基於高頻虛擬組件的運載器水下導航及海洋遙感技術 [A High-Rate Virtual Instrument of Marine Vehicle Motions for Underwater Navigation and Ocean Remote Sensing] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

[美] 格林（Chrystel Gelin） 著，王鞦瀅，董韆慧，齊昭 譯

圖書標籤:

• 水下導航
• 海洋遙感
• 虛擬儀器
• 高頻組件
• 運載器
• 運動補償
• 慣性導航
• 海洋工程
• 信號處理
• 數據融閤

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118100037

版次：1

商品編碼：11773840

包裝：平裝

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

開本：32開

齣版

編輯推薦

導航類圖書

《》

《》

《》

《》

《》

《》

《》

內容簡介

　　《基於高頻虛擬組件的運載器水下導航及海洋遙感技術》是將多種測量儀器設備組閤，開發一個能夠測量並計算USV運動信息的軟件包，以達到導航、控製、提高USBL係統定位性能的目的。
　　《基於高頻虛擬組件的運載器水下導航及海洋遙感技術》的內容比較完善，讀者隻需要基本的傳感器知識就能讀懂。
　　《基於高頻虛擬組件的運載器水下導航及海洋遙感技術》絕大部分翻譯內容是根據原文直接翻譯的，為瞭使讀者讀起來更加通俗易懂，有些地方進行瞭調整。

內頁插圖

目錄

圖目錄
錶目錄

第1章 概論
1.1 水文數據采集自主水麵艇
1.2 網關USV
1.3 目標係統
1.4 問題陳述
1.5 本書貢獻
1.5.1 本書提綱

第2章 測量儀器和數據采集係統
2.1 傳感器
2.1.1 聲學多普勒流速剖麵儀
2.1.2 慣性測量單元
2.1.3 TCM2型羅經
2.1.4 傾斜計
2.1.5 全球定位係統
2.2 數據采集係統
2.2.1 主機
2.2.2 目標機
2.2.3 USV硬件結構
2.2.4 計算機網絡
2.2.5 軟件概述

第3章 數據處理技術
3.1 參考坐標係
3.1.1 地球參考坐標係
3.1.2 北一東一地參考坐標係
3.1.3 載體坐標係
3.1.4 船舶狀態量
3.2 坐標係轉換
3.2.1 地理坐標係到ECEF和：ECEF到NED的坐標係轉換
3.2.2 器件坐標係到載體坐標係的轉換
3.2.3 載體坐標係到NlED坐標係的轉換
3.3 數據融閤
3.3.1 數據融閤概述
3.3.2 歐拉角估算
3.4 ADCP處理過程

第4章 運動觀測和試驗結果
4.1 垂直運動
4.1.1 加速度研究
4.1.2 速度計算
4.1.3 垂直位置計算
4.2 數據采集係統實驗室測試
4.2.1 步驟一：獨立測量原始數據處理
4.2.2 步驟二：確定數據融閤方式
4.2.3 步驟三：用於DGPS測量數據與已融閤數據的數據融閤低通濾波器以及基於互相關方法的相關性結論
4.2.4 步驟四：信號混閤高通濾波器以及信號標準差計算

第5章 數據采集係統海上試驗
5.1 運動數據采集係統和導航數據融閤結果
5.2 ADCP原始測量數據與校正結果
5.2.1 沿聲束坐標係的ADCP數據校正
5.2.2 沿北一東一上坐標係、ADCP地球參考坐標係的ADCP數據校正
5.3 海上試驗總結

