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建造无人潜航器有多难(下)

2025-02-24 11:00 作者: 张 琦 李 博 黎明宇 来源: 解放军报 7518 次阅读

水下导航技术难度大

导航系统在无人潜航器体系结构中占有举足轻重的地位,它可以为无人潜航器在复杂海洋环境中提供位置、姿态等导航定位信息。这不仅关系到执行任务的成功与否,也关系到无人潜航器的安全。

想在深海寻找正确的道路并非易事。首先,无人潜航器作业时通常会有较大落差的下潜与上浮,需要三维立体导航以应对海底环境。这个难度远远大于传统平面导航。其次,电磁波在海水中衰减十分迅速,无人潜航器又常常处在较深的水下环境中,这导致便捷的无线电导航和雷达都只能作为辅助导航手段。此外,由于对导航数据准确性及实时性高度依赖,必须综合可提供连续信息的内部导航信息以及可获取精确运动轨迹的外部导航信息,才能为无人潜航器导航。

目前,无人潜航器水下导航最常用、最有效的方法是,船位推算法或惯性导航法等内部导航方法与无线电、声学、海洋地球物理学等外部导航方法的结合。

船位推算法是一种低成本的导航方法,它可实时定位并给出载体平台当前和将来的位置。不过,这种方式累计的误差会导致无人潜航器导航系统显示的定位与实际位置不符。

惯性导航系统不受环境、载体机动和无线电干扰的影响,能连续提供全部导航参数,在短时间内具有较高的相对精度。其缺陷是因为陀螺不断漂移,定位误差会随航行时间和距离持续积累和发散。

目前,惯性导航系统虽能满足中近程导航,但无法满足远程、长时间航行的导航要求。因此,无论船位推算法或是惯性导航都需要外部导航来修正误差。比如,使无人潜航器周期性地浮出水面,采用无线电导航修正位置,从而提升导航精度。这样做的缺陷是不利于隐蔽、需要花费额外时间且会带来能源问题。

采用声学外部导航方法也是一种解决方案。它利用声学信号在海洋中的良好传播特性,以声学发射器为导航信标,由无人潜航器向声学信标发射声信号并接收返回的声信号,计算相对距离,从而推算出实时位置。美国的REMUS-100无人潜航器是一款微小型潜航器,可选装声学调制解调器、声学图像系统等。2003年,美国海军在伊拉克一个海港运用REMUS-100无人潜航器清扫第一次海湾战争时期伊拉克海军布放的水雷,他们利用该型潜航器装备的侧扫声呐和导航定位系统,准确发现了数枚水雷并进行了图上位置标定。这是世界上第一次成功运用无人潜航器实现反水雷搜索。

此外,海洋磁导航、重力导航、海底地形匹配导航等海洋地球物理学导航的误差,不随航行时间或航行距离增加而积累或发散。这些导航具有精度高、不受时间限制、无需升出水面、隐蔽性强等优点,因此成为无人潜航器较理想的辅助导航手段。这也是近年来许多国家研究的重点之一。

初审:孙世奇

复审:成自来

终审:陈光中

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