說到潛艇，可能不了解其工作原理的人，會對潛艇在水下航行還不會迷路產(chǎn)生疑問，除此之外，潛艇是在水里行動的工具，水中的能見度比較低，特別是在深海里沒有強烈的光線，路的模樣根本看不清楚，而海地的地形又比較復雜，如果沒有提前預知前方地勢地形，碰到島嶼，暗礁和海溝很容易出問題。

有的潛艇前方有窗口，有的沒有，但是這種窗口在海里是沒什么用的。一般前蘇聯(lián)的潛艇，因為經(jīng)常在北冰洋這一種溫度比較低的海洋里行動，所以經(jīng)常需要浮出水面曬太陽，而這個窗口在海面就正好能用的上，而美國的潛艇大多數(shù)是在氣候比較溫暖的太平洋地區(qū)，所以沒必要露出水面取暖，因此便不需要這個窗口來觀察海面。

核潛艇一般需要極強的隱蔽性，盡量避免被敵人發(fā)現(xiàn)自己的蹤跡，特別是戰(zhàn)略核潛艇，不能像攻擊核潛艇那樣主動開聲納，只能依靠慣性導航，指南針和海圖以及固定航線的模式在海底航行，首先用陀螺儀，指南針確定潛艇的方向，然后根據(jù)加速度測量水壓計算深度，最后用海圖來判斷潛艇的具體位置，但是這種測量方法也并不能完全保證路線的正確，所以需要隔一段時間上浮出水面來確認自己的實際位置，因為測量位置的儀器，像陀螺儀等誤差會越來越大，你需要經(jīng)常去修正。

一般潛艇都會安裝導航系統(tǒng)，導航系統(tǒng)能夠保證潛艇在水下可以安全高效的航行，主要的分類包括天文導航系統(tǒng)，雷達系統(tǒng)，衛(wèi)星導航系統(tǒng)，慣性導航系統(tǒng)和綜合導航系統(tǒng)等，這是保證在海底不迷路的最關鍵因素，如果導航系統(tǒng)被干擾，也可以通過像潛望鏡這種探測裝置去觀察潛艇周圍的環(huán)境，像觀察島嶼，天體等一些特殊的東西來判斷位置，另外就是是潛在水下航行的時候，都會預先設置好航行的路線速度，士兵可以用最古老的航海測量方法結合航行速度和航向，推斷出自己大概所處的位置。

但是這種方法有時候也不準確，比如2005年，美國的洛杉磯級核潛艇就因為在海底進行隱蔽航行時撞上了一座新冒出來的海底小火山，因而嚴重受損，幾近報廢。

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航行在深海之中的潛艇對航路的判斷非常重要。海洋之下看起來平靜，實際上水下世界十分復雜。水下的環(huán)境、洋流變化、暗礁險灘、海洋生物和各種各樣的水下障礙物都有可能對潛艇的航行產(chǎn)生影響。由于海水對光線和雷達波具有很好的阻礙和屏蔽作用，所以潛艇在水下航行主要依靠海圖、固定航路、聲納以及陀螺儀等導航方式來識別路線。

（潛艇在水下航行對于航路判斷非常關鍵）

海圖是海軍最古老的導航方式之一。海圖實際上就是水下的航行地圖，與傳統(tǒng)的地圖相似，海圖也是通過不斷對海底環(huán)境進行測繪得到的。潛艇在航行時可以通過海圖來判斷航線和所在位置，而且越精準越詳細的海圖，越能幫助潛艇了解海底情況，提高航行的安全性。當前，隨著電子和數(shù)字技術的發(fā)展，數(shù)字化海圖得到了很大的發(fā)展，可以提供全方位的海底環(huán)境和地形地貌信息，對于潛艇的航行有助很大的幫助。正因為如此，當今各國對水下測量和測繪都非常重視，因為掌握了高精度的海圖，就可以更好地了解海底環(huán)境，對于潛艇航行有著很大的幫助。

（海圖是海軍最古老的導航方式之一）

固定航路其實與海圖的作用比較類似，簡單來說就是已準確勘探測繪的水下通路。在固定通路上，水下航路特征已完全探明，作為艦艇固定的通航路線。在固定航路上行駛情況熟悉，安全性比較有保障。同時，為了保證固定航路的通航和安全，很多影響水下環(huán)境的活動都是被禁止的，像人工養(yǎng)殖海洋經(jīng)濟作物等活動都有嚴格的限制。

