水下导航技术研究
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收稿 日期：２ １． １ ５ ０ ２０ — 。 ０
断进 步 ，为 实现 研制 体积 小 、精 度高 、可 靠性 好 、 能耗 与成本 指 标低 的 Ｉ ＮＳ提 供 了条件 ，因此 在未 来 的 自主 式潜 航器 （ ｕＶ）上 将 有可 能大 量采 用这 些 Ａ
新 型 Ｉ Ｓ 目前 ，国外 Ａ Ｎ 。 ＵＶ 常 用 的 Ｉ Ｓ主 要有 ： Ｎ
挥 着重 要 的作用 ，而 高精度 的导航 定位 不仅 是 水 下 潜器 获 取有 效信 息 的必 要条 件 ，还 决 定 了它 是 否可
以安全 作业 及返 回，因此 ，高 精度 导航 定位 是 研 究 水 下潜器 的关键 技 术之 一 。本 文将 分别 对 目前 的水 下 导航技 术进 行 分析 介绍 。
２１ ０ ２年 ２月第 ｌ 期
现 代 导航
・ ９・ ｌ
水 下导航技术研 究
周 保 军 ，刘 硕
（ 中国 电子科技集 团公司第二十研 究所，西安 ７ ０ ６ ） １０ ８
摘
要 ：首先 对 目前现 有 的水 下导航 技 术进 行 了分析 介 绍 ，并叙 述 了 国外 的发展 情 况及发 展
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｄ ｒ ｔｒ ｖ ｇ ｔ ｎＴ ｃ ｎ ｌｇ ｓａｃ ｆ Ｕｎ ｅ ｗａｅ Ｎａ ｉ ａｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ
Ｚ ＨＯＵＢ ｏｂｌ Ｉ ｈ ｏ ａｊｌ，Ｌ ＵＳ ｕ ｒ
Ａ ｂｓ ｒ ｃ ： ｅｃ ｒｅ ｔ ｎ ｅｗａｅ ａ ｉａｉｎｔｃ ｎ ｌｇｅ ｒ ｔｏ ｕ ｅ ， ｎ ｅｒｃ ｒｅ ｔ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｎ ｔｒ ｒｎ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｕｒ ｎ ｄ ｒ ｔｒ ｖｇ ｔｏ ｅｈ ｏｏ ｉｓ ｅｉ ｒ ｄ ｃ ｄ ａ ｄｔ ｉ ｕｒｎ ｖ ｌｐ ｎ ｄｆ ｕ ｅｔｅ ｄｉ ｕ ｎ ａ ｎ ｈ ｄ ａ ｕ ｎ
美 国霍尼 韦 尔 公司 Ｒ ３ Ｌ ４环形 激光 陀 螺 Ｉ Ｓ及 美 国 Ｎ
Ｃ ｏ ｓｏ 公 司 的微机械 陀螺 Ｉ ｒｓｂ ｗ ＮＳ等 。
・ ０・ ２
现 代 导航
水 下无 人运 载体 用 的惯性 系统 属 于 中等 精度 。 中等 精 度 惯 性 系统 在 陆 地 测 量 中可 以得 到 几厘 米
美 国 Ｒ ｓｕ ｎｓ 司的 Ｗｏｋ ｏｓ ｖｇｔｒ Ｄ Ｉ ｔ ｍｅｔ公 ｎｒ ｒｈ ｕｅ Ｎａｉａｏ 系 列 ，精 度 可达 ０４ ． ％；Ｓ ｎ ｅ ｏ Ｔｋ公司 的 ＡＤ Ｐ声 学 多普 勒 剖 面 仪 ， 精 度 可 达 ０２ ： 英 国 ＭＡ 公 司 的 ．％
Ｃ ＶＥ Ｉ Ｏ ＬＡ，最 大绝 对误 差不 大 于 ０ ０ ． ５节 。 ０
要 利 用 速 度 传 感 器 和 航 向传 感 器 分 别 测 量 水 下 载
体 的速度 、航 向 ，然 后推 算 出载 体 的位 置 。但 是 ，
这就 存在 海 流给 水 下载体 产 生速 度分 量 的 问题 ，这
个分 量水 速传 感器 无 法测 量 ，从 而对 于在 水 下长 时 间低速 航 行 的载体 会造 成很 大 的定位 误 差 。因而对 于靠 近海 底 航行 的水 下 载体 ，可 以采 用 多普 勒速 度 声纳 （ ＤＶＳ ）来测 量 载体 相对 于大 地 的速度 ， 以消 除海 流对 于 定位 的影 响 ，完 成 精度 较 高 的定位 。 目
