标准
8．7 铯标准
参考文献

第9章 原子和分子振荡器
9．1 氨微波器
9．2 铷微波器
9．3 氢微波器
9．4 相关电子
9．5 氢微波器的性能
参考文献

0章 离子场约束
10．1 引言
10．2 潘宁阱
10．3 保罗阱
10．4 囚禁离子频谱学
10．5 近期进展：囚禁单个离子
参考文献

1章 光频振荡器：激光
11．1 简介
11．2 光腔
11．3 光放大
11．4 激光输出功率
11．5 激光输出波谱
11．6 气体激光系统
11．6．1 氦一氖激光器
11．6．2 氩离子激光器
11．7 半导体激光器
11．8 晶体固体激光器
11．8．1 红宝石激光器
11．8．2 Nd3+YAG激光器
11．8．3 Ti3+：蓝宝石激光器
11．9 激光冷却原子
参考文献

2章 机械陀螺罗盘
12．1 陀螺运动
12．2 在旋转的地球上运动
12．3 陀螺罗盘的控制
12．4 陀螺振荡的阻尼
12．5 陀螺仪的主要误差
12．5．1 稳定误差
12．5．2 陀螺仪主体运动误差
12．6 斯伯利·马克37型陀螺罗盘
12．7 环形激光陀螺仪
12．8 光纤陀螺
12．9MEMS振动陀螺仪
参考文献

3章 无线电导航
13．1 概述
13．2 无线电测向
13．3 伏尔航空导航
13．4 雷达
13．5 罗兰-C
13．6 罗兰-C海图
13．7 误差源
13．8 罗兰-C接收机
13．9 民用接收机
13．10 奥米伽系统
参考文献

4章 卫星导航：空间部分
14．1 历史背景
14．2 GPS：系统设计
14．3 GPS卫星轨道
14．4 轨道摄动
14．5 星载系统
14．6 GPS卫星信号
14．7 新发展：GPSIⅡ
参考文献

5章 卫星导航：控制部分
15．1 引言
15．2 监测站的地理位置
15．3 卫星星历的确定
15．4 GPS时间协调
15．5 信号传播速度
参考文献

6章 卫星导航：用户部分
16．1 引言
16．2 GPS接收机
16．3 差分GPS
16．4 GPS-INS组合
16．5 GPS的应用
16．5．1 测绘和制图
16．5．2 卫星授时
16．5．3 航空和航海导航
16．5．4 铁路
16．5．5 农业
16．5．6 地面交通
16．5 ．7安全和救灾
16．5．8 体闲娱乐
16．5．9 环境
16．5．10 空间应用
参考文献

7章 太空导航
17．1 简介
17．2 阿波罗计划
17．3 阿波罗计划的设计
17．4 遥远行星的导航：水手号使命
参考文献

8章 导航的未来
18．1 引言
18．2 物质波：德布罗意理论24l
18．3 原子干涉：衍射光栅
18．4卡皮查一狄拉克效应
18．5 原子干涉仪
18．6 原子陀螺仪
18．7 铯喷泉频率标准
18．8 量子计算机
参考文献

后记

作者介绍

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文摘

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序言

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章 自然界中的导航
1．1 动物导航
1．2 通过太阳确定方向
1．3 通过星星确定方向
1．4 磁场定向
1．5 风和气流
1．6 电场定向
1．7 信鸽
1．8 帝王蝶
1．9 长距离迁徙的鸟类
1．10 太平洋鲑鱼
1．11 人类的导航
参考文献

第2章 早期的导航
2．1 沙漠游牧民族
2．2 太平洋中的航海家
2．3 星象罗盘
2．4 腓尼基人
2．5 维京人
2．6 古代的仪器
2．6．1 日晷和夜行仪
2．6．2 磁罗盘
2．6．3 沙漏
2．6．4 拖板计程仪和拖曳式计程仪
2．6．5 戴维斯象限仪
2．6．6 星盘
参考文献

