深海高精度水声定位与导航技术

高精度水声定位与导航设备是未来水下导航智能化时代无人系统监视、数据采集乃至互操作等作业任务成功的关键。《深海高精度水声定位与导航技术》结合作者的科研成果，详细介绍深海高精度水声定位与导航技术，重点论述超短基线定位技术、水下综合定位技术、高精度相控阵水声测速技术、声学/惯性组合导航技术。这些技术紧密结合水下导航定位的工程应用，展示了国内外该科学领域的昀新研究成果，对水声定位与导航技术的发展和推广具有重要意义。《深海高精度水声定位与导航技术》内容新颖、特色鲜明、论述严谨、重点突出，在理论研究的基础上兼顾实际应用中存在的问题，同时具备理论参考和工程应用价值。

目录
丛书序
自序
第1章绪论1
1.1概述1
1.2水下定位与导航需求1
1.2.1概念内涵1
1.2.2载体种类2
1.2.3作业模式3
1.2.4需求特点4
1.3技术内涵4
1.3.1海洋水声传播的时延特性5
1.3.2信号设计——获取时延信息的关键7
1.3.3信息处理——提升定位与导航能力的关键7
1.3.4能量设计——定位导航设备的物质基础8
1.4发展现状9
1.4.1水声定位技术与设备9
1.4.2水声测速导航技术与设备13
1.5未来发展趋势22
参考文献23
第2章超短基线定位技术25
2.1概述25
2.2USBL定位系统介绍25
2.2.1USBL定位原理25
2.2.2USBL定位系统误差分析30
2.3USBL定位算法35
2.3.1常规声学定位算法36
2.3.2三角分解定位算法38
2.3.3基线分解定位算法40
2.3.4附加约束的立体阵定位算法44
2.4阵型误差修正算法47
2.4.1有效声速简介47
2.4.2基于有效声速的水声定位模型49
2.4.3基阵坐标系构建50
2.4.4性能分析51
2.5安装误差校准技术53
2.5.1安装位置偏差校准技术54
2.5.2安装角度偏差校准技术58
2.5.3测线优选62
2.5.4仿真与试验分析68
2.6典型应用73
2.6.1USBL水声定位技术概述73
2.6.2“蛟龙”号载人深海潜水器74
2.6.3水下无人潜水器对接引导应用76
参考文献79
第3章水下综合定位技术81
3.1概述81
3.2综合定位系统介绍81
3.2.1综合定位基本原理81
3.2.2综合定位精度分析82
3.2.3海底声信标阵型设计85
3.2.4主要系统误差来源87
3.3高精度声信标阵型标定88
3.3.1绝对标定88
3.3.2相对标定102
3.3.3性能分析108
3.4运动补偿113
3.4.1水下运载器运动对定位精度的影响113
3.4.2基于运动补偿高精度定位116
3.4.3性能分析119
3.5典型应用121
3.5.1“奋斗者”号载人深海潜水器122
3.5.2“鲲龙500”集矿车海底作业126
参考文献129
第4章高精度相控阵水声测速技术130
4.1概述130
4.2水声测速技术基础130
4.2.1水声测速原理130
4.2.2相控阵多普勒测速技术140
4.2.3高精度多普勒频率估计147
4.2.4水声测速应用场景154
4.3宽带信号波形设计技术156
4.3.1宽带信号波形设计准则157
4.3.2宽带信号波形选择与优化159
4.3.3宽带信号波形设计性能分析161
4.4长期测速准确度校准技术164
4.4.1影响测速准确度的误差源分析165
4.4.2测速准确度的基阵坐标系校准方法175
4.4.3测速准确度的径向系校准方法181
4.5瞬时测速精度评价技术187
4.5.1信息级测速精度评价188
4.5.2波形级测速精度评价193
4.6水声测速系统设计案例201
4.6.1测速声呐设计案例201
4.6.2相控对接检测案例206
参考文献218
第5章声学/惯性组合导航技术221
5.1概述221
5.2捷联惯导及其组合导航技术223
5.2.1捷联惯导223
5.2.2卡尔曼滤波239
5.2.3基于速度/位置基准的组合导航技术248
5.3SINS/DVL信息融合256
5.3.1安装偏差标校技术257
5.3.2初始对准技术264
5.3.3组合导航技术268
5.4SINS/USBL组合导航技术279
5.4.1SINS/USBL组合导航基本实现方法280
5.4.2SINS/USBL组合导航自适应滤波算法301
5.4.3引入径向速度的SINS/USBL组合导航实现方法314
参考文献335
索引336
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