Leabharlann Baidu
水 下潜 器在 海洋 环境 的探测 与 建模 、海 洋 目标 的水下探 测 与识 别 、定 位 与传 输等 方 面 的研 究 中发
前 国外水 下载 体上 常 用的 ＤＶＳ主要 有 ：美 国 Ｅ ＤＯ 公 司 的 ３ ４ 型 和 ３ ５ ＤＶＳ 其精 度可 达到 ０２ ００ ０ ０型 ， ． ％；
趋 势 。最后 ，根 据现 代 潜艇 战略 要 求 ，提 出了潜艇 水 下导航技 术进 一 步的发展 思路 。
关键 词 ：惯性 导航 ；声 学导航 ；地球 物理 属性 导航
中图 分类 号 ： Ｎ９ ６ Ｔ ６ 文献 标识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１ ７ —９ ６（０ ２０ — １－５ ６ ４７ ７ 一 １ ） １ ９０ ２ ０
ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｍｏ ｅ ｓ ｂ ａｉ ｅ ｅ ｕｒ ｅ ｎ ｓ ｆ ｄ ｍ ｕ ｍ ｒｎ ．
Ｋ ｅ ｏｒ ： Ｉｅｔ ｌ ｖ ｇ ｔ ｎ Ａｃ ｕ ｔ ｖｇ ｔｏ ； Ｇｅ ｐ ｙ ｉａ ｒｐ ｒ ｖｇ ｔ ｎ Ｉｔｇ ａｅ ｖｇ ｔ ｎ ｙ ｗ ｄｓ ｎ ｒｉ ａ Ｎａ ｉａｉ ； ｏ ｏ ｓｉ Ｎａ ｉａｉｎ ｃ ｏ ｈ ｓｃ ｌ ｏ ｅｔ Ｎａ ｉａｉ ； ｎｅ ｒｔｄＮａ ｉａｉ Ｐ ｙ ｏ ｏ
２ 惯 性导 航
１航位 推算导 航法
惯 性 导航 用于 水 下导航 ，是通 过将 加速 度对 时
水 下 导航 中 的航位推 算 法 ，即将 水 下 载体 的速 度对 时 间进 行积 分 来获 得潜 器 的位置 。这种 方 法 需 间两 次积分 来 获得 水 下潜器 的位 置 ，其 优 点是 自主 性 和 隐蔽 性好 。缺 点是 由于陀 螺随 时 间不断漂 移 ， 在 长 时间工 作 情况 下 导航定 位 累积 误差 较大 。早 期 的惯 导系统 复 杂 、体 积大 、能 耗高 不适 合潜 水器 使 用 ，现在 随 着光 纤 、激 光等 新 型 固态 陀螺技 术 的不
收稿 日期：２ １． １ ５ ０ ２０ — 。 ０
断进 步 ，为 实现 研制 体积 小 、精 度高 、可 靠性 好 、 能耗 与成本 指 标低 的 Ｉ ＮＳ提 供 了条件 ，因此 在未 来 的 自主 式潜 航器 （ ｕＶ）上 将 有可 能大 量采 用这 些 Ａ
新 型 Ｉ Ｓ 目前 ，国外 Ａ Ｎ 。 ＵＶ 常 用 的 Ｉ Ｓ主 要有 ： Ｎ
挥 着重 要 的作用 ，而 高精度 的导航 定位 不仅 是 水 下 潜器 获 取有 效信 息 的必 要条 件 ，还 决 定 了它 是 否可
以安全 作业 及返 回，因此 ，高 精度 导航 定位 是 研 究 水 下潜器 的关键 技 术之 一 。本 文将 分别 对 目前 的水 下 导航技 术进 行 分析 介绍 。
２１ ０ ２年 ２月第 ｌ 期
现 代 导航
・ ９・ ｌ
水 下导航技术研 究
周 保 军 ，刘 硕
（ 中国 电子科技集 团公司第二十研 究所，西安 ７ ０ ６ ） １０ ８
摘
要 ：首先 对 目前现 有 的水 下导航 技 术进 行 了分析 介 绍 ，并叙 述 了 国外 的发展 情 况及发 展
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｄ ｒ ｔｒ ｖ ｇ ｔ ｎＴ ｃ ｎ ｌｇ ｓａｃ ｆ Ｕｎ ｅ ｗａｅ Ｎａ ｉ ａｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ
Ｚ ＨＯＵＢ ｏｂｌ Ｉ ｈ ｏ ａｊｌ，Ｌ ＵＳ ｕ ｒ
