孫大軍 鄭翠娥 張居成 韓云峰 崔宏宇

1 哈爾濱工程大學(xué) 水聲技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 哈爾濱 150001

2 中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部 海洋信息獲取與安全工信部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（哈爾濱工程大學(xué)）哈爾濱 150001

3 哈爾濱工程大學(xué) 水聲工程學(xué)院 哈爾濱 150001

水聲定位導(dǎo)航技術(shù)是一種以基線的方式激勵(lì)，通過(guò)測(cè)量聲波傳播的時(shí)間、相位、頻率等信息實(shí)現(xiàn)定位與導(dǎo)航的技術(shù)。由于聲波是迄今為止人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的水下唯一有效的信息載體，水聲定位技術(shù)是目前水下目標(biāo)定位與跟蹤的主要手段。

根據(jù)定位系統(tǒng)基線長(zhǎng)度以及工作模式的差別，一般將其劃分為長(zhǎng)基線系統(tǒng)、短基線系統(tǒng)、超短基線系統(tǒng)及綜合定位系統(tǒng)[1-3]（表1）。① 長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)由預(yù)先布設(shè)的參考聲信標(biāo)陣列和測(cè)距儀組成，通過(guò)距離交匯解算目標(biāo)位置。長(zhǎng)基線需要事先測(cè)陣，作業(yè)成本高，主要應(yīng)用于局部區(qū)域高精度定位。② 超短基線定位系統(tǒng)則是由多元聲基陣與聲信標(biāo)組成，通過(guò)測(cè)量距離和方位定位。其優(yōu)點(diǎn)為尺寸小、使用方便；缺點(diǎn)是定位誤差與距離相關(guān)，僅適用于大范圍作業(yè)區(qū)域跟蹤。③ 短基線定位系統(tǒng)由裝載在載體上的多個(gè)接收換能器和聲信標(biāo)組成，通過(guò)距離交匯獲得目標(biāo)位置。短基線作業(yè)簡(jiǎn)便，但其精度易受到載體形變等因素影響。④ 綜合定位系統(tǒng)融合了超短基線及長(zhǎng)基線定位，兼顧了超短基線作業(yè)的簡(jiǎn)便性和長(zhǎng)基線的定位精度。

水聲定位自 20 世紀(jì) 50 年代末正式登上歷史舞臺(tái)，已經(jīng)經(jīng)歷了近 60 年的發(fā)展，至今產(chǎn)生出多種基于聲學(xué)方式的定位原理與定位系統(tǒng)。尤其進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，隨著對(duì)水聲物理、水聲信號(hào)處理技術(shù)研究的突破創(chuàng)新，水聲定位系統(tǒng)的各種相關(guān)技術(shù)愈發(fā)成熟。國(guó)外已有 Sonardyne、IxSea、Kongsberg 等多家公司推出了多套高性能的商用乃至軍用水聲定位系列產(chǎn)品，標(biāo)志著水聲定位技術(shù)進(jìn)入了相對(duì)快速的發(fā)展時(shí)期。雖然國(guó)內(nèi)對(duì)水聲定位研究起步較晚，但近年來(lái)在市場(chǎng)需求和政策引領(lǐng)之下，我國(guó)水聲定位導(dǎo)航技術(shù)也進(jìn)入了快速發(fā)展期。

1 國(guó)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)水聲定位系統(tǒng)的研究起步較早。相對(duì)于其他定位系統(tǒng)而言，國(guó)內(nèi)外對(duì)長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)的研究均起步較早：1958 年美國(guó)華盛頓大學(xué)的應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室為美國(guó)海軍建成了首個(gè)長(zhǎng)基線水下武器靶場(chǎng)；20 世紀(jì) 70 年代末—80 年代初，美國(guó)華盛頓大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室再次為原位熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研制了一種便攜式的長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)，定位精度可達(dá) 10 m，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)在水深 6 000 m，面積 150 km2內(nèi)的水面（水中）目標(biāo)進(jìn)行定位跟蹤[4]。1963 年出現(xiàn)了第一套短基線水聲定位系統(tǒng)。超短基線定位系統(tǒng)出現(xiàn)的相對(duì)較晚，國(guó)外有關(guān)超短基線定位系統(tǒng)的報(bào)道最早見(jiàn)于 20 世紀(jì) 80 年代初。經(jīng)過(guò)近 40 年的發(fā)展，現(xiàn)在已有多家公司推出了成熟的超短基線定位產(chǎn)品。目前國(guó)外從事水聲定位導(dǎo)航技術(shù)及相關(guān)聲吶設(shè)備生產(chǎn)的國(guó)際領(lǐng)先國(guó)家與機(jī)構(gòu)如表 2。

