基于高频虚拟组件的运载器水下导航及海洋遥感技术 [A High-Rate Virtual Instrument of Marine Vehicle Motions for Underwater Navigation and Ocean Remote Sensing] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 格林（Chrystel Gelin） 著，王秋滢，董千慧，齐昭 译

图书标签:

• 水下导航
• 海洋遥感
• 虚拟仪器
• 高频组件
• 运载器
• 运动补偿
• 惯性导航
• 海洋工程
• 信号处理
• 数据融合

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118100037

版次：1

商品编码：11773840

包装：平装

外文名称：A High-Rate Virtual Instrument of Marine Vehicle Motions for Underwater Navigation and Ocean Remote Sensing

开本：32开

出版

编辑推荐

导航类图书

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内容简介

　　《基于高频虚拟组件的运载器水下导航及海洋遥感技术》是将多种测量仪器设备组合，开发一个能够测量并计算USV运动信息的软件包，以达到导航、控制、提高USBL系统定位性能的目的。
　　《基于高频虚拟组件的运载器水下导航及海洋遥感技术》的内容比较完善，读者只需要基本的传感器知识就能读懂。
　　《基于高频虚拟组件的运载器水下导航及海洋遥感技术》绝大部分翻译内容是根据原文直接翻译的，为了使读者读起来更加通俗易懂，有些地方进行了调整。

内页插图

目录

图目录
表目录

第1章 概论
1.1 水文数据采集自主水面艇
1.2 网关USV
1.3 目标系统
1.4 问题陈述
1.5 本书贡献
1.5.1 本书提纲

第2章 测量仪器和数据采集系统
2.1 传感器
2.1.1 声学多普勒流速剖面仪
2.1.2 惯性测量单元
2.1.3 TCM2型罗经
2.1.4 倾斜计
2.1.5 全球定位系统
2.2 数据采集系统
2.2.1 主机
2.2.2 目标机
2.2.3 USV硬件结构
2.2.4 计算机网络
2.2.5 软件概述

第3章 数据处理技术
3.1 参考坐标系
3.1.1 地球参考坐标系
3.1.2 北一东一地参考坐标系
3.1.3 载体坐标系
3.1.4 船舶状态量
3.2 坐标系转换
3.2.1 地理坐标系到ECEF和：ECEF到NED的坐标系转换
3.2.2 器件坐标系到载体坐标系的转换
3.2.3 载体坐标系到NlED坐标系的转换
3.3 数据融合
3.3.1 数据融合概述
3.3.2 欧拉角估算
3.4 ADCP处理过程

第4章 运动观测和试验结果
4.1 垂直运动
4.1.1 加速度研究
4.1.2 速度计算
4.1.3 垂直位置计算
4.2 数据采集系统实验室测试
4.2.1 步骤一：独立测量原始数据处理
4.2.2 步骤二：确定数据融合方式
4.2.3 步骤三：用于DGPS测量数据与已融合数据的数据融合低通滤波器以及基于互相关方法的相关性结论
4.2.4 步骤四：信号混合高通滤波器以及信号标准差计算

第5章 数据采集系统海上试验
5.1 运动数据采集系统和导航数据融合结果
5.2 ADCP原始测量数据与校正结果
5.2.1 沿声束坐标系的ADCP数据校正
5.2.2 沿北一东一上坐标系、ADCP地球参考坐标系的ADCP数据校正
5.3 海上试验总结

