本书面向深远海航海导航保障的需求，以航海导航所涉及的不同导航信息的获取及信息的行业综合应用为主线，较全面地介绍了航海导航的概念和发展、航海导航的基础知识及航海导航方法；在按照技术属性的分类分别介绍了惯性导航、无线电导航、天文导航、物理场导航、测速和测深导航、水声导航、气象导航、综合导航等不同类型导航技术的原理、特性和装备的基础上，以工程应用的视角，分别按定位、定向、基准建立与传递、测速、获取时间、感知环境、航海作业等航海需求为切入点设定章节进行阐述，并在最后以舰船综合导航系统的实际工程应用进行总结和呈现，有利于读者理解航海综合导航技术与应用的全貌。

本书注重理论与工程实践相结合，可供航海导航技术领域的科研和管理人员、从事航海综合导航技术应用研究的工程技术人员以及高校相关专业的研究生、大学生参考。

目录

第 1 章 绪论

1.1 航海学，从艺术到科学

1.2 约定俗成的概念

1.2.1 地球

1.2.2 时间

1.2.3 子午线

1.2.4 经纬度

1.2.5 方向

1.2.6 大地坐标系

1.3 导航有关的组织

1.3.1 国际海道测量组织

1.3.2 国际海事组织

1.3.3 国际航标协会

1.3.4 海事无线电技术委员会

1.3.5 国家海事电子协会

1.3.6 国际电工委员会

1.4 导航发展的阶段

1.4.1 原始导航阶段

1.4.2 机电导航阶段

1.4.3 无线电导航阶段

1.4.4 综合导航阶段

1.5 舰船导航的分类

1.5.1 惯性导航

1.5.2 无线电导航

1.5.3 天文导航

1.5.4 物理场导航

1.5.5 测速和测深导航

1.5.6 水声导航

1.5.7 气象导航

1.5.8 综合导航

第 2 章 定位

2.1 概述

2.2 坐标系定义

2.2.1 导航定位常用坐标系

2.2.2 极区导航坐标系和其他坐标系

2.2.3 常用地固坐标系

2.3 定位方法分类

2.3.1 航位推算定位法

2.3.2 测量方向与距离的定位方法

2.3.3 特征匹配定位方法

2.4 导航定位技术

2.4.1 传统推算导航定位技术

2.4.2 惯性导航定位技术

2.4.3 卫星导航定位技术

2.4.4 无线电导航定位技术

2.4.5 水声导航定位技术

2.4.6 导航雷达相对导航定位技术

2.4.7 多物理场匹配导航定位技术

2.4.8 天文导航定位技术

2.4.9 视觉导航定位技术

2.4.10 仿生导航定位技术

2.5 组合定位技术

2.5.1 组合定位系统组成

2.5.2 组合定位原则

2.5.3 基于推算的组合定位

2.5.4 基于惯性的组合定位

2.5.5 两种常见组合导航方法

2.6 基于最优估计的组合定位

2.6.1 常用最优估计方法介绍

2.6.2 几种最优估计原则

2.6.3 基于卡尔曼滤波最优估计的组合定位

第 3 章 定向

3.1 定向方法概述

3.2 定向技术

3.2.1 陆标航向测定（罗经差修正）

3.2.2 地磁导航定向

3.2.3 天文导航定向

3.2.4 惯性导航定向

3.2.5 无线电定向

3.2.6 卫星导航定向

3.2.7 水声导航定向

第 4 章 基准建立与传递

4.1 概述

4.2 空间基准

4.3 初始对准

4.4 传递对准的概念

4.5 传递对准的方法

4.5.1 姿态 / 速度 / 位置匹配

4.5.2 角速度匹配和加速度匹配

4.6 影响传递对准的因素

4.6.1 传输时延的影响

4.6.2 杆臂效应的影响

4.6.3 载体挠曲变形的影响

第 5 章 测速

5.1 概述

5.1.1 对地速度和对水速度

5.1.2 东向速度、北向速度、垂向速度和纵向速度、横向速度

5.1.3 瞬时速度和平均速度

5.2 测速手段

5.2.1 对地速度测量手段

5.2.2 对水速度测量手段

5.3 测速信息处理

5.3.1 判断当前机动状态

5.3.2 计程仪差值判断

5.3.3 常值偏差性能评定

5.3.4 平稳性能评定

5.4 测速信息的作用

5.4.1 对地速度的作用

5.4.2 对水速度的作用

5.5 测速信息的杆臂补偿

第 6 章 获取时间

6.1 概述

6.1.1 时间基准

6.1.2 授时与守时

6.2 授时手段

6.2.1 平台授时基准

6.2.2 平台授时服务

6.3 守时手段

6.4 时间信息的作用

6.5 时间信息的保障

第 7 章 感知环境

7.1 影响航行的环境因素

7.1.1 海洋气象环境对舰船航行的影响

7.1.2 海洋水文环境对舰船航行的影响

7.1.3 海洋地理环境对舰船航行的影响

7.1.4 船舶气象导航

7.2 气象水文信息的探测和预报

7.2.1 气象水文环境要素测量

7.2.2 气象水文环境预报

7.2.3 历史、实测及预报数据的应用

7.3 海底环境的探测和查询

7.3.1 海底地形测量

7.3.2 海底地貌图像测量

7.3.3 海洋重力场探测