（固定航路常作為艦艇固定的通航路線）

以上兩種通常都是針對己方領�；蛘咭阎�海域，潛艇作戰(zhàn)顯然不可能僅在這些海域，那么在未知海域，潛艇主要會依靠聲納和慣性制導等設備進行導航。所謂慣性制導就是利用慣性來控制和引導物體向目標運動的制導系統(tǒng)。顧名思義，慣性制導就是利用慣性測量的方式，測出物體的運動參數(shù)，形成制導指令進行控制。慣性制導系統(tǒng)的核心裝備是陀螺儀，它主要用于判斷潛艇自身的姿態(tài)和方位，在根據(jù)測算出的數(shù)據(jù)判斷潛艇的位置與航向。由于潛艇在水下航行并不會是四平八穩(wěn)的，所以能夠及時調整自己的姿態(tài)就非常重要。慣性制導的優(yōu)點在于導航設備都安裝在潛艇上，是一種自主式的制導系統(tǒng)，不依賴外界信息，也不向外輻射能量，不易受到干擾，因而是非�？煽康膶Ш皆O備。

（慣性制導系統(tǒng)的核心裝備是陀螺儀）

聲納則是潛艇上的重要設備，不僅可以用于導航還可以用于探測和作戰(zhàn)。由于在海水中聲音的傳播速度很快（要比空氣中快很多），因此非常適合用于水下探測和識別。潛艇利用聲納發(fā)出和接受聲波，便可以探明前方的海底情況，發(fā)現(xiàn)敵方潛艇和軍艦。潛艇在航行中需要保持隱蔽性，所以通常會開啟探雷和航行規(guī)避聲納，這種聲納可以準確識別前方的障礙物，精度很高，可以有效保證潛艇的航行安全。即便像海帶群這樣的水下植物，聲納也可以有效發(fā)現(xiàn)并進行規(guī)避。不過，聲納并不是萬能的。對于那些水中漂浮的漁網(wǎng)、繩索等，聲納的探測能力就有所不足了。一旦潛艇發(fā)現(xiàn)它們的時候，很有可能已經(jīng)纏上了這些漂浮物。這些漂浮物只能通過手動處理進行清除，輕則導致潛艇無法航行，重則會導致潛艇損壞。如美軍的一艘洛杉磯級核潛艇就在2016年被漁網(wǎng)繞了個結結實實，只得上浮待援。

（聲納不僅可以用于導航還可以用于探測和作戰(zhàn)）

綜合來看，即便在技術不斷發(fā)展的今天，潛艇在水下航行時的導航手段也不是很多。由于海底地形復雜，在戰(zhàn)時條件下潛艇在水下航行不僅要時刻防備敵方的反潛力量，還要時刻保持警惕，才能保證潛艇的航行安全。

下圖是美國電影《獵殺紅色十月》的劇照，里面經(jīng)典的一句話：“把表和地圖給我，我閉著眼都能飛躍阿爾卑斯山”。這就是對潛艇水下導航真實的寫照，只要知道潛艇的此刻的起點，那么沿特定的航向以一定的速度航行就能推定出某刻潛艇的位置，前提是地圖足夠精準，完全是一種“盲導航”。當然，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，大量電子手段的引入使得潛艇的水下導航越來越精準，但對動輒潛航二三十天的核潛艇來說仍然是一個巨大的考驗。

水面航行

潛艇在水面航行時確定自己的位置以及導航是比較簡單的，手段也是非常多。首先要確定位置，比如使用六分儀確定經(jīng)緯度、識別岸上目標確定位置、GPS定位經(jīng)緯度等等方式。

只要能確定潛艇目前的初始位置，那么水面導航的問題就很簡單了，簡單說幾種

航跡導航，這是一種比較原始的導航方式，簡單來說利用羅盤和陀螺儀羅盤確定潛艇的航向，再結合航速推定潛艇某時某刻的位置。根據(jù)已知的初始位置、航向、航速利用海圖即可完成整條航線的航行。這種導航方式同樣適用于水下航行。

