海洋智能无人系统技术：AUV导航系统发展与挑战

AUV的导航系统受大小、重量、电源使用的限制及水介质的特殊性、隐蔽性等因素影响，实现精确导航难度较大。现有产品多综合使用惯性导航、卫星导航、多普勒计程仪及声学导航等技术，早期的AUV系统主要依靠航位推算进行导航。

（1）惯性导航：无信息交互，误差随时间积累；平台惯性导体体积较大精度高。针对AUV体积小，携带能量有限的特点，具有低功耗、低成本、体积小、坚固且可靠性高等优点的光纤陀螺捷联惯导系统是发展的热点。

（2）卫星导航：卫星导航是AUV在水面或接近水面航行时的主要辅助导航方式（如美国的GPS、中国的北斗系统），常用于校准惯性导航系统长时间累积的误差。具有实时性好、精度高的优点。目前几乎所有的AUV均装备GPS接收机，该系统发展重点与技术难点是GPS接收机的抗干扰问题。

（3）多普勒计程仪：无需外部设备，但需获取航向和垂直基准信息，定位误差会随时间积累，该技术发展的重点与难点是与惯性导航系统的数据融合。

（4）声学导航技术：精度高、误差不随时间积累，但需要提前布放定位阵列。主要有长基线导航、短基线导航和超短基线导航3种。(www.xing528.com)

（5）地球物理信息导航：将实时测量的重力梯度、地磁、海底地形地貌等信息与平时测量掌握值之间进行匹配，从而获得导航信息，具有精度高、误差不随时间积累，无需外界设备协助等优点。

（6）视觉导航：视觉导航的研究目前处于起步阶段，该技术近年来被广泛用作地面航行器的导航设备。然而，它们在水下航行器导航中的应用相对较新。

美国在AUV导航技术方面处于世界领先地位，其BP AUV的导航系统包括LN250惯性导航系统、多普勒计程仪及GPS接收机，导航精度为航程的0.1%。挪威最先进的“休金-1000”UUV导航系统包括惯性导航系统、多普勒计程仪、超短基线水下定位系统、GPS接收机等，并将地形匹配导航作为可选方案，其自主工作模式下实时导航精度接近美国水平。未来AUV导航系统将通过研发新的惯性传感器、积累更多的地球物理数据等手段，不断追求导航系统的高精度、小型化、低成本，并向不依赖GPS的方向发展，根据美国AUV发展规划，将重点发展海底地形匹配技术，未来的目标是将综合导航精度提高2个量级。