第6章 总结

附录A 仪器输出信息格式
附录B ADCP设置与采集

参考文献

前言/序言

《深海之眼：水下探索与海洋感知新纪元》 本书并非一本单纯的技术手册，而是一次对人类探索海洋未知疆域的深度回溯与前瞻性展望。它以恢弘的笔触，描绘了人类自古以来对广阔蓝色星球的向往，以及由此驱动的科技进步，特别是在水下导航和海洋遥感领域所取得的革命性突破。本书聚焦于那些默默潜行于深海的“眼睛”——各类运载器，它们承载着人类的探索精神，为我们揭示着海洋深处的奥秘，也为我们监测和理解地球的海洋系统提供着至关重要的信息。 第一部分：追溯与启航——人类的海洋情结与水下探索的序曲 在浩瀚的海洋面前，人类总是充满了好奇与敬畏。本书的开篇，将带领读者穿越时空的河流，回顾人类早期对海洋的认知和探索历程。从古代航海家们凭借星辰和洋流的指引扬帆远航，到近代潜水艇的诞生，开启了对水下世界的初步窥探，再到如今各种先进的水下运载器——从简单的潜水器到复杂的自主水下机器人（AUROVs）和无人潜航器（UUVs）——它们的身影活跃在海洋的各个角落，从浅海到万米深渊，从极地冰盖下的水域到热带的珊瑚礁。 我们将深入探讨支撑这些水下探索活动的核心技术——水下导航。在没有GPS信号的海洋深处，定位与导航的难度呈指数级增长。本书将详细介绍那些历经考验、不断演进的导航技术： 惯性导航系统 (INS)：通过测量载体的加速度和角速度来推算其位置、速度和姿态。虽然其误差会随时间累积，但作为许多其他导航系统的基础，它依然不可或缺。我们将分析不同类型的惯性传感器（如陀螺仪、加速度计）的工作原理，以及如何通过高精度器件和先进的滤波算法来优化其性能。 声学导航技术：利用声波在水下的传播特性进行定位。这包括： 超短基线 (USBL)：通过测量基站和目标之间的声信号往返时间和角度信息来实现定位，是船舶与水下设备之间常用的定位方式。 长基线 (LBL)：在海底布设一系列声学应答器，水下运载器通过测量与这些应答器之间的距离来实现高精度定位，尤其适用于大范围或需要精确控制的区域。 地形匹配导航 (TIN)：利用声纳扫描海底地形，并将其与预存的海底地图进行匹配，从而确定自身位置。这种技术在缺乏已知信标的区域尤为重要。 水下信标与定位系统：分析各种陆基或海基信标，以及它们如何为水下运载器提供参考信号。 复合导航技术：强调不同导航技术融合的重要性，例如将INS与声学导航、多普勒计程仪（DVL）以及地形匹配等技术相结合，以克服单一技术的局限性，实现鲁棒性强、精度高的水下定位。我们将探讨卡尔曼滤波、粒子滤波等先进的数据融合算法在其中扮演的关键角色。 第二部分：海洋的画卷——遥感技术与水下视界的拓展 除了探索和定位，人类还需要“看见”和“感知”海洋。海洋遥感技术则赋予了我们这项能力，它使我们能够从远距离获取关于海洋的信息，而无需直接接触。本书将重点阐述水下运载器如何成为部署先进遥感设备的平台，拓展我们对海洋的认知边界。 声学遥感： 多波束测深仪：用于绘制精细的海底地形地貌图，揭示海山的形状、海沟的深度以及海底沉积物的分布。 侧扫声纳：能够成像海底的表面纹理和物体，用于搜寻沉船、水下管线以及识别海底地质构造。 浅地层剖面仪：用于探测海底浅层地质结构，了解沉积物的历史和分布。 ADCP (声学多普勒流速剖面仪)：测量水体在不同深度的流速和流向，是研究海洋环流、能量传输和物质输运的关键工具。 光学遥感： 高清摄像机与水下照明系统：用于记录海洋生物、海底环境和水下结构物的视觉信息，是进行水下环境监测和科学调查的基础。 激光扫描仪：能够在水下提供高分辨率的三维点云数据，用于精细建模和测量。 光谱成像仪：采集水体和海底地物的光谱信息，可用于识别水体中的悬浮物、叶绿素浓度、海底地质类型以及探测特定物质。 电磁遥感：尽管水对电磁波的衰减很大，但某些特定的电磁波段（如极低频）在特定应用中仍有潜力。本书将简要探讨其在水下通信和特定探测任务中的可能应用。 海洋环境参数传感器：集成在运载器上的各类传感器，如CTD（温盐深）、溶解氧传感器、pH传感器、浊度计等，它们实时测量关键的海洋环境参数，为理解海洋的物理、化学和生物过程提供数据支持。 第三部分：智能的脉搏——高频虚拟组件与先进运载器设计 本书的核心理念之一，在于探讨高频虚拟组件在现代水下运载器设计中的作用。这并非指物理的硬件组件，而是指一套高度集成、模块化、数据驱动的软件和算法框架，它们能够实时、高效地处理海量数据，实现运载器的智能化和自主化。 