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美 国霍尼 韦 尔 公司 Ｒ ３ Ｌ ４环形 激光 陀 螺 Ｉ Ｓ及 美 国 Ｎ
Ｃ ｏ ｓｏ 公 司 的微机械 陀螺 Ｉ ｒｓｂ ｗ ＮＳ等 。
・ ０・ ２
现 代 导航
水 下无 人运 载体 用 的惯性 系统 属 于 中等 精度 。 中等 精 度 惯 性 系统 在 陆 地 测 量 中可 以得 到 几厘 米
美 国 Ｒ ｓｕ ｎｓ 司的 Ｗｏｋ ｏｓ ｖｇｔｒ Ｄ Ｉ ｔ ｍｅｔ公 ｎｒ ｒｈ ｕｅ Ｎａｉａｏ 系 列 ，精 度 可达 ０４ ． ％；Ｓ ｎ ｅ ｏ Ｔｋ公司 的 ＡＤ Ｐ声 学 多普 勒 剖 面 仪 ， 精 度 可 达 ０２ ： 英 国 ＭＡ 公 司 的 ．％
Ｃ ＶＥ Ｉ Ｏ ＬＡ，最 大绝 对误 差不 大 于 ０ ０ ． ５节 。 ０
要 利 用 速 度 传 感 器 和 航 向传 感 器 分 别 测 量 水 下 载
体 的速度 、航 向 ，然 后推 算 出载 体 的位 置 。但 是 ，
这就 存在 海 流给 水 下载体 产 生速 度分 量 的 问题 ，这
个分 量水 速传 感器 无 法测 量 ，从 而对 于在 水 下长 时 间低速 航 行 的载体 会造 成很 大 的定位 误 差 。因而对 于靠 近海 底 航行 的水 下 载体 ，可 以采 用 多普 勒速 度 声纳 （ ＤＶＳ ）来测 量 载体 相对 于大 地 的速度 ， 以消 除海 流对 于 定位 的影 响 ，完 成 精度 较 高 的定位 。 目
Leabharlann Baidu
水 下潜 器在 海洋 环境 的探测 与 建模 、海 洋 目标 的水下探 测 与识 别 、定 位 与传 输等 方 面 的研 究 中发
前 国外水 下载 体上 常 用的 ＤＶＳ主要 有 ：美 国 Ｅ ＤＯ 公 司 的 ３ ４ 型 和 ３ ５ ＤＶＳ 其精 度可 达到 ０２ ００ ０ ０型 ， ． ％；
趋 势 。最后 ，根 据现 代 潜艇 战略 要 求 ，提 出了潜艇 水 下导航技 术进 一 步的发展 思路 。
关键 词 ：惯性 导航 ；声 学导航 ；地球 物理 属性 导航
中图 分类 号 ： Ｎ９ ６ Ｔ ６ 文献 标识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１ ７ —９ ６（０ ２０ — １－５ ６ ４７ ７ 一 １ ） １ ９０ ２ ０
ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｍｏ ｅ ｓ ｂ ａｉ ｅ ｅ ｕｒ ｅ ｎ ｓ ｆ ｄ ｍ ｕ ｍ ｒｎ ．
Ｋ ｅ ｏｒ ： Ｉｅｔ ｌ ｖ ｇ ｔ ｎ Ａｃ ｕ ｔ ｖｇ ｔｏ ； Ｇｅ ｐ ｙ ｉａ ｒｐ ｒ ｖｇ ｔ ｎ Ｉｔｇ ａｅ ｖｇ ｔ ｎ ｙ ｗ ｄｓ ｎ ｒｉ ａ Ｎａ ｉａｉ ； ｏ ｏ ｓｉ Ｎａ ｉａｉｎ ｃ ｏ ｈ ｓｃ ｌ ｏ ｅｔ Ｎａ ｉａｉ ； ｎｅ ｒｔｄＮａ ｉａｉ Ｐ ｙ ｏ ｏ
２ 惯 性导 航
１航位 推算导 航法
惯 性 导航 用于 水 下导航 ，是通 过将 加速 度对 时
水 下 导航 中 的航位推 算 法 ，即将 水 下 载体 的速 度对 时 间进 行积 分 来获 得潜 器 的位置 。这种 方 法 需 间两 次积分 来 获得 水 下潜器 的位 置 ，其 优 点是 自主 性 和 隐蔽 性好 。缺 点是 由于陀 螺随 时 间不断漂 移 ， 在 长 时间工 作 情况 下 导航定 位 累积 误差 较大 。早 期 的惯 导系统 复 杂 、体 积大 、能 耗高 不适 合潜 水器 使 用 ，现在 随 着光 纤 、激 光等 新 型 固态 陀螺技 术 的不