水下定位与导航技术PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　定位与导航概述 1

1.2　水面舰船的定位导航方法 1

1.3　水下导航定位技术的发展 3

1.4　水声定位与导航技术简介 4

1.4.1 水声定位系统 4

1.4.2　声学测速和计程设备 6

1.4.3　地形地貌测量 7

1.5 声呐方程及有关参数 9

1.5.1 主动声呐方程 10

1.5.2　被动声呐方程 12

1.6　本书的安排 12

参考文献 13

第2章　短基线水声定位系统 14

2.1 引言 14

2.2　使用非同步信标的短基线系统 15

2.3　使用应答器的短基线水声定位系统 16

2.3.1 使用应答器的优点 16

2.3.2　定位解算方法 16

2.4　位置修正 18

2.5　短基线系统的应用实例——船舷悬挂式目标轨迹短基线测量系统 19

2.5.1 引言 19

2.5.2　定位方程 19

2.5.3　误差源分析 20

2.5.4　基阵校准与水下姿态修正 22

2.5.5 距离模糊问题和数据预处理 23

2.6　本章小结 26

参考文献 26

第3章　超短基线水声定位系统 27

3.1 引言 27

3.2　入射角和深度方式（非同步信标方式）位置解算 28

3.3　入射角与距离算法（应答器或响应器方式） 30

3.4 超短基线定位系统定位误差分析 30

3.5　改善超短基线定位系统定位精度的措施 32

3.5.1 引言 32

3.5.2　增大基元间距改善定位精度 33

3.5.3 采用宽带信号提高定位精度 34

3.6　超短基线定位系统相位差测量方法 37

3.6.1 自适应陷波滤波器（Notch滤波器） 37

3.6.2 自适应相位差估计器 38

3.7　超短基线定位系统的标校 39

3.7.1 基元相位差校准 39

3.7.2　超短基线系统的海上校准 42

3.8　本章小结 44

参考文献 45

第4章　长基线水声定位系统 46

4.1 引言 46

4.2　长基线水声定位系统的几种应用模式 47

4.2.1 舰船导航模式 47

4.2.2 长基线有缆潜器（TTS）导航模式 48

4.2.3　长基线无缆潜器（FSS）定位模式 48

4.3　海底应答器阵的校准 50

4.3.1 2个应答器的情况 50

4.3.2 3个应答器的情况 50

4.3.3　用于四边形应答器阵的两种校准方法 51

4.4　长基线定位系统的跟踪定位算法 54

4.4.1 2个应答器导航 54

4.4.2 3个应答器导航定位 56

4.4.3 4个应答器导航定位 57

4.5　长基线深水应答器水声导航系统应用实例 58

4.5.1 系统组成 58

4.5.2　定位解算方程 58

4.5.3　定位解算方法 59

4.5.4　海底应答器阵相对位置的测定 60

4.5.5 深水长基线系统的声速补偿 63

4.5.6　数据的预处理 64

4.6　本章小结 65

参考文献 65

第5章　声多普勒测速技术 66

5.1 引言 66

5.2　舰船多普勒测速原理 66

5.2.1 多普勒效应的时域分析 66

5.2.2　舰船多普勒测速原理 68

5.3　影响多普勒测速的主要因素及改进方法 69

5.3.1 由解算公式近似引起的误差 69

5.3.2　船舶摇摆引起的测速误差及摇摆补偿 70

5.3.3 声速引起的测速误差 73

5.3.4　有限波束宽度的影响 73

5.3.5 噪声对频率测量的影响 74

5.3.6 安装角度偏离误差及其校正 75

5.4　相控阵多普勒测速技术 77

5.4.1 引言 77

5.4.2　使用相控阵可补偿声速的基本原理 77

5.4.3 相控阵布阵及相控收发的实现 78

5.5 多普勒计程仪在大深度使用时摇摆问题的分析及摇摆补偿 83

5.5.1 摇摆分析 83

5.5.2 摇摆补偿 86

5.6　多普勒测速声呐的频率测量 87

5.6.1 过零点频率测量方法 87

5.6.2 复相关频率测量方法 91

5.7　本章小结 94

参考文献 94

第6章　声相关测速技术 96

6.1 引言 96

6.2　声相关测速的基本原理 97

6.2.1 波形不变原理 97

6.2.2　接收器信号相关的几何条件 99

6.3　时间相关测速和空间相关测速 100

6.3.1 时间相关测速 100

6.3.2 空间相关测速 102

6.4　相关测速声呐的海底回波和体积混响 104

6.4.1 海底回波 104

6.4.2　体积混响 106

6.5　声相关计程仪的有关参数 108

6.5.1 时间相关计程仪接收器的间距 108

6.5.2 时间相关计程仪载体速度与深度的关系（速度—深度积） 109

6.5.3　相关计程仪需要的信号噪声比 110

6.6　声相关计程仪的信号形式 111

6.6.1 时间相关计程仪的信号形式 111

6.6.2 空间相关计程仪的信号形式 113

6.7　时空相关测速模型 115

6.7.1 海底散射信号多阵元接收的理论时空相关矩阵的表示 115

6.7.2 时空相关函数的理论模型 116

6.7.3 时空相关信号处理算法简介 119

6.8　本章小结 121

参考文献 122

第7章　多波束回波测深技术 124

7.1　引言 124

7.2　多波束测深的基本原理 126

7.3　多波束测深仪的波束形成技术 128

7.3.1 DFT波束形成方法 128

7.3.2　直接相移多波束形成 130

7.4　信号到达时间测量——能量中心收敛法和特征窗时延估计法 132

7.4.1 引言 132

7.4.2　能量中心收敛法 133

7.4.3　特征窗时延估计法 135

7.5　分裂波束相位差检测 136

7.5.1 分裂波束的概念及子阵间的相位差 136

7.5.2　子阵信号相位差的模糊问题 137

7.5.3 分裂子阵相位差的估计 139

7.6　利用多子阵的海底检测 140

7.6.1 多子阵的相位斜率 140

7.6.2 多子阵海底深度估计方法——海底图像变换法 142

7.7 BDI和WMT处理 143

7.7.1 引言 143

7.7.2 BDI处理 145

7.7.3 WMT处理 147

7.8　声速补偿和声线跟踪 149

7.9　本章小结 150

参考文献 150