虚拟传感器与数据融合：通过数学模型和算法，从有限的实测数据中推断出更丰富的信息，例如，根据温度、盐度等数据推算海水密度，或者结合姿态信息推算传感器的有效探测范围。 实时数据处理与分析：构建高性能的数据处理流水线，能够在运载器内部实时完成数据采集、预处理、特征提取和初步分析，从而实现快速响应和智能决策。 任务规划与自主执行：开发先进的自主导航与控制算法，使运载器能够根据预设任务目标和实时环境感知，自主规划航行路径、执行观测任务，甚至应对突发情况。 仿真与验证平台：建立高保真的仿真环境，利用虚拟组件模拟运载器的行为和传感器数据，用于算法的设计、测试和优化，大大缩短了实际研发周期和成本。 远程监控与人机交互：设计高效的通信协议和用户界面，使研究人员能够从岸上远程监控运载器的状态、查看实时数据、下达指令，甚至与自主系统进行协同工作。 模块化与可重构设计：强调虚拟组件的模块化特性，使得运载器能够根据不同的任务需求，灵活地集成不同的传感器和功能模块，实现“即插即用”的系统升级和任务定制。 第四部分：深海的回响——应用领域与未来展望 本书的最后一章，将目光投向这些先进技术所支撑的广阔应用领域，并展望水下导航和海洋遥感技术的未来发展方向。 海洋科学研究： 气候变化监测：通过长期、大范围的海洋观测，揭示海洋温度、盐度、海平面变化等关键参数，为理解和预测气候变化提供数据支持。 生物多样性调查：利用高清成像和声学技术，绘制海洋生物栖息地图，监测珍稀濒危物种，研究海洋生态系统的健康状况。 海底地质勘探：精确绘制海底地形，探测海底矿产资源，研究海底火山活动和地震风险。 深海环境研究：探索极端深海环境（如热液喷口、冷泉），研究深海生命的适应机制，以及这些环境对全球海洋化学物质循环的影响。 资源开发与环境保护： 海底油气勘探与开发：为油气平台的选址、铺设和日常维护提供高精度导航和监测服务。 海底电缆与管道铺设：精确规划铺设路径，监测铺设过程，并对海底基础设施进行定期的安全检查。 海洋污染监测与治理：追踪溢油、监测化学污染物扩散，评估海洋垃圾的分布，为环境修复提供依据。 海洋渔业资源管理：通过声学技术估算鱼群数量，监测非法捕捞活动，为可持续渔业提供信息。 国家安全与战略应用： 海底测绘与导航：为军事行动提供精确的海底地形信息和导航支持。 水下目标搜索与识别：用于搜寻失事飞机、船只或水下设备。 海洋态势感知：监测特定海域的活动，为国家安全提供预警。 未来展望： 更加自主化与智能化：人工智能和机器学习将进一步赋能水下运载器，使其具备更强的自主决策、协同作业和自适应能力。 超高精度定位与感知：突破当前导航技术的精度限制，实现厘米级甚至毫米级的定位，以及更细致、更全面的海洋环境感知。 远距离、大范围观测：发展更先进的动力系统和通信技术，实现运载器在更广阔海域、更长时间的自主工作。 多模式、多尺度融合感知：整合声学、光学、电磁以及其他新兴传感技术，实现对海洋环境的多角度、多尺度的协同观测。 深海极端环境适应性：设计能够耐受更高压力、更低温度、更强腐蚀性的材料与技术，使探索的边界进一步向深海延伸。 《深海之眼》不仅仅是一本关于技术的书，它更是关于人类永不止步的探索精神，关于我们如何运用智慧和科技去理解、去保护我们赖以生存的蓝色星球。它是一份献给所有对海洋充满热情、对未来充满憧憬的读者的指南，引领我们共同开启一个更加深邃、更加清晰的海洋认知新纪元。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名让我立刻联想到那些在深海默默工作的“眼睛”和“大脑”。“高频虚拟组件”这个提法，在我看来，可能是一种将复杂的系统功能抽象化、模块化处理的技术理念，这或许意味着一种更加敏捷、可重构的系统设计思路。它是否能够让水下运载器在面对未知的环境或突发的状况时，能够快速地调整其导航策略，或者在遥感数据采集模式上做出即时优化？对于导航部分，我好奇书中是否会深入探讨如何融合多种传感器信息，以实现鲁棒且精确的定位，尤其是在GPS信号无法到达的水下环境中，这种“虚拟组件”扮演着怎样的关键角色？例如，它们如何协同工作来构建水下环境地图，或者如何进行动态避障？而对于海洋遥感，我热切期望书中能够揭示如何利用水下运载器的精确定位能力，去实现更广阔、更精细的海洋观测。比如，如何通过精确控制运载器的路径，来获取连续、高质量的海洋剖面数据，或者如何利用其机动性，去采集特定区域的高分辨率海底图像。我希望书中能提供一些在实际应用中遇到的挑战以及相应的解决方案，这对于理解这项技术的落地性至关重要。

