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內容簡介

　　《現代導航的演進：量子技術的興起/高新科技譯叢》旨在通俗易懂地闡述一些基本原理，深入說明衛星導航係統的設計，同時在正文中通過介紹性章節簡介導航方法的早期發展。《現代導航的演進：量子技術的興起/高新科技譯叢》不是在講導航的曆史，隻是嘗試用史學觀點介紹導航。
　　《現代導航的演進：量子技術的興起/高新科技譯叢》主要麵嚮大專水平、具備物理和工程方麵基礎的求知非專業人員。它以直觀的方式，廣泛介紹瞭地麵和空間導航演變的相關主題，且較少使用數學公式。前兩章介紹自然界中的導航和古代水手的導航，包括腓尼基人、維京人、太平洋島上居民所用的導航。第3、4章介紹恒星導航、星座及星坐標等要素。第5～7章介紹精密機械計時器，海洋中經度的測定和精密可控石英時鍾最近的發展。第8章總結介紹瞭量子概念，作為討論微波和光與原子之間相互作用的準備知識。有關原子鍾的介紹相當詳細，包括氫微波激射器、銫束、銣電池，以及新發展的銫噴泉和單離子頻率標準。隨後介紹陀螺羅盤的章節引齣瞭對薩格納剋激光陀螺的討論。從第13章開始介紹有關基於時間的導航：先是基於地麵網絡的“羅蘭C”和“奧米茄”，隨後是基於衛星的係統，包括軌道理論、早期的衛星導航係統SECOR、TRANSIT等；最後推齣瞭全球導航衛星係統——全球定位係統（GPS），該係統是本時代重大技術成就之一。對GPS分三大部分進行介紹：空間、控製和用戶部分。研究人員試圖通過實現超常的協調性和精度，使整個係統正常運作。GPS尤其是差分GPS的應用廣泛，除瞭常見的空中導航、海洋導航和導彈製導，GPS還應用於大地測量、重大工程建設、礦業項目、農業、生態、緊急定位，更不用說高速公路導航。第17章是太空導航的相關內容。第18章討論瞭導航的未來，屆時原子乾涉儀可作為陀螺羅盤使用，銫噴泉作為原子時間標準，子計算機用來更新衛星星曆。

內頁插圖

目錄

第1章 自然界中的導航
1．1 動物導航
1．2 通過太陽確定方嚮
1．3 通過星星確定方嚮
1．4 磁場定嚮
1．5 風和氣流
1．6 電場定嚮
1．7 信鴿
1．8 帝王蝶
1．9 長距離遷徙的鳥類
1．10 太平洋鮭魚
1．11 人類的導航
參考文獻

第2章 早期的導航
2．1 沙漠遊牧民族
2．2 太平洋中的航海傢
2．3 星象羅盤
2．4 腓尼基人
2．5 維京人
2．6 古代的儀器
2．6．1 日晷和夜行儀
2．6．2 磁羅盤
2．6．3 沙漏
2．6．4 拖闆計程儀和拖曳式計程儀
2．6．5 戴維斯象限儀
2．6．6 星盤
參考文獻

第3章 天文學的曆史背景
3．1 古代天文學
3．2 伊斯蘭天文學
3．3 歐洲天文學傢
3．4 艾薩剋·牛頓
參考文獻

第4章 現代天文學的要素
4．1 行星地球
4．2 月球和行星
4．3 內行星
4．4 外行星
4．5 恒星
4．6 星座
參考文獻

第5章 海洋導航
5．1 地理坐標
5．2 天文坐標係
5．3 時間係統
5．4 導航三角形
5．5 截距法
5．6 導航三角形的錶格解
5．7 月球距離法
5．8 六分儀
5．9 磁羅盤
參考文獻

第6章 經度問題
6．1 早期時鍾
6．2 機械鍾
6．3 彈簧平衡輪鍾
6．4 現代精密計時錶
參考文獻

第7章 石英革命
7．1 曆史背景
7．2 石英晶體
7．3 X射綫晶體學
7．4 人造石英晶體
7．5 石英諧振器
7．6 石英諧振器作為電路元件
7．7 振蕩器穩定性
參考文獻

第8章 經典原子鍾
8．1 量子力學術語
8．2 薛定諤方程
8．3 原子結構
8．4 原子光譜
8．5 超精細相互作用
8．6 銣標準
8．7 銫標準
參考文獻

第9章 原子和分子振蕩器
9．1 氨微波激射器
9．2 銣微波激射器
9．3 氫微波激射器
9．4 相關電子
9．5 氫微波激射器的性能
參考文獻

第10章 離子場約束
10．1 引言
10．2 潘寜阱
10．3 保羅阱
10．4 囚禁離子頻譜學
10．5 近期進展：囚禁單個離子
參考文獻

第11章 光頻振蕩器：激光
11．1 簡介
11．2 光腔
11．3 光放大
11．4 激光輸齣功率
11．5 激光輸齣波譜
11．6 氣體激光係統
11．6．1 氦一氖激光器
11．6．2 氬離子激光器
11．7 半導體激光器
11．8 晶體固體激光器
11．8．1 紅寶石激光器
11．8．2 Nd3+YAG激光器
11．8．3 Ti3+：藍寶石激光器
11．9 激光冷卻原子
參考文獻

