2.2 水下定位方法

水下定位方法大致如下：地形与地貌匹配导航，重力匹配导航，地磁匹配导航，惯性导航和水下声学导航[15]。 其中前三种方法都称为海洋地球物理学导航。

海洋地球物理学导航是一种自主导航算法，通过使用海洋磁场，重力场，深度或海底地形的时空分布，获得地球物理学导航信号[16]。电子扫描声纳获得的持续不断的帧图用于海底环境重修，车辆状况和位置估量和自主导航。侧扫声纳图像可用于辅助位置导航AUV ;通过在瞬间深度和预先潜艇之间进行登记三维模型也可以做AUV的位置和导航。此外，重力场数据可用于改善惯性导航系统的累积误差，地磁匹配技术也应用于AUV导航。海洋地球物理导航方法通常适用于ROV等自供电的水下航行器导航，但不支持自力式的牵引系统不能使用[17]。

    由于声波可以在海水中传递近千公里，毫无显而易见的接受丧失，声学定位系统已经成为牵引车辆的主流定位和导航技术。它比海洋地球物理学导航技术更成熟。声学定位系统的国外研究已经有30多年了，挪威Kongsberg Simrad是研究它的最早的公司之一，已经有一系列产品投入使用。该公司推出了高精度远程USBL（超短基准）定位系统 - 1997年HiPAP350，其工作范围可达3000m，距离丈量精度优于20cm[18]。 HiPAP500后续发射的水下工作深度和距离测量准度高达4000m，优于20cm。现在，两台仪器分别升级为HiPAP352和HiPAP501。最近推出的HiPAP101的操作范围和距离测量精度，也是海上工作深度达到万米的唯一长距离USBL定位系统，已达到10000m和50cm。 HiPAP100来自该公司，上一代HiPAP101，是在中国“海洋刘浩”调查船上进行的。此外，法国Posidonia6000远程水下工作深度和最大有效距离USBL定位系统达6000m和8000m，深度6000m，开角范围30度，范围精度达到0.5％。该系统登上中国“大阳”。

    易昊“调查船”，在海上考察任务中施展了重要作用。此外，英国Sonardyne，澳大利亚Nautronix和美国ORE aslo等其他公司都有自己的声学定位系统产品[19]。国内相关部门在声学定位系统开发方面也做了大量工作，如中国科学院声学研究所，厦门大学，第6971工厂，国家海洋技术中心，东南大学，哈尔滨工程大学等。在声学定位技术领域进行了广泛的研究。

声学导航系统由诸如接收器或应答器之类的许多元件组成，元件之间的连接被称为基线。根据基线长度，有长基线（LBL）定位系统，短基线（SBL）定位系统和超/超短基线（SSBL / USBL）定位系统[20]。具体分类如表2-1所示。

表2-1  声学定位系统的分类

系统 基线长度

LBL 100－6000m

SBL 20－50m

SSBL / USBL <10cm

这三种定位系统在实际操作中都有自己的优缺点。 LBL和SBL具有较高的定位精度和较大的工作范围，但复杂且难以校准[21]。 USBL成本低，易于操作。无论如何，声音定位是国民经济和国防建设的基础技术，具有广泛的应用。

由于海洋环境的复杂性和随机性，单一定位导航系统不能满足海洋导航的要求。因此，组合导航系统诞生了。结合单一定位和导航系统的优点，提高系统导航精度，扩大声学定位系统的应用范围。目前的应用主要是L / USBL，L / SBL，S / USBL，L / SBL / USBL等三种声学定位和导航系统的不同组合[22]。

例如，L / USBL系统有机地结合了长基线定位系统和超短基线定位系统，独立于工作水深保护系统定位精度，并且具有易于操作的超短基线定位系统的特点。组合系统可实现连续高精度导航，操作范围进一步提高。 Simrad的HPR418系统和RS916系统属于这样的系统。