隨著電子信息及海洋技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，各種水聲定位系統(tǒng)不再局限于軍事上的應(yīng)用，更加廣泛地應(yīng)用于民品。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家的水聲定位設(shè)備生產(chǎn)廠商已經(jīng)開(kāi)始推出系列化的水聲定位導(dǎo)航貨架產(chǎn)品，由最初的窄帶定位模式的超短基線定位系統(tǒng)、長(zhǎng)基線定位開(kāi)始[5]，根據(jù)海洋調(diào)查、海洋工程要求的不斷提高，逐步由單定位模式向綜合定位模式融合轉(zhuǎn)變，由聲學(xué)定位轉(zhuǎn)向聲學(xué)定位集成慣性導(dǎo)航定位，信號(hào)體制由窄帶轉(zhuǎn)向?qū)拵?，由少量用戶作業(yè)到區(qū)域內(nèi)密集目標(biāo)作業(yè)，由單一定位功能轉(zhuǎn)向多功能集成，定位精度則由最初的幾十米級(jí)向米級(jí)轉(zhuǎn)變[2]。少數(shù)幾家公司的產(chǎn)品占據(jù)了全球絕大部分的市場(chǎng)。

表1 常規(guī)水聲定位導(dǎo)航系統(tǒng)分類(lèi)

表2 水聲定位導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)先國(guó)家與機(jī)構(gòu)

2 我國(guó)技術(shù)發(fā)展歷程及應(yīng)用情況

2.1 我國(guó)水聲定位導(dǎo)航技術(shù)起源

與國(guó)外相同的是，我國(guó)水聲定位導(dǎo)航技術(shù)研究亦起步于長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)，20 世紀(jì) 70 年代末，由楊士莪院士牽頭完成的“洲際導(dǎo)彈落點(diǎn)測(cè)量長(zhǎng)基線水聲定位系統(tǒng)”為我國(guó)第一顆洲際導(dǎo)彈試驗(yàn)的準(zhǔn)確落點(diǎn)提供了可靠的科學(xué)依據(jù)，就此拉開(kāi)了我國(guó)水聲導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展的序幕①楊士莪，百度百科（https：//baike.baidu.com/item/%E6%9D%A8%E5%A3%AB%E8%8E%AA）。。此后哈爾濱工程大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所、東南大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)、國(guó)家海洋局海洋技術(shù)研究所、中船重工第七一五研究所等多家單位在聲學(xué)定位技術(shù)領(lǐng)域都進(jìn)行過(guò)廣泛研究[2,5]。

我國(guó)早期的水聲定位技術(shù)主要以軍事需求為主，如東南大學(xué)研制的 YTM 魚(yú)雷彈道測(cè)量系統(tǒng)[6]、哈爾濱工程大學(xué)的“滅雷具配套水聲跟蹤定位裝置”[7]等。自“十五”計(jì)劃以來(lái)，隨著國(guó)家在海洋科學(xué)、海洋工程等海洋領(lǐng)域的投入增加，水聲定位導(dǎo)航的非軍需求急劇增加。

2.2 深海高精度定位技術(shù)從零到“同船競(jìng)爭(zhēng)”

