摩托 巡航

摘要： 核潜艇在海底航行的过程中是如何导航的？核潜艇在海底航行的过程中是如何导航的？潜艇特别是核潜艇属于战争中的无形刺客，它们通常在几百米的水下长期潜航，以对敌人发动出其不意的偷袭而见长！...

1. 核潜艇在海底航行的过程中是如何导航的？

核潜艇在海底航行的过程中是如何导航的？

潜艇特别是核潜艇属于战争中的无形刺客，它们通常在几百米的水下长期潜航，以对敌人发动出其不意的偷袭而见长！而水体对于大多数波段的电波有强烈的屏蔽效果，因此潜艇与地面指挥中心只能通过穿透性极强但是传输效率又极低的超长波电台进行单向通信，由于潜艇在水下无法主动发送信息，为了防止与地面指挥中心失去联系并且不至于迷路，潜艇在出航时一般选择的是通过标定预定的作战区域出航，通过预先规划的固定航路出海执行任务。
（超长波电台天线阵列延绵几百公里甚至上千公里）

那在茫茫的大海之中，在没有参照物的情况下，如何知道自己身处何方，离目标还有多远呢？早期潜艇主要依靠的人工航路推算法，依靠计算潜艇的速度和时间以及大致方位，得出在某一方向航行的距离，然后对照海图和自己的出发点就可以计算出自己所在的大致方位。

（海图作业是早期水兵的必备功课之一）

但是人工进行的航路推算会因为人工记录和计算的误差导致潜艇在长时间航行后发生航向偏离，因此现代潜艇还会装备类似于弹道导弹的惯性导航装置，惯性导航装置通过复杂的加速度计和陀螺仪可以比较精确的计算出潜艇的实时位置，并且主动进行航路修正和提醒。这种方式比人工航路推算的准确度要提高不少，其最大的优点就是不依靠外界辅助定位，安全性和抗干扰能力较强，战时不需要浮出海面，能最大限度的确保安全，不过这类装置随着时间和航程的推移，仍旧会累积出不小的误差，这也是为什么洲际弹道导弹大部分***用了惯性导航装置，但是最后的圆概率误差仍旧会达到百米甚至千米级的原因。

（惯性导航装置）

也正是因为这两种仅仅依靠数学计算的导航方式避免不了误差，所以潜艇要最大程度的确保自身航向正确，就必须每隔一段时间上浮至潜潜望镜深度，通过通信浮标与卫星和地面基地进行双向互通，定位自己的准确位置，进行航路偏移的调整，并且接收新的指令和汇报自己的任务情况。
（通信浮标）

虽然导航问题解决了，但是潜艇要是在水文条件复杂的不明海区航行，最依赖的装置依旧是潜艇主动声呐，主动声呐能够不断地向外发射声波，通过收听分析反射回来的声波，可以确定潜艇四周是否有凸起的海底山峰或者水下冰川，可以确定自身是否与海底保持着一定的安全距离，能够避免发生触礁或者触底的危险事故，提高潜航的安全深度。2009年英法两国两艘核潜艇在大西洋相撞，最主要的原因就是因为双方都没有开启主动声呐，从而完全不知道对方的存在，因此而酿成了悲剧！

（潜艇声呐）

不过主动声呐虽好，也万万不可贪杯，主动声呐发出的声波在作战中容易被敌方的反潜舰艇监听，从而暴露自身位置，进而成为被攻击目标，因此这一行为的危险系数还是挺高的！为了减少潜艇开启主动声呐的次数，各国需要为潜艇作战进行大量的前期准备工作，其中最主要的就是对全球各大海洋进行水文地形地貌的探测，形成高精度的海区地图，潜艇在作战中就能够依据这些地图进行准确无误的位置判断以及障碍物规避，最大限度的减少主动声呐的开启，提高自身作战的隐蔽性，达到不鸣则已，一鸣惊人的作战打击效果！现在大家知道为什么美国的水文侦查间谍船喜欢全世界到处跑了吧？
（美国海军无瑕号海洋侦查船，专为反潜作战而生的间谍船！）

我是萨沙，我来回答。

核潜艇的导航还是比较复杂的。

二战时期的导航比较原始，潜艇同普通水面军舰没有什么不同。

这是因为潜艇绝大部分时候同水面军舰一样，都是在水面上航行，只要发现目标进行攻击时才会下潜。

下潜进攻后，潜艇多会在潜航状态行驶一段时间，脱离危险海域随后继续上浮航行。

二战以后就不同了。

随着科技的发展，潜艇只要上浮就非常容易暴露自己。

所以，核潜艇从离港开始就全程在水下航行，不会上浮。

潜艇在水下主要依靠陀螺仪进行惯性导航，在海图上进行航位推算。但惯导的误差会逐渐积累越来越大，所以长时间潜航需要定期到水面进行修正。过去是靠传统的天文定位。现在可以用卫星定位。这个修正不必整个浮出水面，在潜望镜深度把相应的桅杆伸出水面就可以了。