第6章 總結

附錄A 儀器輸齣信息格式
附錄B ADCP設置與采集

參考文獻

前言/序言

《深海之眼：水下探索與海洋感知新紀元》 本書並非一本單純的技術手冊，而是一次對人類探索海洋未知疆域的深度迴溯與前瞻性展望。它以恢弘的筆觸，描繪瞭人類自古以來對廣闊藍色星球的嚮往，以及由此驅動的科技進步，特彆是在水下導航和海洋遙感領域所取得的革命性突破。本書聚焦於那些默默潛行於深海的“眼睛”——各類運載器，它們承載著人類的探索精神，為我們揭示著海洋深處的奧秘，也為我們監測和理解地球的海洋係統提供著至關重要的信息。 第一部分：追溯與啓航——人類的海洋情結與水下探索的序麯 在浩瀚的海洋麵前，人類總是充滿瞭好奇與敬畏。本書的開篇，將帶領讀者穿越時空的河流，迴顧人類早期對海洋的認知和探索曆程。從古代航海傢們憑藉星辰和洋流的指引揚帆遠航，到近代潛水艇的誕生，開啓瞭對水下世界的初步窺探，再到如今各種先進的水下運載器——從簡單的潛水器到復雜的自主水下機器人（AUROVs）和無人潛航器（UUVs）——它們的身影活躍在海洋的各個角落，從淺海到萬米深淵，從極地冰蓋下的水域到熱帶的珊瑚礁。 我們將深入探討支撐這些水下探索活動的核心技術——水下導航。在沒有GPS信號的海洋深處，定位與導航的難度呈指數級增長。本書將詳細介紹那些曆經考驗、不斷演進的導航技術： 慣性導航係統 (INS)：通過測量載體的加速度和角速度來推算其位置、速度和姿態。雖然其誤差會隨時間纍積，但作為許多其他導航係統的基礎，它依然不可或缺。我們將分析不同類型的慣性傳感器（如陀螺儀、加速度計）的工作原理，以及如何通過高精度器件和先進的濾波算法來優化其性能。 聲學導航技術：利用聲波在水下的傳播特性進行定位。這包括： 超短基綫 (USBL)：通過測量基站和目標之間的聲信號往返時間和角度信息來實現定位，是船舶與水下設備之間常用的定位方式。 長基綫 (LBL)：在海底布設一係列聲學應答器，水下運載器通過測量與這些應答器之間的距離來實現高精度定位，尤其適用於大範圍或需要精確控製的區域。 地形匹配導航 (TIN)：利用聲納掃描海底地形，並將其與預存的海底地圖進行匹配，從而確定自身位置。這種技術在缺乏已知信標的區域尤為重要。 水下信標與定位係統：分析各種陸基或海基信標，以及它們如何為水下運載器提供參考信號。 復閤導航技術：強調不同導航技術融閤的重要性，例如將INS與聲學導航、多普勒計程儀（DVL）以及地形匹配等技術相結閤，以剋服單一技術的局限性，實現魯棒性強、精度高的水下定位。我們將探討卡爾曼濾波、粒子濾波等先進的數據融閤算法在其中扮演的關鍵角色。 第二部分：海洋的畫捲——遙感技術與水下視界的拓展 除瞭探索和定位，人類還需要“看見”和“感知”海洋。海洋遙感技術則賦予瞭我們這項能力，它使我們能夠從遠距離獲取關於海洋的信息，而無需直接接觸。本書將重點闡述水下運載器如何成為部署先進遙感設備的平颱，拓展我們對海洋的認知邊界。 聲學遙感： 多波束測深儀：用於繪製精細的海底地形地貌圖，揭示海山的形狀、海溝的深度以及海底沉積物的分布。 側掃聲納：能夠成像海底的錶麵紋理和物體，用於搜尋沉船、水下管綫以及識彆海底地質構造。 淺地層剖麵儀：用於探測海底淺層地質結構，瞭解沉積物的曆史和分布。 ADCP (聲學多普勒流速剖麵儀)：測量水體在不同深度的流速和流嚮，是研究海洋環流、能量傳輸和物質輸運的關鍵工具。 光學遙感： 高清攝像機與水下照明係統：用於記錄海洋生物、海底環境和水下結構物的視覺信息，是進行水下環境監測和科學調查的基礎。 激光掃描儀：能夠在水下提供高分辨率的三維點雲數據，用於精細建模和測量。 光譜成像儀：采集水體和海底地物的光譜信息，可用於識彆水體中的懸浮物、葉綠素濃度、海底地質類型以及探測特定物質。 電磁遙感：盡管水對電磁波的衰減很大，但某些特定的電磁波段（如極低頻）在特定應用中仍有潛力。本書將簡要探討其在水下通信和特定探測任務中的可能應用。 海洋環境參數傳感器：集成在運載器上的各類傳感器，如CTD（溫鹽深）、溶解氧傳感器、pH傳感器、濁度計等，它們實時測量關鍵的海洋環境參數，為理解海洋的物理、化學和生物過程提供數據支持。 第三部分：智能的脈搏——高頻虛擬組件與先進運載器設計 本書的核心理念之一，在於探討高頻虛擬組件在現代水下運載器設計中的作用。這並非指物理的硬件組件，而是指一套高度集成、模塊化、數據驅動的軟件和算法框架，它們能夠實時、高效地處理海量數據，實現運載器的智能化和自主化。 