20 00 年，為了執(zhí)行我國(guó)國(guó)際海域礦產(chǎn)勘探合同，

“大洋一號(hào)”科學(xué)考察船引進(jìn)了國(guó)際上首套 6 000 m 深水超短基線定位系統(tǒng) POSIDONIA 6000。同年，科技部“863”計(jì)劃海洋技術(shù)領(lǐng)域同步布局了“長(zhǎng)程超短基線定位系統(tǒng)研制”項(xiàng)目跟蹤該技術(shù)。該項(xiàng)目于 2006 年 5 月在南海進(jìn)行了深海定位試驗(yàn)驗(yàn)證，作用距離達(dá)到 8 600 m，定位精度優(yōu)于 0.3% 斜距②哈工程長(zhǎng)程超短基線定位系統(tǒng)項(xiàng)目填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白（http：//www.sxgfgb.gov.vn/MessageShow.asp?msgID=4919&pageID=1）。，超出預(yù)定要求。同時(shí)期，科技部布局的“水下 DGPS 高精度定位系統(tǒng)”研制成功，并在浙江省千島湖進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于水深 45 m 左右的水域，動(dòng)態(tài)定位精度小于 2 m，水下授時(shí)精度為 0.2 ms，且測(cè)量誤差不隨時(shí)間累積[8,9]。以上技術(shù)的發(fā)展填補(bǔ)我國(guó)在該領(lǐng)域的空白。

在 POSIDONIA 6000 超短基線定位系統(tǒng)在“大洋一號(hào)”船服役期間，存在技術(shù)封鎖、費(fèi)用高、設(shè)備維修困難等缺點(diǎn)，影響了超短基線定位系統(tǒng)在海洋資源勘測(cè)中的使用效果?；诤诵募夹g(shù)不能受制于人以及給國(guó)產(chǎn)裝備以應(yīng)用機(jī)會(huì)的考慮，邁出推進(jìn)國(guó)產(chǎn)水聲定位導(dǎo)航裝備實(shí)質(zhì)性應(yīng)用的第一步，在科技部和中國(guó)大洋協(xié)會(huì)的支持下，完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的深海高精度超短基線定位系統(tǒng)分別于 2012 年和 2013 年裝備于“科學(xué)”號(hào)和“大洋一號(hào)”科考船，開(kāi)始了與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的“同船競(jìng)爭(zhēng)”時(shí)期。隨后，國(guó)產(chǎn)深海高精度超短基線定位系統(tǒng)陸續(xù)裝備于“向陽(yáng)紅 09”科考船、“探索一號(hào)”科考船及某新型水面艦船。

在“同船競(jìng)爭(zhēng)”期間，國(guó)產(chǎn)深海高精度超短基線定位系統(tǒng)交出了優(yōu)異的成績(jī)單，為我國(guó) 7 000 m 載人潛水器“蛟龍”號(hào)、深海纜控潛水器（ROV）“發(fā)現(xiàn)”號(hào)和深海水下聲學(xué)拖體等多種水下潛器提供了水下精確定位服務(wù)，工作穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)質(zhì)量有效性均優(yōu)于同船國(guó)外設(shè)備。

2.3 高精度水聲綜合定位技術(shù)從“跟跑”到局部領(lǐng)先

面向我國(guó)海底礦產(chǎn)資源精細(xì)調(diào)查、勘探、開(kāi)采的作業(yè)需求，緊密結(jié)合 7 000 m 載人潛水器“蛟龍”號(hào)、“潛龍 1 號(hào)”水下無(wú)人機(jī)器人（AUV）、深?？臻g站等重大海洋裝備與工程的亞米級(jí)定位需求，依托“科學(xué)”號(hào)科考船，科技部于“十二五”安排了“深水高精度水下綜合定位系統(tǒng)研制”項(xiàng)目，發(fā)展相關(guān)的技術(shù)和設(shè)備，形成了一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)水下綜合定位系統(tǒng)樣機(jī)，可以在 7 000 m 海深內(nèi)提供高精度定位服務(wù)。

