水下导航系统可在 GNSS 信号无法到达的地方实现精确的水下定位。这些系统对于管道检查、海底测绘、水下施工和海洋学研究等任务至关重要。由于海水会吸收无线电波，因此水下导航依赖于声学信号、惯性传感器和实时数据融合。
操作员在 ROV、AUV 和载人潜水器上使用这些系统来保持控制并确保安全。大多数解决方案将声学定位与惯性导航相结合，以保证强大、连续的跟踪。
声学技术包括 USBL（超短基线）、SBL（短基线）和 LBL（长基线）。例如，USBL 系统将声学 Pulse 从水面船只发送到水下应答器。然后，他们通过测量信号的传播时间和到达角度来计算车辆的位置。USBL 易于部署，非常适合动态任务。但是，其精度会在更大的深度下降。
同时，LBL 系统通过在海底使用多个应答器形成参考网格来提供更高的精度。车辆测量其到每个应答器的距离以确定其位置。这种方法为长期或深度任务提供了出色的精度。相比之下，SBL 系统在单个平台上使用多个接收器。它们实现了范围和精度的平衡。
惯性导航系统 (INS) 通过跟踪车辆的运动来支持声学定位。INS 依靠加速度计和陀螺仪来测量运动。该系统集成了这些读数以估计位置、方向和速度。当声学信号减弱或不可用时，此功能非常有用。
此外，操作员通常将 INS 与多普勒计程仪 (DVL) 和压力传感器配对，以校正 INS 随时间的漂移。DVL 测量车辆相对于海底的速度。它们有助于稳定位置估计并减少误差。
这些技术共同构成了可靠的水下导航系统，适用于要求苛刻的海洋作业。因此，它们确保了复杂水下环境中的任务成功和操作员安全。
现代水下导航系统介绍
现代水下导航系统依靠传感器融合来提高精度和可靠性。通常，它们会组合来自多个传感器的数据，包括 INS、DVL、深度传感器和声学系统。
诸如卡尔曼滤波器或贝叶斯估计器之类的高级算法会整合这些信息，以提供精确的实时位置估计。这些算法会不断校正车辆的轨迹，从而提高对传感器故障或环境干扰的抵抗能力。
水下导航支持许多水下作业。ROV 和 AUV 使用它来检查管道、放置设备和维护水下基础设施。海洋科学家依靠 AUV 来绘制海底地图、探索热液喷口和跟踪海洋物种。海军使用精确的水下导航来进行水雷对抗、监视和潜艇任务。搜索和救援团队使用它来定位和找回丢失的物体，例如飞机残骸或黑匣子。
环境条件对水下导航提出了挑战。水温、盐度和压力会影响声音传播和传感器性能。强流、崎岖的海底和低能见度使导航变得复杂。为了解决这些问题，操作员会仔细计划任务、校准传感器，并使用详细的海底地形图和环境数据。
技术不断改进水下导航。高性能 MEMS 传感器、AI 驱动的算法和快速声学调制解调器提高了复杂水下环境中的能力并减少了不确定性。
可靠的导航是安全、准确的水下任务的关键。通过融合惯性、声学和深度数据，即使没有 GNSS，现代系统也能提供稳定的定位。随着水下勘探的扩展，导航系统将不断发展，从而为下一代车辆提供更高的精度、更深的范围和更高的自主性。