星光/天文導航，所謂天文導航就是利用潛艇上搭載的星體敏感器確定潛艇位置，然后結合航向航速進行航跡導航。間隔一段時間利用星體敏感器重新確定目前的位置以修正航行誤差。

無線電導航，利用無線電測向的原理（方位、距離和速度），算出與規(guī)定航線的偏差，不斷修正消除偏差以保持正確航線。

GPS導航，GPS導航是大家最熟悉的，通過衛(wèi)星信號定位并導航，這種導航方式也是廣泛應用于民用環(huán)境，比如我們的汽車導航。

慣性導航，慣性導航是利用陀螺儀、加速度計等裝置不斷解算潛艇位置，這是潛艇水下導航的最主要手段，我們下面介紹。

為了保證導航精度，通常用多種導航手段結合的方式來保證潛艇的航行中的誤差盡量小。當然，像星光/天文導航、無線電導航、GPS導航都只能用于水面導航，一旦下潛就失效了，只能利用剩下的幾種導航方式。

水下航行

潛艇下潛后的會導致上面所說的幾種導航失效，因為水會屏蔽一定波長的電磁波的特性，所以GPS信號、無線電信號都無法穿透海水。而星光/天文導航因為潛艇下潛無法觀測到星體也會失效。這樣，航跡導航和慣性導航成為了潛艇水下導航的主要手段，再利用聲吶探測地形不斷確定自己的位置是否偏離以進行輔助。

航跡導航，這點上面解釋過，根據(jù)已知的初始位置、航向、航速即可，計時器和海圖越精確，潛艇航行的精確度越高。比如我在A點，我要去B點，此時只要沿航向180以10節(jié)航速航行60分鐘后抵達轉向點，繞過中間的海底山脈或其他遮擋物轉為航向270繼續(xù)航行20分鐘就到B點了，全程圖上作業(yè)即可。

慣性導航，慣性導航是一種完全自主的導航方式，其核心部件為陀螺儀和加速度計。其原理是這樣的，從理論上講只要已知起點、速度和加速度三個量就能推定出終點，也就是所存在一組理論的航行路徑。

也就是說我們只要已知我們的初始位置，中間不斷地捕捉加速度就能做出正確的路徑解算，這就需要陀螺儀和加速度的介入。一般一套完整的慣性導航裝置由3個加速度計和2個三自由度陀螺儀組成，其中3個加速度計互呈90度組成一個三軸空間坐標系以測量加速度運動的所有分量。而陀螺儀因為其具備“定軸性”的特性可以提供俯仰、偏航等位置數(shù)據(jù)。這樣，得到所有數(shù)據(jù)后，加速度進行積分運算就是速度，速度再積分就是距離，再加上位置信息就可以得出潛艇目前所在的具體位置和航行距離。這就是慣性導航。慣性導航因為不受周圍環(huán)境的限制，更不受水屏蔽電磁波的影響，所以稱為潛艇水下航行的重要手段。不過由于陀螺儀、加速度計本身存在干擾力矩，隨時間累計會產(chǎn)生“漂移”，最終影響位置判斷。

聲吶，利用聲吶探測海底地形，通過比對海圖對潛艇的位置進行一個確定，甚至可以根據(jù)海底地形進行一個直接導航。當然前提是本國必須對航行海域的海底地形有一個提前掌握，否則沒有對應的海圖也判斷不出位置。

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水下航行和水面航行一樣，為了保證精度都會結合多種導航方式，比如慣性導航+聲吶海圖、航跡導航+慣性導航等等。也會讓計程儀，航位推算等手段介入進一步提高精度。

這個問題想要問的是潛艇的導航方式吧，其實當潛艇在水下潛航的時候，通常都會保持一個“無線電靜默”的狀態(tài)，也就是先中斷與外界的無線電交流，自身是不發(fā)出無線電信號的，不過卻可以接收外界的無線電信號。為什么要這樣？原因主要有這兩點，首先是考慮到潛艇在水下的隱蔽性，因為頻繁與外界保持無線電通信的話，是很容易暴露自己的位置的；其次就是無線電信號傳輸?shù)膯栴}，我們要知道，陸地上常用的高頻、甚高頻電磁波通信手段在水中使用時是行不通的，因為這些電磁波能量在水中衰減非常嚴重，傳遞距離和空氣中相比非常有限，所以潛艇的水下通信基本上都是選擇甚低頻、極低頻的電磁波進行通信，或者就是上浮使用通信浮標，這種情況下就可以使用高頻通信。