該樣機(jī)于 2015 年起服役于“科學(xué)”號(hào)科考船，同年 5 月至 7 月參加了“2015 馬努斯熱液-南海冷泉航次”，圓滿完成了水下綜合定位系統(tǒng)的海上驗(yàn)收，并為該航次的海底地形地貌測(cè)量、冷泉熱液噴口發(fā)現(xiàn)等工作提供了水下優(yōu)質(zhì)可靠的定位信息。此次海試首次實(shí)現(xiàn)了深海超短基線和長(zhǎng)基線有機(jī)結(jié)合的綜合定位跟蹤模式，在單周期內(nèi)同步保障了水下平臺(tái)的高精度導(dǎo)航和水面對(duì)水下平臺(tái)的跟蹤監(jiān)視，定位精度優(yōu)于 0.5 m，并實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首次成功完成復(fù)雜海山地形下精準(zhǔn)可靠長(zhǎng)基線作業(yè)，獲取了我國(guó)首個(gè)亞米級(jí)冷泉熱液地形地貌圖。

在深海高精度水聲綜合定位系統(tǒng)引導(dǎo)下，我國(guó)“深海勇士”號(hào)載人潛水器 2017 年 9 月 29 日在南海 3 500 m 深處僅 10 min 就快速找到預(yù)定的海底目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了“大海撈針”，這標(biāo)志著我國(guó)深海高精度水聲定位裝備與技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。深海定位精度首次達(dá)到 0.3 m、定位有效率超過(guò) 90%，綜合技術(shù)水平進(jìn)入世界領(lǐng)先行列。成功支撐了剛剛結(jié)束的我國(guó)“深海勇士”號(hào)載人深潛首航試驗(yàn)和我國(guó)最先進(jìn)科考船“科學(xué)號(hào)”南海綜合調(diào)查科學(xué)考察 2 次任務(wù)，為我國(guó)開(kāi)展萬(wàn)米深淵“馬里亞納海溝”科學(xué)探索等深海實(shí)踐，奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)與裝備基礎(chǔ)③2017年度“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”項(xiàng)目評(píng)選揭曉（http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/201712/t20171226_322489.html）。。

面向我國(guó)重大發(fā)展戰(zhàn)略需求的水聲定位導(dǎo)航技術(shù)（圖 1），其主要需求特征體現(xiàn)在“深、遠(yuǎn)、精、多”，即“深海底、遠(yuǎn)距離、精度高、多用戶”。經(jīng)過(guò)“十五”至“十二五”3 個(gè)五年計(jì)劃的實(shí)施，我國(guó)的深海實(shí)踐已經(jīng)從 4 500 m 步進(jìn)至 7 000 m，目前 11 000 m 的深淵科學(xué)與技術(shù)正在如火如荼展開(kāi)；作用距離由已達(dá)的 8 000 m 正在向 12 000 m 邁進(jìn)；定位精度從幾十米量級(jí)以進(jìn)步至優(yōu)于 0.5 m，新的需求將精度要求提至 10 cm；而可接入的目標(biāo)數(shù)也從單目標(biāo)定位到滿足水下多作業(yè)平臺(tái)的集群定位。我國(guó)水聲定位導(dǎo)航技術(shù)已基本完成了“跟跑”，進(jìn)入“并跑”的初級(jí)階段，其中萬(wàn)米級(jí)高精度定位導(dǎo)航處于領(lǐng)跑階段。

2.4 我國(guó)水聲定位導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)興起

經(jīng)過(guò) 20 年的努力，我國(guó)水聲定位導(dǎo)航技術(shù)逐步縮小了與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，培養(yǎng)了國(guó)內(nèi)用戶對(duì)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的信心，逐步由只使用國(guó)外設(shè)備轉(zhuǎn)向更青睞于國(guó)內(nèi)技術(shù)，并為我國(guó)水聲定位導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。近幾年來(lái)，得益于國(guó)家政策引導(dǎo)和市場(chǎng)需求，水聲定位導(dǎo)航行業(yè)涌現(xiàn)出一大批技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)及服務(wù)的廠家，如江蘇中海達(dá)海洋信息技術(shù)有限公司、嘉興易聲電子科技有限公司、青島明深信息技術(shù)有限公司、中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所嘉興工程中心、杭州瑞利科技有限公司、青島海研電子有限公司、海聲科技等。與國(guó)外的廠商相比，國(guó)內(nèi)技術(shù)提供方能夠根據(jù)用戶需求進(jìn)行定制，并且快速響應(yīng)，而且在后期的設(shè)備維護(hù)適用和技術(shù)支持上更具優(yōu)勢(shì)。

