本書提出了一種水下利用重力梯度測量探測不同障礙物的新方法，其特點是利用重力梯度儀對近處質量異常（或密度異常）敏感的特性，可以有效地發(fā)現(xiàn)潛器周圍的障礙物為其避碰提供依據，從而保障潛器的水下航行安全。同時結合當前海洋物理場匹配輔助導航的熱點問題，分析了重力梯度儀外部補償慣性導航系統(tǒng)的效果，從理論上證明了其有效性，為提高慣性導航系統(tǒng)的精度提供了參考。本書的研究拓展了重力梯度儀的應用領域。
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目錄
前言
第1章 水下探測和導航的應用需求與研究現(xiàn)狀1
1.1研究背景1
1.2重力梯度在水下導航中的應用研究現(xiàn)狀4
1.2.1國外研究現(xiàn)狀4
1.2.2國內研究現(xiàn)狀6
1.3重力梯度在水下探測中應用研究現(xiàn)狀7
第2章 重力梯度的基礎知識10
2.1引言10
2.2重力梯度的地球物理機制分析10
2.3規(guī)則形體的垂直梯度分析12
2.3.1均質半球體的引力梯度12
2.3.2質點的空間梯度分布15
2.3.3長方體質體重力梯度分布16
2.4本章小結18
第3章 重力梯度儀的結構與測量原理19
3.1引言19
3.2重力梯度儀的發(fā)展歷程19
3.3旋轉加速度計重力梯度儀24
3.3.1旋轉加速度計重力梯度儀的測量原理24
3.3.2旋轉重力梯度儀的誤差分析25
3.4超導重力梯度儀27
3.4.1超導加速度計測量原理27
3.4.2線型結構的超導重力梯度儀及其電路圖29
3.4.3交叉型超導重力梯度儀31
3.5原子干涉重力梯度儀33
3.5.1原子干涉測量技術發(fā)展概況33
3.5.2原子干涉儀及其測量原理34
3.5.3原子干涉重力梯度儀36
3.6本章小結38
第4章 重力梯度反演39
4.1引言39
4.2南重力異常計算重力梯度39
4.2.1平面積分40
4.2.2球面積分42
4.2.3梯形積分43
4.3重力異常垂直梯度中央區(qū)效應的精密計算45
4.3.1重力異常垂直梯度計算公式及其平面近似形式45
4.3.2中央區(qū)效應的精密計算47
4.3.3算例分析51
4.4由垂線偏差計算重力梯度55
4.5由海底地形數(shù)據計算重力梯度56
4.5.1基本原理56
4.5.2區(qū)域數(shù)據試算59
4.6南地球重力場模型計算重力梯度62
4.6.1基于EGM96的分析62
4.6.2基于EGM2008的分析68
4.7重力梯度改正69
4.8本章小結72
第5章 重力梯度儀外部補償慣性導航系統(tǒng)73
5.1引言73
5.2慣性導航系統(tǒng)73
5.3地球重力場對慣性導航系統(tǒng)的影響75
5.3.1重力差異對定位的誤差分析75
5.3.2正常重力對慣性導航系統(tǒng)的影響76
5.3.3擾動重力對慣性導航系統(tǒng)的影響79
5.4重力梯度儀外部補償慣性導航系統(tǒng)79
5.4.1重力梯度儀外部補償基本原理80
5.4.2重力梯度儀外部補償數(shù)學模型80
5.4.3仿真分析83
5.5本章小結88
第6章 基于重力梯度測量的水下目標探測90
6.1引言90
6.2基于重力梯度探測的基本原理91
6.3水下對水面的探測91
6.3.1分布在艦艇外殼卜的質量產生的重力梯度92
6.3.2艦艇下半部分海水質量虧損產生的重力梯度97
6.3.3艦艇產生的總的重力垂直梯度100
6.4水下對水下的探測104
6.4.1模型建立104
6.4.2分布在潛艇外殼上的質量產生的重力梯度105
6.4.3潛艇內部海水質量虧損產牛的重力梯度109
6.4.4潛艇產生的總的重力垂直梯度111
6.5對水下同定障礙物的探測113
6.5.1探測計算過程113
6.5.2計算結果的可視化分析115
6.6探測中的定位、定向117
6.7本章小結120
第7章 水下探測與導航技術展望121
參考文獻125
附錄主要符號說明132
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