但是無論是使用何種頻率的電磁波通信方式，潛艇在水下如何實現(xiàn)遠距離通信仍然是一個待解決的技術難點。所以，正是因為有這些條件的限制，潛艇在水下潛航時就不是使用什么無線電導航、GPS衛(wèi)星導航這些陸地上常用的導航方式了，而是使用一種叫做慣性導航系統(tǒng)（INS）的設備，從工作方式上看，慣性導航是一種“無源自主”的導航方式，被廣泛運用于軍事領域（像洲際導彈上也有使用慣性導航），那么什么是“無源自主”導航方式呢？就是指它能夠在不依賴外界的聲、光、磁、電等信息反饋的情況下（即無源），可以自主地確定當前位置。也就是說，使用了慣性導航，就意味著潛艇可以在不與外界進行通信的情況下確定自己當前的實時位置。

▲慣性導航裝置

接著再來簡單介紹一下什么慣性導航系統(tǒng)，首先，所有的慣性導航系統(tǒng)上都有陀螺儀和加速度儀這兩個主要結構，這兩個東西是干什么用的呢？就是在沒有外部參考物的情況下，自主測量得到潛艇的速度、加速度、運動方向等實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，有了這些數(shù)據(jù)之后，計算機通過連續(xù)的航位推算后，就可以得出潛艇當前的位置數(shù)據(jù)。比如像慣性測量單元（IMU）就分別有三個正交加速度儀和正交速率陀螺儀，這些東西的作用就是分別用來測量潛艇航行時的線性加速度和角速度等數(shù)據(jù)的，然后再對這些數(shù)據(jù)進行相關的積分計算后，就可以得到實時相關的航位數(shù)據(jù)。除此之外，為了保證有更好的導航精度，整個慣性導航系統(tǒng)中還會有速度測量儀、磁傳感器、水壓深度傳感器等輔助設備。相關的我們來看下圖，是一個慣性導航系統(tǒng)的工作流程：

▲慣性導航工作流程簡圖

注意看圖中的相關參數(shù)，其中ω是潛艇的角速度、a是潛艇的加速度，V是潛艇速度、R是當前位置，g是重力，Ω是地球的自轉角速度，f是比力，以及Φ、λ和h是指NED位置。即北、東、下位置的坐標參數(shù)，參數(shù)中帶有E、I和B三個字母作為上標/下標的則是分別表示以地球為中心的潛艇運動慣性或者是自身參考系中的變量，最后一個C則表示是相關參考系中的變換參數(shù)。但是，因為在每一次計算中都會用到積分，所以那些在角速度、加速度等參數(shù)測量中的小誤差，每經(jīng)歷一次的積分運算，這些誤差就會被積累，最終累積成明顯的位置誤差，這種影響也被叫做積分漂移，然后再加上每一個實時位置的更新都是通過前一個位置以及測得的角速度和加速度參數(shù)計算后得到的，所以與初始位置相比，這些誤差在時間上就是成比例積累的，簡單來說就是，航行的時間和距離越長，得到的位置誤差就會越大。

▲深海繪圖

因此，為了保證潛艇在水下的導航精度，除了使用這個慣性導航之外，還需要其他的輔助導航手段，比如在一開始就提到的每隔一段時間就上浮放出通信浮標，進行GPS或者無線電來修正當前的實時位置，只是這種方法在特殊時期是不可取的，因為容易暴露自己的位置。所以，除了這些方法之外，潛艇還可以使用一種叫做“海底輪廓信息導航”的手段，其實也就是類似于以前“海圖導航”的一種導航方式，使用這種方法需要提前收集相關的海域的水文和海床信息，然后繪制成海圖存儲在潛艇的數(shù)據(jù)庫里面，有了這些數(shù)據(jù)后，潛艇就可以通過聲吶探測手段來對當前位置進行探測，測得相關的海底輪廓數(shù)據(jù)后再與數(shù)據(jù)庫中的海圖信息相對比，得到當前位置信息后再修正慣性導航帶來的誤差。