第3章 天文学的历史背景
3．1 古代天文学
3．2 伊斯兰天文学
3．3 欧洲天文学家
3．4 艾萨克·牛顿
参考文献

第4章 现代天文学的要素
4．1 行星地球
4．2 月球和行星
4．3 内行星
4．4 外行星
4．5 恒星
4．6 星座
参考文献

第5章 海洋导航
5．1 地理坐标
5．2 天文坐标系
5．3 时间系统
5．4 导航三角形
5．5 截距法
5．6 导航三角形的表格解
5．7 月球距离法
5．8 六分仪
5．9 磁罗盘
参考文献

第6章 经度问题
6．1 早期时钟
6．2 机械钟
6．3 弹簧平衡轮钟
6．4 现代精密计时表
参考文献

第7章 石英革命
7．1 历史背景
7．2 石英晶体
7．3 X射线晶体学
7．4 人造石英晶体
7．5 石英谐振器
7．6 石英谐振器作为电路元件
7．7 振荡器稳定性
参考文献

第8章 经典原子钟
8．1 量子力学术语
8．2 薛定谔方程
8．3 原子结构
8．4 原子光谱
8．5 超精细相互作用
8．6 铷标准
8．7 铯标准
参考文献

第9章 原子和分子振荡器
9．1 氨微波器
9．2 铷微波器
9．3 氢微波器
9．4 相关电子
9．5 氢微波器的性能
参考文献

0章 离子场约束
10．1 引言
10．2 潘宁阱
10．3 保罗阱
10．4 囚禁离子频谱学
10．5 近期进展：囚禁单个离子
参考文献

1章 光频振荡器：激光
11．1 简介
11．2 光腔
11．3 光放大
11．4 激光输出功率
11．5 激光输出波谱
11．6 气体激光系统
11．6．1 氦一氖激光器
11．6．2 氩离子激光器
11．7 半导体激光器
11．8 晶体固体激光器
11．8．1 红宝石激光器
11．8．2 Nd3+YAG激光器
11．8．3 Ti3+：蓝宝石激光器
11．9 激光冷却原子
参考文献

2章 机械陀螺罗盘
12．1 陀螺运动
12．2 在旋转的地球上运动
12．3 陀螺罗盘的控制
12．4 陀螺振荡的阻尼
12．5 陀螺仪的主要误差
12．5．1 稳定误差
12．5．2 陀螺仪主体运动误差
12．6 斯伯利·马克37型陀螺罗盘
12．7 环形激光陀螺仪
12．8 光纤陀螺
12．9MEMS振动陀螺仪
参考文献

3章 无线电导航
13．1 概述
13．2 无线电测向
13．3 伏尔航空导航
13．4 雷达
13．5 罗兰-C
13．6 罗兰-C海图
13．7 误差源
13．8 罗兰-C接收机
13．9 民用接收机
13．10 奥米伽系统
参考文献

4章 卫星导航：空间部分
14．1 历史背景
14．2 GPS：系统设计
14．3 GPS卫星轨道
14．4 轨道摄动
14．5 星载系统
14．6 GPS卫星信号
14．7 新发展：GPSIⅡ
参考文献

5章 卫星导航：控制部分
15．1 引言
15．2 监测站的地理位置
15．3 卫星星历的确定
15．4 GPS时间协调
15．5 信号传播速度
参考文献

6章 卫星导航：用户部分
16．1 引言
16．2 GPS接收机
16．3 差分GPS
16．4 GPS-INS组合
16．5 GPS的应用
16．5．1 测绘和制图
16．5．2 卫星授时
16．5．3 航空和航海导航
16．5．4 铁路
16．5．5 农业
16．5．6 地面交通
16．5 ．7安全和救灾
16．5．8 体闲娱乐
16．5．9 环境
16．5．10 空间应用
参考文献

7章 太空导航
17．1 简介
17．2 阿波罗计划
17．3 阿波罗计划的设计
17．4 遥远行星的导航：水手号使命
参考文献

8章 导航的未来
18．1 引言
18．2 物质波：德布罗意理论24l
18．3 原子干涉：衍射光栅
18．4卡皮查一狄拉克效应
18．5 原子干涉仪
18．6 原子陀螺仪
18．7 铯喷泉频率标准
18．8 量子计算机
参考文献