虛擬傳感器與數據融閤：通過數學模型和算法，從有限的實測數據中推斷齣更豐富的信息，例如，根據溫度、鹽度等數據推算海水密度，或者結閤姿態信息推算傳感器的有效探測範圍。 實時數據處理與分析：構建高性能的數據處理流水綫，能夠在運載器內部實時完成數據采集、預處理、特徵提取和初步分析，從而實現快速響應和智能決策。 任務規劃與自主執行：開發先進的自主導航與控製算法，使運載器能夠根據預設任務目標和實時環境感知，自主規劃航行路徑、執行觀測任務，甚至應對突發情況。 仿真與驗證平颱：建立高保真的仿真環境，利用虛擬組件模擬運載器的行為和傳感器數據，用於算法的設計、測試和優化，大大縮短瞭實際研發周期和成本。 遠程監控與人機交互：設計高效的通信協議和用戶界麵，使研究人員能夠從岸上遠程監控運載器的狀態、查看實時數據、下達指令，甚至與自主係統進行協同工作。 模塊化與可重構設計：強調虛擬組件的模塊化特性，使得運載器能夠根據不同的任務需求，靈活地集成不同的傳感器和功能模塊，實現“即插即用”的係統升級和任務定製。 第四部分：深海的迴響——應用領域與未來展望 本書的最後一章，將目光投嚮這些先進技術所支撐的廣闊應用領域，並展望水下導航和海洋遙感技術的未來發展方嚮。 海洋科學研究： 氣候變化監測：通過長期、大範圍的海洋觀測，揭示海洋溫度、鹽度、海平麵變化等關鍵參數，為理解和預測氣候變化提供數據支持。 生物多樣性調查：利用高清成像和聲學技術，繪製海洋生物棲息地圖，監測珍稀瀕危物種，研究海洋生態係統的健康狀況。 海底地質勘探：精確繪製海底地形，探測海底礦産資源，研究海底火山活動和地震風險。 深海環境研究：探索極端深海環境（如熱液噴口、冷泉），研究深海生命的適應機製，以及這些環境對全球海洋化學物質循環的影響。 資源開發與環境保護： 海底油氣勘探與開發：為油氣平颱的選址、鋪設和日常維護提供高精度導航和監測服務。 海底電纜與管道鋪設：精確規劃鋪設路徑，監測鋪設過程，並對海底基礎設施進行定期的安全檢查。 海洋汙染監測與治理：追蹤溢油、監測化學汙染物擴散，評估海洋垃圾的分布，為環境修復提供依據。 海洋漁業資源管理：通過聲學技術估算魚群數量，監測非法捕撈活動，為可持續漁業提供信息。 國傢安全與戰略應用： 海底測繪與導航：為軍事行動提供精確的海底地形信息和導航支持。 水下目標搜索與識彆：用於搜尋失事飛機、船隻或水下設備。 海洋態勢感知：監測特定海域的活動，為國傢安全提供預警。 未來展望： 更加自主化與智能化：人工智能和機器學習將進一步賦能水下運載器，使其具備更強的自主決策、協同作業和自適應能力。 超高精度定位與感知：突破當前導航技術的精度限製，實現厘米級甚至毫米級的定位，以及更細緻、更全麵的海洋環境感知。 遠距離、大範圍觀測：發展更先進的動力係統和通信技術，實現運載器在更廣闊海域、更長時間的自主工作。 多模式、多尺度融閤感知：整閤聲學、光學、電磁以及其他新興傳感技術，實現對海洋環境的多角度、多尺度的協同觀測。 深海極端環境適應性：設計能夠耐受更高壓力、更低溫度、更強腐蝕性的材料與技術，使探索的邊界進一步嚮深海延伸。 《深海之眼》不僅僅是一本關於技術的書，它更是關於人類永不止步的探索精神，關於我們如何運用智慧和科技去理解、去保護我們賴以生存的藍色星球。它是一份獻給所有對海洋充滿熱情、對未來充滿憧憬的讀者的指南，引領我們共同開啓一個更加深邃、更加清晰的海洋認知新紀元。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名讓我立刻聯想到那些在深海默默工作的“眼睛”和“大腦”。“高頻虛擬組件”這個提法，在我看來，可能是一種將復雜的係統功能抽象化、模塊化處理的技術理念，這或許意味著一種更加敏捷、可重構的係統設計思路。它是否能夠讓水下運載器在麵對未知的環境或突發的狀況時，能夠快速地調整其導航策略，或者在遙感數據采集模式上做齣即時優化？對於導航部分，我好奇書中是否會深入探討如何融閤多種傳感器信息，以實現魯棒且精確的定位，尤其是在GPS信號無法到達的水下環境中，這種“虛擬組件”扮演著怎樣的關鍵角色？例如，它們如何協同工作來構建水下環境地圖，或者如何進行動態避障？而對於海洋遙感，我熱切期望書中能夠揭示如何利用水下運載器的精確定位能力，去實現更廣闊、更精細的海洋觀測。比如，如何通過精確控製運載器的路徑，來獲取連續、高質量的海洋剖麵數據，或者如何利用其機動性，去采集特定區域的高分辨率海底圖像。我希望書中能提供一些在實際應用中遇到的挑戰以及相應的解決方案，這對於理解這項技術的落地性至關重要。

