重力梯度水下探测与导航

本书提出一种水下利用重力梯度测量探测不同障碍物的新方法，其特点是利用重力梯度仪对近处质量异常(或密度异常)敏感的特性，发现潜器周围的障碍物，为其避碰提拱依据，从而保障潜器的水下航行安全。同时结合当前海洋物理场匹配辅助导航的热点问题，分析重力梯度仪外部补偿惯性导航系统的效果，为提高惯性导航系统的精度提供参考。本书的研究拓展了重力梯度仪的应用领域。

目录
前言
第1章 水下探测和导航的应用需求与研究现状 1
1.1 研究背景 1
1.2 重力梯度在水下导航中的应用研究现状 4
1.2.1 国外研究现状 4
1.2.2 国内研究现状 6
1.3 重力梯度在水下探测中应用研究现状 7
第2章 重力梯度的基础知识 10
2.1 引言 10
2.2 重力梯度的地球物理机制分析 10
2.3 规则形体的垂直梯度分析 12
2.3.1 均质半球体的引力梯度 12
2.3.2 质点的空间梯度分布 15
2.3.3 长方体质体重力梯度分布 16
2.4 本章小结 18
第3章 重力梯度仪的结构与测量原理 19
3.1 引言 19
3.2 重力梯度仪的发展历程 19
3.3 旋转加速度计重力梯度仪 24
3.3.1 旋转加速度计重力梯度仪的测量原理 24
3.3.2 旋转重力梯度仪的误差分析 25
3.4 超导重力梯度仪 27
3.4.1 超导加速度计测量原理 27
3.4.2 线型结构的超导重力梯度仪及其电路图 29
3.4.3 交叉型超导重力梯度仪 31
3.5 原子干涉重力梯度仪 33
3.5.1 原子干涉测量技术发展概况 33
3.5.2 原子干涉仪及其测量原理 34
3.5.3 原子干涉重力梯度仪 36
3.6 本章小结 38
第4章 重力梯度反演 39
4.1 引言 39
4.2 南重力异常计算重力梯度 39
4.2.1 平面积分 40
4.2.2 球面积分 42
4.2.3 梯形积分 43
4.3 重力异常垂直梯度中央区效应的精密计算 45
4.3.1 重力异常垂直梯度计算公式及其平面近似形式 45
4.3.2 中央区效应的精密计算 47
4.3.3 算例分析 51
4.4 由垂线偏差计算重力梯度 55
4.5 由海底地形数据计算重力梯度 56
4.5.1 基本原理 56
4.5.2 区域数据试算 59
4.6 南地球重力场模型计算重力梯度 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 本章小结 72
第5章 重力梯度仪外部补偿惯性导航系统 73
5.1 引言 73
5.2 惯性导航系统 73
5.3 地球重力场对惯性导航系统的影响 75
5.3.1 重力差异对定位的误差分析 75
5.3.2 正常重力对惯性导航系统的影响 76
5.3.3 扰动重力对惯性导航系统的影响 79
5.4 重力梯度仪外部补偿惯性导航系统 79
5.4.1 重力梯度仪外部补偿基本原理 80
5.4.2 重力梯度仪外部补偿数学模型 80
5.4.3 仿真分析 83
5.5 本章小结 88
第6章 基于重力梯度测量的水下目标探测 90
6.1 引言 90
6.2 基于重力梯度探测的基本原理 91
6.3 水下对水面的探测 91
6.3.1 分布在舰艇外壳卜的质量产生的重力梯度 92
6.3.2 舰艇下半部分海水质量亏损产生的重力梯度 97
6.3.3 舰艇产生的总的重力垂直梯度 100
6.4 水下对水下的探测 104
6.4.1 模型建立 104
6.4.2 分布在潜艇外壳上的质量产生的重力梯度 105
6.4.3 潜艇内部海水质量亏损产牛的重力梯度 109
6.4.4 潜艇产生的总的重力垂直梯度 111
6.5 对水下同定障碍物的探测 113
6.5.1 探测计算过程 113
6.5.2 计算结果的可视化分析 115
6.6 探测中的定位、定向 117
6.7 本章小结 120
第7章 水下探测与导航技术展望 121
参考文献 125
附录主要符号说明 132
彩图