看了众多的野外求生节目，让我们见识到亚马逊丛林的恐怖。一叶障目的森林中，就算大白天也经常迷路。

潜艇深海潜航，可比亚马逊丛林恐怖多了。这里黑漆漆的，没有一丝光亮，洋流涌动暗礁林立，火山地震频发，还有诡异的海底断崖，仿佛在另外一个世界中，步步惊心！

在这危险境地中，潜艇还要辨别方向寻找目标，除了大无畏的勇气，高精尖的导航设备也必不可少。

潜艇导航方法有很多，但水下导航比陆地、天空、水面上困难得多。到现在也没有绝对精确的方法，需要经常定位，以修正误差。

1、地面导航。

这是一种古老的导航方式。潜艇沿海岸线航行，能看到陆地灯塔、高山、高大建筑物等地标。它们的坐标能从海图上查出来。

用两条地标连线延伸相交，就能得到潜艇坐标。若地标只有一个也不要紧，结合海图上的等水深线，也能确定潜艇位置。

当核潜艇在水下航行时，基本上是不跟外界保持通信的，原因主要有两点，首先是技术上的问题，电磁波在水中传递时，能量衰减很严重，所以，陆地上常用的各种利用电磁波的通信手段在水中是行不通的，同时，现阶段如何实现潜艇在水中远距离的可靠通信仍然是一个需要解决的问题，远洋的潜艇想要和岸基通信需要上浮；其次就是出于对潜艇自身隐蔽性的考虑，毕竟隐蔽性对于潜艇来说是最重要的（尤其是SSBN，即战略导弹核潜艇），茫茫的大洋就是潜艇最佳的隐蔽场所，所以为了保证自己的位置不会被暴露，是需要暂时中断和外界的无线电通信的（可接收信息，但不能发出信息，也就是大家平时听到的“无线电静默”）。

而在这种情况下，那些常见的GPS导航、无线电导航等手段对于长时间在水下航行的潜艇来说就用不上了，所以潜艇想要在水下导航就必须依靠自身的设备，这个“设备”也就是惯性导航系统（INS），惯性导航是军事领域里应用非常广泛的一种无源自主导航手段，它可以在完全不依赖外部的电、磁、声、光等信息反馈的情况下，确定自己当前的实时位置，所以，惯性导航不仅仅在潜艇上有使用，对于其他的武器装备，比如飞机、弹道导弹等，惯性导航仍然是其中常用的核心导航手段之一，像现在各核大国的洲际导弹就是有用惯性导航的。

▲惯性导航系统结构简图

那么什么是惯性导航系统呢？简单说一下，惯性导航系统上有两个核心设备，分别是运动传感器（即加速度计）和旋转传感器（即陀螺仪），有了这两个东西，里面的计算机就可以在不依靠外部移动物体的参考下，测得潜艇当前的航向、速度、加速度方向等参数，再通过连续地航位推算后就可以得到潜艇的当前位置，比如惯性测量单元（IMU）中的3个正交速率陀螺仪和3个正交加速度计，作用就是分别测量潜艇在航行过程中的角速度和线性加速度，再把这些数据通过积分计算后才能得到相关的位置参数，当然，对于潜艇上的整个惯性导航系统来说，为了保证更好的导航精度，还会有磁传感器、速度测量仪、水压深度传感器等设备的***，然后再看下图，是一个惯性导航系统的工作流程图：

▲其中一种惯性导航计算流程图

在上面的流程图中，f是比力，ω是角速度，a是加速度，R是位置，V是速度，Ω是地球的角速度，g是重力，Φ、λ和h是NED位置（北、东、下位置坐标）参数，以及，有E、I和B三个字母作为上标/下标的参数则是分别表示以地球为中心，惯性或自身参考系中的变量，而C则是是参考系的变换参数。不过，对于所有的惯性导航系统来说，误差都是不可避免的，因为在计算过程中，都会受到积分漂移的影响，即：加速度和角速度测量中的小误差，在每一次的积分计算中，都会被逐渐累积，从而使这些小误差会累积成更大的位置误差。同时，因为新位置的计算是根据先前计算的位置以及测得的加速度和角速度数据计算得出的，所以这些误差与输入初始位置以来的时间在大致上是成比例地累积。简单来说就是时间越长，误差越大，即使是标准误差为10 micro-g的顶级加速度计，也会在17分钟内累积大概50米的误差。

▲对海底的回声探测示意图

因此，为了保证在导航精度，潜艇除了惯性导航之外，还需要额外的***手段，比如每个一段时间就上浮水面，通过GPS定位后修正当前的位置参数，当然，这种通过上浮水面来修正位置参数的方法在只有在和平时期才能使用，如果是战争时期***用这种手段，是很容易暴露自己的位置的，所以，在这种情况下，海底轮廓信息导航就是一种有效的手段，所谓的海底轮廓导航，就是在提前对那些海床地形变化明显的区域进行详细的水文数据收集，绘制成海图后存储于潜艇的数据库中，然后潜艇在航行过程中通过声呐探测手段对当前位置的海底进行回声探测，测得海底轮廓数据后再与海图中的信息进行比较，从而得出当前的位置信息，修正惯性导航过程中带来的误差。

▲16世纪的墨卡托前航海图