评分☆☆☆☆☆

一本关于水下运载器导航与海洋遥感的书籍，听起来就充满了探索未知的魅力。我对于“高频虚拟组件”这一说法感到尤为好奇，它是否是一种新型的分布式计算架构，或者是某种先进的软件定义硬件的实现方式？如果能够实现“高频”和“虚拟”，那是不是意味着水下运载器的智能化水平和适应性将得到质的飞跃，可以应对更加复杂和动态的水下环境？对于导航部分，我非常期待书中能详细介绍如何实现高精度的水下定位，特别是在缺乏GPS信号的情况下，是如何通过融合多种传感器的信息，例如惯性导航、多普勒计程仪、声学定位系统等，来构建鲁棒的导航系统。而“海洋遥感”部分，我希望看到书中能够深入探讨，如何将水下运载器精确的导航能力，与各种先进的遥感技术（如高分辨率侧扫声呐、多波束测深仪、激光雷达、水下相机等）相结合，从而实现对海底地貌、水下目标、海洋生物、以及海洋环境要素（如水温、盐度、溶解氧等）的高精度、大范围的探测和监测。这本书如果能解释清楚“虚拟组件”在整个流程中的核心作用，以及如何通过它们来优化导航和遥感任务的执行效率，那对我来说将是一次非常有价值的阅读体验。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《基于高频虚拟组件的运载器水下导航及海洋遥感技术》这个书名时，我的第一反应是它所蕴含的科技前沿性。尤其“高频虚拟组件”这一概念，我猜测它可能是一种创新的系统架构，能够极大地提升水下运载器在数据处理和功能实现上的灵活性和效率。这是否意味着，我们可以像组装乐高一样，根据任务需求，快速地“搭建”出满足特定导航或遥感功能的“虚拟模块”，从而省去繁琐的硬件开发周期？我对书中关于水下导航的论述非常感兴趣，想知道它如何解决了在复杂多变的水下环境中，如何保持厘米级甚至毫米级的定位精度，以及如何实现对水下目标物的精确跟踪。它是否会介绍一些前沿的SLAM（同步定位与地图构建）技术，并结合“高频虚拟组件”的优势来克服传统方法的局限性？另一方面，在海洋遥感部分，我希望看到书中能够详细阐述如何利用高精度导航信息，去支撑各种海洋环境参数的探测。比如，如何通过精确的路径规划，实现对海底地形、水下植被、甚至海洋污染物的细致描绘，或者如何结合声学、光学等传感器，获取更丰富的海洋生态信息。如果书中能提供一些实际案例，展示这些技术如何在科研、军事或商业领域发挥作用，那将更加令人兴奋。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对海洋科学充满热情但并非专业背景的读者，我常常在想，那些深海探测器是如何在人类难以企及的环境中生存并工作的。这本书的标题《基于高频虚拟组件的运载器水下导航及海洋遥感技术》触及了我一直以来感兴趣的几个核心问题。我特别想知道，“高频虚拟组件”究竟是什么，它和传统的硬件传感器、控制系统有什么本质区别？它是否能够像软件一样被快速更新、配置，从而让水下运载器能够根据不同的任务需求，灵活调整其导航和遥感能力？我对书中关于“运载器水下导航”的部分抱有极高的期待，希望能了解到最新的导航算法、定位技术（如视觉里程计、惯性导航系统与声学定位的融合等），以及如何克服水下复杂环境对信号传输和传感器的干扰。而“海洋遥感技术”部分，我希望能够看到一些关于声学遥感、光学遥感、甚至电磁遥感在水下应用的前沿进展，以及它们如何与运载器的精确导航紧密结合，从而实现对海洋生物、地质构造、水体性质等进行高分辨率的探测和监测。这本书如果能用相对易懂的语言解释这些复杂的概念，并配以清晰的图示，那我将会非常受益。

评分☆☆☆☆☆

一本关于水下运载器导航和海洋遥感技术的书，听起来就充满了神秘和科技感。我一直对海洋深处的探索非常着迷，想象着那些在黑暗中穿梭的潜艇、AUV（自主水下航行器）等等，它们如何精准地知道自己的位置，如何捕捉到那些珍贵的海洋信息。尤其是“高频虚拟组件”这个概念，让我很好奇，这是否意味着一种更灵活、更高效的硬件或软件实现方式，能够让这些复杂的系统更加智能化和适应性强？我想，这本书应该会深入探讨这些虚拟组件在实现精确导航中的作用，比如它们如何处理传感器数据，如何进行姿态估计，以及如何与外部系统进行交互。同时，对于海洋遥感部分，我期待能看到书中是如何将水下运载器的导航能力与各种遥感技术相结合的，比如声呐、激光雷达、光学成像等，这些技术是如何被整合到运载器上，以获取高质量的海洋环境数据，例如海底地形、水文参数、生物分布等等。我很好奇书中会不会涉及一些具体的案例研究，展示这些技术在实际海洋科考、资源勘探或环境监测中的应用，那样的话，这本书的实践意义就会非常突出。