圖1 水聲定位導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展歷程

江蘇中海達(dá)海洋信息技術(shù)有限公司自 2014 年以來(lái)逐步推出了 iTrack 系列的超短基線、長(zhǎng)基線等水聲定位產(chǎn)品④http：//www.hi-marine.com.cn/a/pd/self/column5/2014/0822/66.html.，其中 iTrack UB 1000 系統(tǒng)于 2015 年 3 月在長(zhǎng)江上海段為中船勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司的水下鋪排施工檢測(cè)項(xiàng)目提供了高精度排體定位服務(wù)。作業(yè)過(guò)程分兩個(gè)階段：第一階段為鋪排作業(yè)，采用超短基線定位對(duì)排體位置進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，指導(dǎo)施工；第二階段為排布鋪設(shè)結(jié)束后的排體位置后調(diào)查，采用長(zhǎng)基線定位模式對(duì)排體在水下的最終位置進(jìn)行高精度定位檢測(cè)，定位精度達(dá)到 0.5 m 以?xún)?nèi)。

嘉興易聲電子科技有限公司以研發(fā)聲學(xué)導(dǎo)航定位聲吶及海洋環(huán)境測(cè)量聲吶為主⑤http：//esonar.com.cn/.，為海軍研究院定制開(kāi)發(fā)的 eLBL 型長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)，主要為水下 KCJ 試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)精確定位，為試驗(yàn)組織指揮提供輔助決策，為試驗(yàn)結(jié)果分析、評(píng)定提供依據(jù)。2017 年 7 月在莫干山水庫(kù)完成系統(tǒng)湖試驗(yàn)證，系統(tǒng)定位精度達(dá)到 0.3 m以?xún)?nèi)。2017 年 9 月—2018 年 5 月，在崇明長(zhǎng)江口完成了多達(dá) 50 次的水下目標(biāo)定位服務(wù)。在多次的定位試驗(yàn)過(guò)程中，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，成功為試驗(yàn)組織提供精確而可靠的定位數(shù)據(jù)。

青島明深信息技術(shù)有限公司已完成哈爾濱工程大學(xué)水聲定位導(dǎo)航技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化，在裝船樣機(jī)基礎(chǔ)上，形成了系列化水聲定位導(dǎo)航聲吶貨架產(chǎn)品⑥http：//www.deep-trans.com.。產(chǎn)品之深海高精度水聲綜合定位系統(tǒng)集超短基線、長(zhǎng)基線于一體，為水下潛器提供高精度定位服務(wù)，定位精度優(yōu)于 1 m、最大工作距離 8 000 m、作業(yè)深度 7 000 m，于 2017 年 9 月為中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)“熱帶西太平洋海洋系統(tǒng)物質(zhì)能量交換及其影響”南海綜合考查航次提供高精度定位保障，作業(yè)區(qū)域深度 1 200 m，動(dòng)態(tài)定位精度優(yōu)于 0.5 m，定位有效率高、可靠性好，保障了調(diào)查任務(wù)的順利實(shí)施。

3 面向新時(shí)期我國(guó)水聲定位導(dǎo)航的研究前沿

3.1 走向更深更遠(yuǎn)的全海深水聲定位導(dǎo)航技術(shù)

近年來(lái)，深淵科學(xué)正成為海洋科學(xué)中蘊(yùn)含重大突破的最新前沿領(lǐng)域，深淵探測(cè)裝備技術(shù)亦成為國(guó)際海洋科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)[10]?！笆濉逼陂g，科技部部署了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)“全海深潛水器研制及關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)”項(xiàng)目群，其中就包括“全海深潛水器聲學(xué)技術(shù)研究與裝備研制”項(xiàng)目，以開(kāi)展全海深潛水器聲學(xué)設(shè)備研制，解決全海深潛水器定位及聲學(xué)通信技術(shù)，支撐“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中全海深載人潛水器和無(wú)人潛水器的研制。全海深水水聲定位技術(shù)難在深，難在遠(yuǎn)，其工作深度不小于 11 000 m，最大作用距離超過(guò) 12 000 m，對(duì)高耐壓換能器設(shè)計(jì)、弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)、高精度陣列誤差補(bǔ)償及高精度長(zhǎng)信號(hào)累計(jì)方位估計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