后记

《现代导航的演进：量子技术的兴起》 内容简介 本书深入剖析了现代导航技术如何从基础原理一路演进至前沿量子技术应用的发展历程，为读者构建了一幅全面而深刻的导航科技图景。作者 [美] F.G.Major 携手译者吴德伟、杨春燕，将这一复杂而迷人的领域以清晰、易懂的方式呈现给广大科技爱好者、工程师、研究人员及政策制定者。 第一部分：导航基石的演进 本书伊始，便将读者带回导航的起源。从远古时期人类依赖星辰、陆地标志和海洋洋流进行方位判断的朴素方法，到中世纪航海家们对磁罗盘、天文观测及星盘的精妙运用，勾勒出人类探索未知、拓展疆域的恒久动力。作者详细阐述了这些早期技术如何逐步标准化、工具化，为日后的科学发展奠定基础。 随后，本书聚焦于惯性导航系统的发展。惯性导航，顾名思义，是利用物体固有的惯性来测量其运动状态，从而推算出自身位置、速度和姿态的技术。作者将惯性导航的理论核心——牛顿运动定律，分解为易于理解的概念，并追溯了其从早期机械陀螺仪的笨重与低精度，到现代光纤陀螺仪（FOG）和激光陀螺仪（RLG）的飞跃式进步。重点解析了FOG和RLG的工作原理，强调了它们如何在没有外部信号干扰的情况下，实现高精度、自主的导航，这对于潜艇、战斗机、洲际导弹等对隐蔽性和独立性要求极高的平台而言，具有不可替代的价值。 在介绍完惯性导航的原理和发展后，本书将笔触转向了另一项革命性的导航技术——全球定位系统（GPS）及其同类系统（如俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo、中国的北斗）。作者详尽地解读了卫星导航的基本原理，包括卫星星座的构成、导航电文的含义、多普勒效应与距离测量，以及接收机如何通过接收至少四颗卫星的信号来确定三维空间中的精确位置。本书特别强调了GPS系统在民用和军事领域的广泛应用，以及它如何彻底改变了航空、航海、陆路交通、测绘、应急救援乃至个人出行等方方面面。同时，作者也客观地分析了GPS系统存在的局限性，例如信号易受遮挡、易受干扰（如电子战）、以及在极端环境下的可靠性问题，这些局限性为量子导航技术的兴起埋下了伏笔。 第二部分：挑战与机遇——迈向更精准的未来 随着导航需求的日益复杂化和精细化，传统的导航技术开始暴露出其不足。例如，在GPS信号无法到达的地下、室内、水下或被电子干扰的区域，导航将变得极为困难。此外，对于需要亚米级甚至厘米级精度的应用，如自动驾驶、高精度农业、精确制导武器等，现有技术仍有提升空间。本书深刻剖析了这些挑战，并借此引出了量子技术在导航领域的巨大潜力。 第三部分：量子导航的黎明 本部分是本书的核心内容，详细介绍了量子技术如何为导航领域带来革命性的变革。作者首先从量子力学的基础概念切入，用通俗易懂的语言解释了量子叠加、量子纠缠、量子测量等核心原理，为理解量子导航奠定理论基础。 接着，本书重点探讨了量子传感器在导航中的应用。 量子重力仪： 作者详细阐述了量子重力仪的工作原理，其利用原子干涉来精确测量重力场的微小变化。与传统重力仪相比，量子重力仪具有更高的灵敏度和精度，能够探测到地壳内部密度不均引起的重力异常。这不仅能用于地质勘探、矿产资源探测，更能在地下导航中发挥重要作用。例如，通过测量地下的重力地图，即便是GPS信号失效，导航设备也可以通过比对实时测量数据与预存的重力地图，推算出自身的位置。本书详细介绍了多种量子重力仪的设计方案，包括原子干涉仪和原子钟技术在重力测量中的应用。 