7.3.4 海洋磁场探测

7.4 碍航物的探测

7.4.1 船用导航雷达

7.4.2 船舶自动识别系统

第 8 章 航海作业

8.1 航海基础

8.1.1 海图

8.1.2 其他航海图书资料

8.2 典型场景下的航海工作

8.2.1 航海计划的制订与执行

8.2.2 航渡时的航海工作

8.2.3 舰载机起降时的航海工作

8.2.4 抛锚时的航海工作

8.2.5 靠泊时的航海工作

8.2.6 系离水鼓时的航海工作

8.2.7 横向补给时的航海工作

8.2.8 战斗航海作业

8.3 舰艇航海作业装备简介

8.3.1 舰艇航海作业装备的主要功能

8.3.2 航海作业装备发展趋势

第 9 章 舰船综合导航系统

9.1 体系架构

9.1.1 硬件配置组成及信息架构

9.1.2 软件配置组成及信息架构

9.1.3 接口信息分类

9.1.4 信息冗余配置

9.2 导航信息综合处理

9.2.1 基本要求

9.2.2 融合处理策略

9.2.3 硬件需求

9.3 信号的转换传输

9.3.1 信息需求

9.3.2 转换传输

9.4 系统的人机交互

9.4.1 概述

9.4.2 以海图作业为核心的人机交互

9.4.3 以系统状态管理为核心的人机交互

9.5 故障检测、告警及维护

9.5.1 测试性设计与故障检测

9.5.2 故障告警管理

9.5.3 维修保障及健康管理

9.6 性能评估

9.6.1 综合效能评估

9.6.2 导航精度评定方法

附录

附录 1 标准定义信息源标识符

附录 2 标准定义语句标识符

附录 3 NMEA 2000 协议导航相关消息参数群定义表

术语表

参考文献

前言

导航是按照规定的航线，在规定的时间内，把航行体安全、经济、高效地从起始点引导到目的地的过程、方法和技术的总称。航海导航主要面向水面及水下运载器，是一门既古老又现代的技术。随着海洋科考、海洋资源开发、海上交通运输等经济活动和军事需求的不断发展，保障运载器安全、经济、高效地走向全球、走入深海、穿越极地成为航海导航必须具备的能力。同时对于军事航海，导航也是舰艇平台上时空基准建立、保持与传递的重要手段，是实现舰艇精确操纵、武器精确打击、雷达精确探测、载机安全起降的重要保障，尤其是跨域、长时间、精确、有效运行对于确保舰艇在任何条件下高效完成军事任务具有极其重要的意义。

地球上海洋面积广阔，因此航海活动一般时间比较长，且海上可利用资源少、环境复杂，航海导航尤其是水下导航的实施也相对困难，单一的导航手段往往不能满足应用需求，因此，现代航海导航从单一导航传感器发展到多传感器组合，信息处理的方法也向多传感器信息融合方向发展。综合导航技术就是指使用两种或两种以上的不同导航系统 / 设备对载体的导航信息进行测量，利用不同导航设备性能上的互补特性，从测量值中比对各系统 / 设备的误差进行综合校正，进而提高整个载体导航系统的性能。航海综合导航系统技术研究的重点和关键就是通过研究如何将不同的定位、导航、时间测量系统 / 设备及信息有机地综合起来，以尽可能多地利用各种有用的测量信息，进行信息融合、互补、修正和动态补偿，从而获得一种高精度、同时可靠性和鲁棒性又好的综合定位导航授时（Positioning Navigation Timing，PNT）信息的导航系统。与此同时，如何在长时间、复杂航行环境下有效降低航海人员的工作强度，提高航海的安全性、经济性，也需要在人机交互、智能辅助等方面开展技术研究，为航海人员在航行规划、航行态势监控、避碰、靠离泊等作业中提供自动、高效的辅助作业手段和可靠、可信的智能辅助决策信息。

本书编著者长期从事综合导航、惯性导航、卫星无线电导航、水声测速等技术研究和工程应用，完成了多项国家及省部级科研项目及国家重点工程项目。本书根据航海导航的应用需求，结合现代导航技术的发展，从位置、方向、速度、时间、环境等信息感知及获取的原理和方法入手，阐述了不同导航手段的特色优点和固有不足以及环境因素对航海导航的影响；还从舰船导航主装备惯性导航的角度介绍了基准的建立和传递方法，提出了若干信息综合的理论和方法以及航海作业的相关概念和方法；以舰船综合导航系统为例，从工程应用角度阐述了系统的任务和功能性能要求、系统的体系架构与信息组织，系统的评估方法等内容。本书是航海综合导航的基础性和技术性专业著作，可作为从事航海导航的科研人员及行业管理人员的工程技术参考书，以及本科生和研究生的教学参考书。

本书由赵子阳研究员设计大纲和统稿，第 1 章由刘伟牵头撰写，第 2 章由刘猛牵头撰写，第 3、4 章由曾锋牵头撰写，第 5、6 章由邵春水牵头撰写，第 7 章由陈伟、林春霏牵头撰写，第 8 章由苏树恒牵头撰写，第 9 章由马跃贤牵头撰写。在本书编写过程中，得到了天津航海仪器研究所广大工程技术人员的支持与协助，同时本书借鉴参考了国内外相关学者的研究成果，在此也一并向相关专家、学者致以衷心感谢！

综合导航技术内容广泛，涉及诸多学科领域，由于编著者水平有限，不妥和错误之处在所难免，敬请广大读者、同行和专家批评指正。

编著者

2025 年 8 月