3.2 面向水下無(wú)人航行器集群作業(yè)“互聯(lián)、互通、互操作”的水下動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)定位

近年來(lái)，隨著水下無(wú)人航行器技術(shù)及水聲通信技術(shù)的發(fā)展，水下無(wú)人航行器集群作業(yè)在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋資源開(kāi)發(fā)與利用及海洋國(guó)防安全等領(lǐng)域呈現(xiàn)出重要潛在應(yīng)用價(jià)值[11]。而水下無(wú)人航行器間的“互聯(lián)、互通、互操作”能力是多平臺(tái)協(xié)同作業(yè)的基礎(chǔ)?？焖倬_水聲動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)定位和可靠水聲通信是“互聯(lián)、互通、互操作”的核心。面對(duì)這一由海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋資源開(kāi)發(fā)和海洋權(quán)益維護(hù)對(duì)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)定位及通信提出的重大需求，國(guó)家自然基金委于 2014 年和 2015 年連續(xù) 2 年建立重點(diǎn)項(xiàng)目群“分布式水聲網(wǎng)絡(luò)定位與探測(cè)基礎(chǔ)研究”和“面向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)研究”來(lái)開(kāi)展相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題研究。受水下傳感器網(wǎng)絡(luò)帶寬有限、能量有限、信道條件差、聲速慢等因素制約，目前還缺乏適應(yīng)快速、精確、大范圍需求的定位方法，有效的評(píng)價(jià)機(jī)制，以及定位協(xié)議等。

此外，在弱聯(lián)通條件下，聲學(xué)/慣性一體化導(dǎo)航定位是新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)。慣性導(dǎo)航技術(shù)能夠連續(xù)地輸出姿態(tài)、速度、位置等信息，具有短時(shí)精度保障能力，但其誤差會(huì)隨時(shí)間發(fā)散；水聲定位技術(shù)能夠獲得無(wú)累積誤差的位置信息，但是受海洋聲傳播特性的影響，存在數(shù)據(jù)更新慢、容易受多途及突發(fā)性噪聲干擾出現(xiàn)無(wú)效數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)。水聲/慣性一體化導(dǎo)航定位則能夠兼得兩者的優(yōu)點(diǎn)，可有效抑制導(dǎo)航系統(tǒng)位置誤差的發(fā)散，適合于水下高精度長(zhǎng)航時(shí)導(dǎo)航定位。但與其他組合導(dǎo)航模式相比，受復(fù)雜海洋環(huán)境的影響，水聲定位導(dǎo)航的觀測(cè)數(shù)據(jù)存在著高延遲、低數(shù)據(jù)率、低有效性等特點(diǎn)，使得水聲/慣性一體化定位導(dǎo)航技術(shù)目前還剛剛處于起步階段。

目前水下無(wú)人潛水器集群定位還處于初級(jí)階段，以理論研究為主，實(shí)踐較少，亦缺乏驗(yàn)證平臺(tái)，需建立完善的水下動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)定位通信技術(shù)體系，為未來(lái)我國(guó)水下無(wú)人航行器集群作業(yè)“互聯(lián)、互通、互操作”奠定理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

3.3 建設(shè)海底大地測(cè)量基準(zhǔn)，支持中國(guó)國(guó)家綜合PNT體系建設(shè)

楊元喜院士指出，“未來(lái)我國(guó)要構(gòu)建無(wú)處不在的定位導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)體系，從深空到海底無(wú)處不在的 PNT 服務(wù)，要構(gòu)建這樣的體系。未來(lái)的發(fā)展要將構(gòu)建全球統(tǒng)一的、高精度、高密度坐標(biāo)框架，包括海島礁和海底框架點(diǎn)，便于大數(shù)據(jù)的研究與應(yīng)用”[12]。海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)是海洋環(huán)境信息的基本參考框架，是謀劃、決策、規(guī)劃和實(shí)施一切國(guó)家海洋戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)[13]。相較于較為完善的陸基大地基準(zhǔn)，我國(guó)高精度海底基準(zhǔn)控制點(diǎn)建設(shè)尚處于空白，與國(guó)際先進(jìn)水平存在較大差距。