第12章 機械陀螺羅盤
12．1 陀螺運動
12．2 在鏇轉的地球上運動
12．3 陀螺羅盤的控製
12．4 陀螺振蕩的阻尼
12．5 陀螺儀的主要誤差
12．5．1 穩定誤差
12．5．2 陀螺儀主體運動誤差
12．6 斯伯利·馬剋37型陀螺羅盤
12．7 環形激光陀螺儀
12．8 光縴陀螺
12．9MEMS振動陀螺儀
參考文獻

第13章 無綫電導航
13．1 概述
13．2 無綫電測嚮
13．3 伏爾航空導航
13．4 雷達
13．5 羅蘭-C
13．6 羅蘭-C海圖
13．7 誤差源
13．8 羅蘭-C接收機
13．9 民用接收機
13．10 奧米伽係統
參考文獻

第14章 衛星導航：空間部分
14．1 曆史背景
14．2 GPS：係統設計
14．3 GPS衛星軌道
14．4 軌道攝動
14．5 星載係統
14．6 GPS衛星信號
14．7 最新發展：GPSIⅡ
參考文獻

第15章 衛星導航：控製部分
15．1 引言
15．2 監測站的地理位置
15．3 衛星星曆的確定
15．4 GPS時間協調
15．5 信號傳播速度
參考文獻

第16章 衛星導航：用戶部分
16．1 引言
16．2 GPS接收機
16．3 差分GPS
16．4 GPS-INS組閤
16．5 GPS的應用
16．5．1 測繪和製圖
16．5．2 衛星授時
16．5．3 航空和航海導航
16．5．4 鐵路
16．5．5 農業
16．5．6 地麵交通
16．5 ．7安全和救災
16．5．8 體閑娛樂
16．5．9 環境
16．5．10 空間應用
參考文獻

第17章 太空導航
17．1 簡介
17．2 阿波羅計劃
17．3 阿波羅計劃的設計
17．4 遙遠行星的導航：水手號使命
參考文獻

第18章 導航的未來
18．1 引言
18．2 物質波：德布羅意理論24l
18．3 原子乾涉：衍射光柵
18．4卡皮查一狄拉剋效應
18．5 原子乾涉儀
18．6 原子陀螺儀
18．7 銫噴泉頻率標準
18．8 量子計算機
參考文獻

後記

前言/序言

　　近年來，全球導航和大地測量等領域在精度和實時性方麵均取得瞭革命性的進展。20世紀中葉，“太空徵服”的迅速開展和超穩定原子鍾的發展，推動瞭具有高精度並且可連續全球覆蓋衛星導航係統的實現。在美國，GPS係統（全球定位係統）最初起源並服務於軍事需要，但後來擴展到普通大眾。毋庸置疑，高分辨率GPS係統主要還是為未來軍事之用。其他衛星係統包括歐洲的“伽利略”定位係統、俄羅斯的“格洛納斯”衛星導航係統和中國的“北鬥”。
　　航天器原子鍾在這些係統中起著關鍵性作用，它可以通過地麵輔助，保持連續的亞微秒級的同步衛星網絡。GPS已經發展成為一種成熟可靠、全球通用的係統，隻需相對便宜的手持接收機便可應用。與掌上無綫通信設備一樣，GPS已滲入到我們的文化之中。技術同化腳步的加快不可避免地拉開瞭公眾的技術理解水平與新技術復雜程度之間的差距。微電子技術的發展和計算機的復雜化降低瞭操作設備時對專業知識的要求，隻需知道按鈕的功能即可。
　　本書旨在通俗易懂地闡述一些基本原理，深入說明衛星導航係統的設計，同時在正文中通過介紹性章節簡介導航方法的早期發展。本書不是在講導航的曆史，隻是嘗試用史學觀點介紹導航。
　　本書主要麵嚮大專水平、具備物理和工程方麵基礎的求知非專業人員。它以直觀的方式，廣泛介紹瞭地麵和空間導航演變的相關主題，且較少使用數學公式。前兩章介紹自然界中的導航和古代水手的導航，包括腓尼基人、維京人、太平洋島上居民所用的導航。第3、4章介紹恒星導航、星座及星坐標等要素。第5～7章介紹精密機械計時器，海洋中經度的測定和精密可控石英時鍾最近的發展。第8章總結介紹瞭量子概念，作為討論微波和光與原子之間相互作用的準備知識。有關原子鍾的介紹相當詳細，包括氫微波激射器、銫束、銣電池，以及最新發展的銫噴泉和單離子頻率標準。隨後介紹陀螺羅盤的章節引齣瞭對薩格納剋激光陀螺的討論。從第13章開始介紹有關基於時間的導航：先是基於地麵網絡的“羅蘭C”和“奧米茄”，隨後是基於衛星的係統，包括軌道理論、早期的衛星導航係統SECOR、TRANSIT等；最後推齣瞭全球導航衛星係統——全球定位係統（GPS），該係統是本時代重大技術成就之一。對GPS分三大部分進行介紹：空間、控製和用戶部分。研究人員試圖通過實現超常的協調性和精度，使整個係統正常運作。GPS尤其是差分GPS的應用廣泛，除瞭常見的空中導航、海洋導航和導彈製導，GPS還應用於大地測量、重大工程建設、礦業項目、農業、生態、緊急定位，更不用說高速公路導航。第17章是太空導航的相關內容。第18章討論瞭導航的未來，屆時原子乾涉儀可作為陀螺羅盤使用，銫噴泉作為原子時間標準，最子計算機用來更新衛星星曆。
　　在此，對為本書的順利完成做齣各種貢獻的人們深錶感謝。
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