評分☆☆☆☆☆

一本關於水下運載器導航與海洋遙感的書籍，聽起來就充滿瞭探索未知的魅力。我對於“高頻虛擬組件”這一說法感到尤為好奇，它是否是一種新型的分布式計算架構，或者是某種先進的軟件定義硬件的實現方式？如果能夠實現“高頻”和“虛擬”，那是不是意味著水下運載器的智能化水平和適應性將得到質的飛躍，可以應對更加復雜和動態的水下環境？對於導航部分，我非常期待書中能詳細介紹如何實現高精度的水下定位，特彆是在缺乏GPS信號的情況下，是如何通過融閤多種傳感器的信息，例如慣性導航、多普勒計程儀、聲學定位係統等，來構建魯棒的導航係統。而“海洋遙感”部分，我希望看到書中能夠深入探討，如何將水下運載器精確的導航能力，與各種先進的遙感技術（如高分辨率側掃聲呐、多波束測深儀、激光雷達、水下相機等）相結閤，從而實現對海底地貌、水下目標、海洋生物、以及海洋環境要素（如水溫、鹽度、溶解氧等）的高精度、大範圍的探測和監測。這本書如果能解釋清楚“虛擬組件”在整個流程中的核心作用，以及如何通過它們來優化導航和遙感任務的執行效率，那對我來說將是一次非常有價值的閱讀體驗。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對海洋科學充滿熱情但並非專業背景的讀者，我常常在想，那些深海探測器是如何在人類難以企及的環境中生存並工作的。這本書的標題《基於高頻虛擬組件的運載器水下導航及海洋遙感技術》觸及瞭我一直以來感興趣的幾個核心問題。我特彆想知道，“高頻虛擬組件”究竟是什麼，它和傳統的硬件傳感器、控製係統有什麼本質區彆？它是否能夠像軟件一樣被快速更新、配置，從而讓水下運載器能夠根據不同的任務需求，靈活調整其導航和遙感能力？我對書中關於“運載器水下導航”的部分抱有極高的期待，希望能瞭解到最新的導航算法、定位技術（如視覺裏程計、慣性導航係統與聲學定位的融閤等），以及如何剋服水下復雜環境對信號傳輸和傳感器的乾擾。而“海洋遙感技術”部分，我希望能夠看到一些關於聲學遙感、光學遙感、甚至電磁遙感在水下應用的前沿進展，以及它們如何與運載器的精確導航緊密結閤，從而實現對海洋生物、地質構造、水體性質等進行高分辨率的探測和監測。這本書如果能用相對易懂的語言解釋這些復雜的概念，並配以清晰的圖示，那我將會非常受益。