“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊長(zhǎng)風(fēng)指出，按需發(fā)展水下導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)國(guó)家綜合 PNT（定位、導(dǎo)航、授時(shí)）體系建設(shè)重點(diǎn)五大基礎(chǔ)設(shè)施之一，到 2035 年完成水下的 PNT 技術(shù)試驗(yàn)應(yīng)用，完成以“北斗”為核心、基準(zhǔn)統(tǒng)一、覆蓋無(wú)縫、安全可信、高效便捷的國(guó)家綜合 PNT 體系建設(shè)，提供體系化的 PNT 服務(wù)⑦北斗總師：2035年完成下一代北斗系統(tǒng)星座組網(wǎng)（http：//www.chinanews.com/gn/2018/05-27/8523949.shtml）。。海底大地測(cè)量基準(zhǔn)是綜合 PNT 體系的重點(diǎn)與難點(diǎn)，需要重點(diǎn)解決海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)建立、海洋垂直基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)與三維基準(zhǔn)傳遞、水下基準(zhǔn)建設(shè)、海洋及水下無(wú)縫導(dǎo)航與位置服務(wù)等技術(shù)瓶頸問(wèn)題[14]。

為配合建設(shè)以“北斗”為核心的國(guó)家綜合 PNT 體系，建立覆蓋我國(guó)海洋和我國(guó)利益訴求海域的長(zhǎng)期布放于海底大地測(cè)量基準(zhǔn)是其重要的戰(zhàn)略保障。本著從無(wú)到有，從有到精，由點(diǎn)及線，由近及遠(yuǎn)，由淺到深的循序漸見(jiàn)發(fā)展思路，海底大地測(cè)量網(wǎng)的研究與建設(shè)必將像“北斗”衛(wèi)星定位系統(tǒng)影響一樣，并將為海洋領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新的活力。

4 結(jié)語(yǔ)

水聲定位導(dǎo)航技術(shù)貫穿于幾乎全部海洋科學(xué)及海洋工程活動(dòng)，我國(guó)雖較國(guó)外起步晚，但經(jīng)過(guò)十幾年的努力，相關(guān)技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已經(jīng)逐步由“跟跑”進(jìn)入“并跑”的初級(jí)階段。“十二五”期間我國(guó)的水聲定位導(dǎo)航技術(shù)還處于前期關(guān)鍵技術(shù)與樣機(jī)研制與驗(yàn)證階段，雖然已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)由國(guó)際產(chǎn)品轉(zhuǎn)向國(guó)內(nèi)技術(shù)尋求幫助，但市場(chǎng)總體對(duì)國(guó)產(chǎn)儀器的信心不足，因而主要研究模式是高等院校與科研院所以項(xiàng)目方式進(jìn)行，市場(chǎng)刺激不夠，研發(fā)周期較長(zhǎng)，成果轉(zhuǎn)化較慢。而隨著國(guó)產(chǎn)技術(shù)在“十二五”期間的“同船競(jìng)爭(zhēng)”的優(yōu)異成績(jī)和“海洋強(qiáng)國(guó)”國(guó)策的推進(jìn)，前期的科研成果在“十三五”期間開(kāi)始間快速轉(zhuǎn)化，并通過(guò)引入慣性導(dǎo)航、大地測(cè)繪等學(xué)科交叉融合不斷地拓展內(nèi)涵。

最后，雖然目前我國(guó)水聲定位導(dǎo)航技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已進(jìn)入快速發(fā)展期，但仍缺少成熟度更高、操作更人性化的水聲定位產(chǎn)品，尚無(wú)法改變國(guó)內(nèi)市場(chǎng)被國(guó)外生產(chǎn)廠商大幅占據(jù)的現(xiàn)實(shí)。只有通過(guò)加快產(chǎn)業(yè)化，降低成本，同時(shí)提升設(shè)備性能與穩(wěn)定度，加強(qiáng)技術(shù)服務(wù)，才能從根本改變現(xiàn)狀。