量子加速度计： 本书深入讲解了量子加速度计如何利用量子力学原理来测量加速度。这些传感器能够捕捉到比传统器件更细微的运动变化，从而提供更精确的惯性测量数据。在没有外部信号源的情况下，高精度的量子加速度计能够大幅提升惯性导航系统的续航能力和精度，克服传统惯性导航系统随时间累积误差的问题。 量子磁力计： 作者阐述了利用原子或原子核自旋来测量磁场强度和方向的量子磁力计。这些传感器比传统磁力计更加灵敏，能够探测到地球磁场的微弱变化，甚至能识别出地下的金属物体。在没有GPS的情况下，结合高精度磁场地图，量子磁力计可以作为一种辅助导航手段，帮助导航系统确定方向和粗略位置。 量子时钟： 本书特别强调了量子时钟在导航中的颠覆性作用。与传统的石英钟或原子钟相比，量子时钟具有前所未有的计时精度。导航系统高度依赖精确的时间同步，量子时钟的出现将极大地提升整个系统的鲁棒性和精度。尤其是在缺乏外部时间信号的场景下（例如，只有少数几颗卫星可见，或者GPS信号被干扰），高精度量子时钟能够独立维持导航系统的时间基准，并与低数量的卫星信号结合，实现更精确的定位。作者详细介绍了光晶格钟、离子阱钟等先进量子时钟的原理及其在导航领域的潜在应用。 第四部分：量子导航的系统集成与未来展望 本书并非仅仅停留在对单一量子传感器的介绍，而是进一步探讨了如何将这些先进的量子传感器集成到实际的导航系统中。作者详细阐述了多源融合导航的策略，即如何巧妙地结合量子传感器、惯性测量单元（IMU）以及可能存在的其他辅助导航信息（如视觉里程计、雷达等），构建出集高精度、高鲁棒性、全自主性于一体的下一代导航解决方案。 本书也着眼于未来，探讨了量子导航技术的进一步发展方向。例如，利用量子纠缠技术实现分布式导航网络，或者开发基于量子通信的定位技术，这些都是当前研究的热点。作者也对量子导航技术的商业化前景、面临的技术挑战（如成本、体积、功耗、环境适应性等）以及潜在的社会和伦理影响进行了深入的分析和预测。 结论 《现代导航的演进：量子技术的兴起》是一本集科学性、前瞻性与可读性于一体的优秀著作。它不仅为读者勾勒出导航技术从古至今的发展脉络，更将目光聚焦于量子技术所带来的革命性突破，清晰地阐释了量子导航的原理、应用前景及面临的挑战。本书的出版，无疑将为相关领域的科研人员、工程师以及对未来科技发展充满好奇的读者提供一份宝贵的参考资料，引领大家共同探索导航科技的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书就像一位经验丰富的向导，引领我穿越了现代导航的迷人历史长河，并最终抵达了令人激动不已的量子技术新大陆。起初，我以为这会是一本充斥着枯燥理论的学术著作，但事实证明，我的担忧完全是多余的。作者的叙事方式极富感染力，他将那些可能晦涩难懂的科学原理，通过引人入胜的故事和鲜活的案例呈现出来。我特别欣赏书中对不同历史时期导航技术发展所面临的挑战和突破的描写，仿佛亲身经历了那些伟大的探索。从古代航海家仰望星空，到现代工程师设计精密仪器，每一步都凝聚着人类的智慧和勇气。而当书中笔锋一转，聚焦于量子技术对导航的颠覆性影响时，我更是感到一股强大的冲击力。量子导航并非遥不可及的科幻，而是正在我们眼前悄然兴起的现实。书中对量子陀螺仪、量子原子钟等关键技术的介绍，让我对未来导航的精准度和稳定性有了全新的认知。想象一下，即使在GPS信号被屏蔽或失效的环境下，我们依然能够实现毫秒级的定位，这无疑将极大地拓展人类活动的边界。

