面向新時(shí)期我國水聲定位導(dǎo)航的研究前沿

走向更深更遠(yuǎn)的全海深水聲定位導(dǎo)航技術(shù)

近年來，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，深淵探測裝備技術(shù)亦成為國際海洋科技競爭的焦點(diǎn)^[10]?！笆濉逼陂g，科技部部署了國家重點(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?12?000?m，對高耐壓換能器設(shè)計(jì)、弱信號檢測技術(shù)、高精度陣列誤差補(bǔ)償及高精度長信號累計(jì)方位估計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

面向水下無人航行器集群作業(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，隨著水下無人航行器技術(shù)及水聲通信技術(shù)的發(fā)展，水下無人航行器集群作業(yè)在海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋資源開發(fā)與利用及海洋國防安全等領(lǐng)域呈現(xiàn)出重要潛在應(yīng)用價(jià)值。而水下無人航行器間的“互聯(lián)、互通、互操作”能力是多平臺協(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。面對這一由海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋資源開發(fā)和海洋權(quán)益維護(hù)對水下傳感器網(wǎng)絡(luò)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(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”來開展相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)問題研究。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。

目前水下無人潛水器集群定位還處于初級階段，以理論研究為主，實(shí)踐較少，亦缺乏驗(yàn)證平臺，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，為未來我國水下無人航行器集群作業(yè)“互聯(lián)、互通、互操作”奠定理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

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