評分☆☆☆☆☆

當我看到《基於高頻虛擬組件的運載器水下導航及海洋遙感技術》這個書名時，我的第一反應是它所蘊含的科技前沿性。尤其“高頻虛擬組件”這一概念，我猜測它可能是一種創新的係統架構，能夠極大地提升水下運載器在數據處理和功能實現上的靈活性和效率。這是否意味著，我們可以像組裝樂高一樣，根據任務需求，快速地“搭建”齣滿足特定導航或遙感功能的“虛擬模塊”，從而省去繁瑣的硬件開發周期？我對書中關於水下導航的論述非常感興趣，想知道它如何解決瞭在復雜多變的水下環境中，如何保持厘米級甚至毫米級的定位精度，以及如何實現對水下目標物的精確跟蹤。它是否會介紹一些前沿的SLAM（同步定位與地圖構建）技術，並結閤“高頻虛擬組件”的優勢來剋服傳統方法的局限性？另一方麵，在海洋遙感部分，我希望看到書中能夠詳細闡述如何利用高精度導航信息，去支撐各種海洋環境參數的探測。比如，如何通過精確的路徑規劃，實現對海底地形、水下植被、甚至海洋汙染物的細緻描繪，或者如何結閤聲學、光學等傳感器，獲取更豐富的海洋生態信息。如果書中能提供一些實際案例，展示這些技術如何在科研、軍事或商業領域發揮作用，那將更加令人興奮。

評分☆☆☆☆☆

一本關於水下運載器導航和海洋遙感技術的書，聽起來就充滿瞭神秘和科技感。我一直對海洋深處的探索非常著迷，想象著那些在黑暗中穿梭的潛艇、AUV（自主水下航行器）等等，它們如何精準地知道自己的位置，如何捕捉到那些珍貴的海洋信息。尤其是“高頻虛擬組件”這個概念，讓我很好奇，這是否意味著一種更靈活、更高效的硬件或軟件實現方式，能夠讓這些復雜的係統更加智能化和適應性強？我想，這本書應該會深入探討這些虛擬組件在實現精確導航中的作用，比如它們如何處理傳感器數據，如何進行姿態估計，以及如何與外部係統進行交互。同時，對於海洋遙感部分，我期待能看到書中是如何將水下運載器的導航能力與各種遙感技術相結閤的，比如聲呐、激光雷達、光學成像等，這些技術是如何被整閤到運載器上，以獲取高質量的海洋環境數據，例如海底地形、水文參數、生物分布等等。我很好奇書中會不會涉及一些具體的案例研究，展示這些技術在實際海洋科考、資源勘探或環境監測中的應用，那樣的話，這本書的實踐意義就會非常突齣。