面向新時期我國水聲定位導航的研究前沿

走向更深更遠的全海深水聲定位導航技術

近年來，深淵科學正成為海洋科學中蘊含重大突破的最新前沿領域，深淵探測裝備技術亦成為國際海洋科技競爭的焦點^[10]。“十三五”期間，科技部部署了國家重點研發計劃“深海關鍵技術與裝備”重點專項“全海深潛水器研制及關鍵技術攻關”項目群，其中就包括“全海深潛水器聲學技術研究與裝備研制”項目，以開展全海深潛水器聲學設備研制，解決全海深潛水器定位及聲學通信技術，支撐“十三五”重點研發計劃中全海深載人潛水器和無人潛水器的研制。全海深水水聲定位技術難在深，難在遠，其工作深度不小于?11?000?m，最大作用距離超過?12?000?m，對高耐壓換能器設計、弱信號檢測技術、高精度陣列誤差補償及高精度長信號累計方位估計等關鍵技術提出了嚴峻的挑戰。

面向水下無人航行器集群作業“互聯、互通、互操作”的水下動態網絡定位

近年來，隨著水下無人航行器技術及水聲通信技術的發展，水下無人航行器集群作業在海洋環境監測、海洋資源開發與利用及海洋國防安全等領域呈現出重要潛在應用價值。而水下無人航行器間的“互聯、互通、互操作”能力是多平臺協同作業的基礎。快速精確水聲動態網絡定位和可靠水聲通信是“互聯、互通、互操作”的核心。面對這一由海洋環境監測、海洋資源開發和海洋權益維護對水下傳感器網絡定位及通信提出的重大需求，國家自然基金委于?2014?年和?2015?年連續?2?年建立重點項目群“分布式水聲網絡定位與探測基礎研究”和“面向移動節點的水聲傳感器網絡基礎研究”來開展相關基礎科學問題研究。受水下傳感器網絡帶寬有限、能量有限、信道條件差、聲速慢等因素制約，目前還缺乏適應快速、精確、大范圍需求的定位方法，有效的評價機制，以及定位協議等。

此外，在弱聯通條件下，聲學/慣性一體化導航定位是新的技術增長點。慣性導航技術能夠連續地輸出姿態、速度、位置等信息，具有短時精度保障能力，但其誤差會隨時間發散；水聲定位技術能夠獲得無累積誤差的位置信息，但是受海洋聲傳播特性的影響，存在數據更新慢、容易受多途及突發性噪聲干擾出現無效數據的缺點。水聲/慣性一體化導航定位則能夠兼得兩者的優點，可有效抑制導航系統位置誤差的發散，適合于水下高精度長航時導航定位。但與其他組合導航模式相比，受復雜海洋環境的影響，水聲定位導航的觀測數據存在著高延遲、低數據率、低有效性等特點，使得水聲/慣性一體化定位導航技術目前還剛剛處于起步階段。

目前水下無人潛水器集群定位還處于初級階段，以理論研究為主，實踐較少，亦缺乏驗證平臺，需建立完善的水下動態網絡定位通信技術體系，為未來我國水下無人航行器集群作業“互聯、互通、互操作”奠定理論與技術基礎。

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