第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 水下导航发展的历史和现状 2
1.2.1 惯性导航 3
1.2.2 声学导航 4
1.2.3 地形／地貌匹配导航 6
1.2.4 重力匹配导航 8
1.2.5 地磁匹配导航 9
小结 11
第2章 导航坐标系及其相互转换 12
2.1 导航常用坐标系 12
2.2 坐标系间的转换 15
2.2.1 惯性坐标系到非惯性坐标系的转换 15
2.2.2 地球坐标系到导航坐标系的转换 16
2.2.3 导航坐标系与载体坐标系的转换 16
2.2.4 载体坐标系与计算坐标系间的转换 17
小结 17
第3章 惯性导航系统 18
3.1 系统组成及分类 18
3.2 平台式惯性导航系统 19
3.2.1 惯导平台 20
3.2.2 平台伺服回路性能指标 20
3.2.3 三轴平台伺服回路的耦合与隔离 22
3.2.4 游动方位惯导系统导航参数的计算 23
3.3 捷联式惯性导航系统 27
3.3.1 捷联式惯导系统的姿态计算 28
3.3.2 捷联式惯导系统导航参数的解算 32
3.4 惯导系统误差分析 33
3.4.1 惯导系统的误差方程 34
3.4.2 惯导系统的基本误差特性 36
小结 40
第4章 水下声学导航定位 41
4.1 概述 41
4.2 系统组成及导航定位方式 41
4.3 水声导航定位系统及其工作原理 43
4.3.1 长基线声学定位系统 43
4.3.2 短基线声学定位系统 47
4.3.3 超短基线声学定位系统 49
4.4 系统数据处理 52
4.4.1 数据质量控制 52
4.4.2 船姿改正 55
4.4.3 水听器基阵偏移改正 55
4.4.4 声速改正 56
4.4.5 坐标转换 58
4.5 导航定位实施 61
4.5.1 准备工作 61
4.5.2 水下导航定位 64
4.6 导航定位误差分析 68
4.6.1 声学导航系统误差 68
4.6.2 辅助设备精度 71
4.6.3 定位精度综合分析 71
小结 72
第5章 水下地形匹配导航 73
5.1 概述 73
5.2 水下地形测量系统 74
5.2.1 单波束测深系统 74
5.2.2 多波束回声测深系统 74
5.2.3 高分辨率测深侧扫声呐系统 76
5.2.4 机载激光测深系统 77
5.2.5 水深遥感 78
5.3 测深数据处理 79
5.3.1 声速改正／声线跟踪 79
5.3.2 测点地理坐标计算 81
5.3.3 潮位改正 81
5.4 海床地形描述 82
5.4.1 海床地形格网化 82
5.4.2 海床地形等深线描述 82
5.5 水下地形匹配定位技术 84
5.5.1 基于等深线走向的海床地形匹配算法 84
5.5.2 基于等深线图像的地形匹配算法 86
5.5.3 基于链码和形状特征的等深线综合匹配算法 90
5.6 实验及分析 92
小结 100
第6章 海床地貌匹配导航 101
6.1 海床地貌图像的获取及数据处理 101
6.1.1 声呐图像的形成 101
6.1.2 多波束声呐图像 104
6.1.3 侧扫声呐图像 107
6.2 声呐图像处理技术 111
6.2.1 图像平滑 111
6.2.2 图像增强 113
6.2.3 图像边缘检测和分割 114
6.3 地貌图像匹配导航技术 115
6.3.1 SIFT匹配算法 116
6.3.2 SURF匹配算法 123
6.3.3 SURF和SIFT匹配方法比较 126
6.4 约束匹配算法 128
6.5 匹配实验及分析 129
小结 131
第7章 水下地磁匹配导航 132
7.1 水下地磁匹配导航系统组成 132
7.2 地磁测量及数据处理 134
7.2.1 地磁测量 134
7.2.2 地磁数据处理 136
7.3 地磁场建模 138
7.3.1 拟合建模法 139
7.3.2 内插建模法 140
7.3.3 基于位理论的建模方法 141
7.4 地磁匹配导航算法 145
7.4.1 TERCOM匹配算法及其改进算法 145
7.4.2 ICCP匹配算法 149
7.4.3 改进型ICCP匹配算法 153
小结 157
第8章 水下组合导航系统 158
8.1 卡尔曼滤波 158
8.1.1 离散系统卡尔曼滤波的数学描述 159
8.1.2 自适应卡尔曼滤波 159
8.2 地形辅助INS水下组合导航系统 162
8.2.1 系统组成 162
8.2.2 系统工作原理 163
8.2.3 系统误差分析 164
8.2.4 实验及分析 169
8.3 地貌辅助INS水下组合导航系统 170
8.3.1 系统组成 170
8.3.2 导航工作原理 172
8.3.3 系统误差分析 173
8.3.4 实验 174
8.4 地磁辅助INS水下组合导航系统 175
8.4.1 系统组成 176
8.4.2 系统工作原理 178
8.4.3 系统误差分析 179
8.4.4 实验及分析 180
8.5 地形／地貌／地磁综合辅助INS水下组合导航系统 182
8.5.1 系统组成 182
8.5.2 系统工作原理 184
8.5.3 系统误差分析 185
8.5.4 实验及分析 185
小结 188
参考文献 189