评分☆☆☆☆☆

这是一部关于人类探索未知、突破极限的史诗，而量子技术无疑是其中最耀眼的篇章。这本书带领我回顾了导航技术的漫长而辉煌的进化史，从最初的依赖自然现象，到如今高度依赖电子设备，每一步都充满了智慧和汗水。我特别欣赏作者对于不同时代导航技术特点及其局限性的细致描绘，这让我对技术的迭代和进步有了更直观的认识。当我读到书中关于量子技术如何颠覆传统导航时，我感到一种前所未有的冲击。书中对量子传感器原理的阐述，特别是如何利用量子叠加和纠缠等现象，来克服经典物理学中的测量限制，让我大开眼界。这种超越经典限制的潜力，预示着导航将进入一个全新的时代，其精准度、稳定性和独立性都将得到质的飞跃。这本书不仅是一本关于量子导航的科普读物，更是一部关于人类不懈追求更高精度、更广阔探索空间的壮丽赞歌，它激励着我去思考科技的未来，并对即将到来的变革充满期待。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，体验了一次身临其境的探索之旅，从地球表面的星辰大海，到潜藏于微观世界的量子奇点。我一直对那些能够改变我们生活方式的颠覆性技术抱有浓厚的兴趣，而这本书毫无疑问地满足了我的这份期待。作者以一种非常直观的方式，展现了导航技术如何从依赖宏观世界的自然现象，逐步过渡到对微观世界量子特性的利用。书中对传统导航方式的详细介绍，例如惯性导航系统以及其局限性，为理解量子导航的必要性和优势奠定了坚实的基础。而当引入量子概念时，我感到一种新奇的震撼。书中对“量子优势”的阐述，让我看到了超越经典物理学藩篱的可能性，尤其是在导航精度和抗干扰能力方面。我尤其喜欢书中关于量子传感器如何利用量子叠加态和量子纠缠来感知微弱信号的描述，这听起来就像是拥有了“超能力”。这本书不仅科普了量子导航的原理，更描绘了它可能带来的广阔应用前景，让我对接下来的科技发展充满了前所未有的乐观。

评分☆☆☆☆☆

一本令人着迷的读物，虽然名字听起来略显宏大，但内容却深入浅出，将量子技术在现代导航领域扮演的日益重要的角色娓娓道来。我一直对科技的边界和未来发展充满好奇，而这本书恰好满足了我对“量子”这个概念在实际应用中的想象。从古老的星象导航，到GPS的普及，再到如今量子传感器和量子导航系统的萌芽，作者以清晰的脉络梳理了导航技术的演进史，让我对人类如何不断突破自身局限，实现更精准、更可靠的定位有了深刻的认识。书中对量子叠加态、量子纠缠等概念的解释，虽然涉及一些物理学原理，但作者和译者巧妙地运用了许多生动的比喻和实例，使得这些原本抽象的概念变得易于理解，甚至激发了我的进一步探索欲望。例如，关于量子传感器如何克服传统传感器的误差限制，实现前所未有的精度，就让我对未来的无人驾驶、深海探测等领域充满了期待。这本书不仅让我了解了量子技术本身的魅力，更让我看到了它如何与现有技术融合，驱动着导航领域的下一次革命。

评分☆☆☆☆☆

这本书以一种令人耳目一新的方式，勾勒出了现代导航技术发展壮丽的图景，并敏锐地捕捉到了量子时代的脉动。作为一名对科技发展始终保持高度关注的读者，我被书中对导航技术演进历程的深刻洞察所吸引。从最早依靠肉眼和经验的判断，到如今依靠卫星和复杂的算法，每一次技术的飞跃都代表着人类智慧的结晶。作者在梳理这段历史的同时，也为我们揭示了传统导航方法所面临的瓶颈，例如对外部信号的依赖性以及精度上的限制。而当书中将视角转向量子技术时，我仿佛看到了一个全新的维度被打开。量子导航的出现，不仅仅是性能的提升，更是一种范式的转变。书中对量子态的运用，以及如何利用这些微妙的量子效应来实现超高精度的定位，让我感到既神奇又兴奋。这本书的价值在于，它能够将复杂的前沿科学概念，以一种易于理解的方式呈现给广大读者，激发人们对未来科技的无限遐想，并深刻理解量子技术在重塑我们世界中所扮演的关键角色。